Les batteries à la pérovskite peuvent-elles devenir un nouveau favori dans l’industrie photovoltaïque ?
Le 16 juin de l'année dernière, le magazine Science a rapporté que l'Université de Princeton aux États-Unis avait développé la première cellule solaire à pérovskite 2D commercialement réalisable. L'équipe s'attend à ce que son équipement fonctionne pendant environ 30 ans au-delà des normes de l'industrie. Si la production de masse peut être réalisée, le problème de stabilité des batteries à pérovskite devrait être fondamentalement résolu. Si cette technologie peut réellement être mise en œuvre, combinée aux avantages de haute efficacité et de faible coût des batteries à pérovskite, le marché des composants en pérovskite sera illimité. Cependant, dans le domaine des cellules photovoltaïques à pérovskite, connu sous le nom de « technologie de cellules photovoltaïques de troisième génération », qui pourra entrer sur le marché à l'avenir dépend de la ligne de production qui peut être mise en service à grande échelle.
Pourquoi s'agit-il de carbure de calcium ?
Ces dernières années, l'industrie photovoltaïque chinoise a connu une période de forte lumière, parmi laquelle la plus frappante est celle des batteries au silicium cristallin. De nos jours, la situation dans laquelle les batteries au silicium cristallin dominent le monde devrait être brisée par la pérovskite de « technologie de cellules photovoltaïques de troisième génération ». Pourquoi la technologie des batteries au carbure de calcium a-t-elle été la première à percer ? Par rapport aux batteries au silicium cristallin, les cellules photovoltaïques à base de pérovskite ont montré des progrès significatifs en matière de réduction des coûts et d’amélioration de l’efficacité. En d’autres termes, la pérovskite répond aux exigences fondamentales de développement de la réduction des coûts et de l’augmentation de l’efficacité de l’industrie photovoltaïque.
En termes d’amélioration de l’efficacité, les cellules photovoltaïques à pérovskite ont fait des progrès remarquables ces dernières années. L'efficacité maximale des cellules solaires de type pérovskite à jonction unique est actuellement de 25,7 %, et l'empilement avec différents types de cellules peut encore améliorer l'efficacité de conversion. L'efficacité limite théorique des cellules empilées à double jonction est de 46 %, ce qui indique que les matériaux pérovskites ont un grand potentiel en termes de performances de conversion d'énergie. En revanche, les cellules solaires traditionnelles en silicium cristallin ont obtenu des améliorations d’efficacité similaires sur une période plus longue, environ 40 ans.
L'efficacité théorique des batteries à pérovskite atteint 33 % (source : annonce de l'entreprise, Guotai Junan Securities Research)
En termes de réduction des coûts, du fait que la chaîne industrielle de la pérovskite et la longueur du processus sont raccourcies de moitié par rapport au silicium cristallin, le coût de production des composants de la pérovskite après une production à grand module devrait être réduit à moins de 50 % du coût final. coût des composants en silicium cristallin. À l’heure actuelle, l’empilement de silicium cristallin pérovskite aux deux extrémités combine les avantages de la pérovskite et du silicium cristallin. Parmi elles, les batteries pérovskites HJT sont privilégiées par l’industrie en raison de leur adaptabilité des processus et de leur potentiel d’efficacité. En raison du développement plus avancé des batteries au silicium cristallin et des processus de préparation plus simples, avec une nouvelle amélioration de l'efficacité de l'empilement, elles sont actuellement les plus rentables commercialement.
Le coût des batteries à base de pérovskite devrait baisser en dessous de 0,6 yuan/W (source : GCL Optoelectronics, annonce de la société, Guotai Junan Securities Research)
Le photovoltaïque à pérovskite, en tant que technologie photovoltaïque émergente, a non seulement une efficacité de laboratoire comparable à celle du photovoltaïque au silicium cristallin d'épaule, mais présente également des avantages significatifs en termes de coût et de processus. De plus, les photovoltaïques à pérovskite ont d'excellentes performances en lumière faible et des caractéristiques photoélectriques réglables, qui sont des caractéristiques que les photovoltaïques au silicium cristallin ne possèdent pas. Cela rend le photovoltaïque pérovskite plus imaginatif dans les scénarios d’application.
L’industrie des batteries à pérovskite en développement rapide :
Le 3 novembre, Longji Green Energy a été certifiée par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) des États-Unis. La batterie empilée à la pérovskite de silicium cristallin, développée indépendamment par la société, a atteint un rendement de 33,9 %, ce qui constitue actuellement le record le plus élevé d'efficacité des batteries empilées à la pérovskite de silicium cristallin dans le monde. Auparavant, le record était de 33,7 %.
Les leaders du secteur photovoltaïque disposent des couches de silicium cristallin et promeuvent le développement industriel par de multiples voies. À l'heure actuelle, la configuration des sociétés cotées se concentre principalement sur l'empilement de silicium cristallin de pérovskite, avec plusieurs itinéraires d'empilement de pérovskites Perc/Topcon/HJT coexistant. Par exemple, des leaders du photovoltaïque tels que Longji Green Energy et Tongwei Co., Ltd. sont entrés successivement sur le marché, ce qui devrait favoriser le développement industriel des batteries empilées. Les batteries empilées de la start-up couvrent plusieurs domaines tels que l'empilement complet de pérovskites, l'empilement de pérovskites de silicium cristallin, l'empilement de pérovskites de cuivre, d'indium, de gallium et de sélénium, etc. La victoire finale de cette voie spécifique dépend également de l'amélioration future de l'efficacité et des effets de réduction des coûts.
Le 27 octobre, après avoir été certifiée par le Centre national de mesure et d'essais de l'industrie photovoltaïque, la technologie photovoltaïque a atteint une efficacité de 21,63 % sur des modules de batteries à pérovskite de grande surface de 30 cm x 40 cm, continuant à dominer l'industrie des batteries à pérovskite. (Les résultats des tests proviennent du Centre national de mesure et d'essais de l'industrie photovoltaïque)
Il convient de souligner que l’efficacité au niveau des laboratoires doit encore être validée dans le cadre d’une production à grande échelle et que des problèmes de stabilité subsistent. Cependant, le développement rapide des cellules photovoltaïques à pérovskite offre une solution précise et puissante pour réduire les coûts et augmenter l’efficacité dans l’industrie photovoltaïque, et ses vastes perspectives de marché ne font aucun doute.
Du point de vue de l’échelle de la chaîne de production et de l’avancement des projets dans l’industrie de la pérovskite, 2022 est la première année d’industrialisation de la pérovskite. Cette année, l'industrie de la pérovskite a non seulement été en mesure de produire de manière stable des produits qualifiés, d'achever les expéditions et la construction technique dans les délais, mais également de connecter en douceur les terminaux au réseau pour la production d'électricité. Avec l'avancement de l'industrialisation, les événements d'investissement et de financement des entreprises sont devenus actifs et des dizaines de nouvelles startups ont été créées dans le domaine de la pérovskite.
Diagramme schématique de la chaîne industrielle de l'industrie chinoise des batteries à pérovskite Source : Guanzhi Hainei Consulting
Des progrès considérables ont été réalisés dans la commercialisation des minéraux de calcium et de titane dans l'industrie. En avril de cette année, la ligne de production photovoltaïque de pérovskite de 1 GW, avec un investissement total de 3 milliards de yuans dans le photovoltaïque polaire, a commencé la construction et devrait être mise en service au troisième trimestre de l'année prochaine ; La ligne de production Renshuo Solar de 150 MW sera mise en service d'ici la fin de cette année et la zone des composants sera agrandie à 1,2 m * 0,6 m. Guangyin Technology a finalisé un financement providentiel de 50 millions début avril 2023, établissant ainsi un record pour le plus grand financement providentiel unique du secteur. Sa petite ligne d'essai de 10 MW a commencé la construction à la mi-avril 2023 et s'est achevée fin juin, ce qui en fait la mise en service la plus rapide au monde. Il est prévu qu'une ligne pilote de 100 MW soit achevée d'ici la fin de 2024 et que la superficie des composants soit étendue à des mètres carrés.
On peut prévoir que l’expansion de la production industrielle s’accélérera en 2024, avec le démarrage et l’exploitation de plus de lignes de production de niveau 100 MW et de quelques lignes de production de niveau GW. 2025 pourrait entrer dans la phase de commercialisation mature plus tôt que prévu
Figure : Cérémonie d'ouverture de la ligne de production photovoltaïque de pérovskite de 1 GW avec énergie solaire polaire
La future piste a émergé, où sont les points faibles
Dans le domaine des cellules photovoltaïques à pérovskite, une centaine d’écoles de pensée sont en discorde. Qu'il s'agisse de l'empilement de silicium cristallin de pérovskite, de la technologie Perc/Topcon/HJT en couches de pérovskite, ou de l'empilement de tous les pérovskites, de l'empilement de pérovskite cuivre indium gallium sélénium et d'autres technologies, le futur environnement technologique des batteries pérovskites est susceptible d'avoir le phénomène de plusieurs technologies coexistant avec la batterie au silicium cristallin actuelle, La part de marché finale et la survie des plus aptes dépendent toujours de la demande de scénarios d'application futurs.
Bien que la réduction des coûts et l’amélioration de l’efficacité des cellules photovoltaïques à pérovskite se soient avérées réalisables depuis longtemps au niveau technique, le problème ultime ne peut être séparé de la demande de réduction des coûts et d’amélioration de l’efficacité dans l’industrie photovoltaïque. Cela signifie que les batteries à pérovskite doivent résoudre non seulement la stabilité du produit lui-même, le taux de dégradation rapide de l'efficacité et la teneur en plomb toxique pendant la phase de production. Le problème le plus fondamental est que si nous voulons remplacer progressivement la situation actuelle du marché dominée par les batteries au silicium cristallin, nous devons rapidement promouvoir une chaîne industrielle et une capacité de production de masse efficaces et peu coûteuses pour les batteries photovoltaïques à base de pérovskite.
Avec les progrès continus de la technologie des batteries à pérovskite, la croissance de la demande du marché, les investissements en capital et le soutien politique continu, nous avons toutes les raisons de croire que les batteries à pérovskite devraient progressivement atteindre des applications commerciales à grande échelle et devenir un pilier important du secteur photovoltaïque. industrie.
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