Investigación, desarrollo y producción de seleniuro de cobre, indio y galio.
Debido a que las células solares de película delgada de seleniuro de cobre, indio, galio tienen proporciones de elementos sensibles y estructuras multicapa complejas, sus condiciones de proceso y preparación son extremadamente exigentes, y el proceso de industrialización es muy lento.
Hace sólo unos años, la tecnología fotovoltaica de película delgada (en adelante, TF PV) sólo podía describirse como "insignificante" en la industria fotovoltaica, y sólo se utilizaba en algunos productos simples como calculadoras. ser aplicado en. Con la excepción del silicio amorfo, algunos materiales fotovoltaicos TF recién salen del laboratorio.
Pero hoy en día, TF PV ya es el actor más deslumbrante en tecnología fotovoltaica y su participación en la producción continúa expandiéndose. Inicialmente, este mercado se desarrolló debido a la escasez de silicio cristalino, pero ahora que la escasez ha terminado, TF PV continúa desarrollándose debido a su bajo costo, bajo peso y flexibilidad. Además, además del silicio amorfo, el seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) tiene todas las ventajas del TF PV, y la eficiencia de conversión de energía no es muy inferior a la de los paneles solares fotovoltaicos tradicionales de telururo de cadmio que ya han experimentado un auge. Según las previsiones del documento técnico "Towards Successful Thin-Film Photovoltaics" publicado por US NanoMarkets en marzo de 2008 y el informe de investigación publicado anteriormente "Thin-Film, Organic, Printable Photovoltaics Market: 2007-2015", debido al uso de impresión simple y roll-to La reducción de costos del proceso de fabricación en rollo (R2R), la adición de nueva capacidad de producción y la mejora de la eficiencia a través de mejoras tecnológicas harán de la energía fotovoltaica de película delgada un actor importante en el mercado de células solares fotovoltaicas TF. sustituirán las tradicionales células solares cristalinas actualmente en el mercado, los paneles fotovoltaicos fabricados de silicio se han convertido en una tecnología convencional. Las células CIGS tienen un rendimiento estable y una fuerte resistencia a la radiación. La eficiencia de conversión fotoeléctrica ocupa actualmente el primer lugar entre varias células solares de película delgada y está cerca de la eficiencia de conversión de las células solares de silicio cristalino, el producto principal del mercado, pero el costo es 1/. 3 de eso. Precisamente por su excelente rendimiento se la conoce internacionalmente como la próxima generación de células solares baratas. Tiene amplias perspectivas de mercado, ya sea que se utilice en la generación de energía solar terrestre o en el suministro de energía a microsatélites espaciales.
Las células CIGS tienen una eficiencia cercana a la de las células solares de silicio policristalino, tienen las ventajas de un bajo costo y una alta estabilidad, y se ha superado el cuello de botella de la industrialización ante la creciente escasez de materias primas. Las células solares de silicio cristalino y el aumento de los precios. En este contexto, muchas empresas han invertido mucho y la industria CIGS está en auge. Actualmente, hay más de 30 empresas en el mundo involucradas en la industria CIGS, pero las únicas empresas que realmente han entrado en el mercado de desarrollo son las alemanas Wuerth (Würth) y Surlfulcell, la estadounidense Global Solar Energy y la japonesa Honda (Honda ) y Showa Solar Shell. En 2006 y 2007, la capacidad de producción mundial de módulos de células CIGS fue de 17,5 MW y 60,5 MW respectivamente, ocupando una participación muy pequeña en el mercado fotovoltaico mundial.
La industria CIGS de China está muy por detrás de países y regiones como Europa, Estados Unidos y Japón. La Universidad de Nankai, basándose en el "Décimo Plan Quinquenal" nacional y los planes "863", ha construido un 0,3. Línea piloto MW y ahora ha preparado una muestra de módulo integrado de 30 cm × 30 cm con eficiencia 7. En febrero de 2008, Shandong Furi Photovoltaic Technology Co., Ltd. anunció su cooperación con Johanna de Alemania para introducir exclusivamente la primera línea de producción comercial CIGSSe (compuesto de seleniuro de sulfuro de cobre, indio y galio) de China.
El entorno global actual no es bueno y los fabricantes tradicionales de células solares de cristal de silicio se enfrentan a la presión de que los precios de venta caigan por debajo del costo. Sin embargo, las células solares de película delgada tienen ventajas de costos y están surgiendo gradualmente. La recesión económica mundial significa que los riesgos de inversión están aumentando, pero los inversores de capital de riesgo chinos y extranjeros no temen los riesgos en este momento y colectivamente contrarrestan la tendencia del mercado e invierten en células solares de película delgada. Las baterías de película fina se han convertido en un nuevo punto de inversión en el campo fotovoltaico doméstico. Entre ellas, la eficiencia de conversión de CIGS es comparable a la de las células solares tradicionales, y su estabilidad y eficiencia de conversión son excelentes. Se considera un tipo de célula solar de película delgada con un potencial considerable.
En los próximos años, las ventas de células solares de película delgada CIGS (seleniuro de cobre, indio y galio) se acelerarán. Para 2015, CIGS representará el 43,3% del mercado de células solares de película delgada. Según las previsiones, el mercado fotovoltaico de TF aumentará de 1.000 millones de dólares en 2007 a 1.600 millones de dólares en 2008, y ascenderá a 3.400 millones y 7.200 millones de dólares en 2010 y 2015, respectivamente. En 2005, la participación de TF PV en todo el mercado fotovoltaico era inferior al 5%, pero se espera que aumente a alrededor del 50% en 2015. En comparación con la tecnología fotovoltaica tradicional, TF PV se apoderará del mercado proporcionando soluciones más competitivas en términos de costos en muchas aplicaciones y desarrollará nuevas aplicaciones con sus características únicas (peso ligero, flexibilidad, fácil integración en otros materiales).
La mayor debilidad de la energía fotovoltaica tradicional es el alto coste de fabricación de las baterías. Los paneles fotovoltaicos se fabrican a partir de silicio cristalino mediante un costoso proceso por lotes de pasos y repeticiones. La tecnología de película fina puede resolver problemas similares y desarrollar nuevas aplicaciones para la energía solar. Sin embargo, el camino de desarrollo de TF PV no es todo agradable. Esta tecnología también enfrentará muchos desafíos. Por ejemplo, la reciente escasez de materias primas de silicio cristalino ha comenzado a disminuir debido al aumento de materiales alternativos, eliminando así una fuerza impulsora importante. para el crecimiento de la demanda de TF PV. Los materiales involucrados en la tecnología TF PV incluyen principalmente silicio amorfo (α-Si), telururo de cadmio (CdTe), seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS), seleniuro de cobre e indio (CIS) y materiales híbridos orgánicos y orgánicos-inorgánicos. sus pros y sus contras. La siguiente tabla enumera los principales materiales TF PV y su estado de utilización.
Tabla 1 Materiales fotovoltaicos y estado de utilización Eficiencia del material () Estado de utilización Seleniuro de galio/fosfuro de indio/material híbrido de germanio 35 Sólo seleniuro de galio de laboratorio 25 El fosfuro de indio no se ha utilizado ampliamente, excepto para cierta utilización del espacio 22 Sólo laboratorio Silicio cristalino 25 El material más utilizado en el mercado fotovoltaico Silicio policristalino 20 Seleniuro de galio, indio y cobre ampliamente utilizado 20 TF La participación está creciendo en el mercado fotovoltaico Telururo de cadmio 17 TF Crece rápidamente en el campo fotovoltaico, pero principalmente de una sola empresa Silicio amorfo 10 TF El orgánico más común Los materiales de PV 4-8 aún no se han aplicado, pero varias empresas están intentando activamente comercializarlos. Las fluctuaciones en los precios de la energía juegan un papel importante en la promoción del cambio hacia tecnologías de energía alternativas. La energía solar tiene un gran atractivo para los humanos debido a su naturaleza inagotable, pero la fotovoltaica tradicional tiene sus debilidades: los paneles son más pesados, los costos de producción son altos, inflexibles y el suministro de materias primas de silicio es inestable. Por lo tanto, la energía fotovoltaica sólo puede dirigirse a mercados relativamente estrechos o su aplicación debe cumplir condiciones específicas, como dónde hay subsidios disponibles o dónde otras fuentes de electricidad son escasas.
Las oportunidades para la tecnología de película delgada dependen de la reducción del impacto de estas limitaciones y la expansión de los mercados en los que la energía fotovoltaica puede funcionar. Aunque se trata de una tendencia general, hasta hace poco la baja eficiencia y la tecnología inmadura han impedido que TF PV aproveche esta oportunidad a tiempo. Con los precios de la energía disparándose en los últimos años y los precios de la energía fotovoltaica cayendo, el sector fotovoltaico ha crecido significativamente, y algunos observadores afirman que la energía fotovoltaica podría eventualmente satisfacer hasta el 20 por ciento de la demanda de energía de Estados Unidos.
En comparación con la energía fotovoltaica tradicional, TF PV utiliza menos materiales para fabricar baterías de película delgada, por lo que el costo es menor. TF PV se fabrica depositando finas capas de materiales optoelectrónicos sobre un sustrato, lo que reduce en gran medida el uso de materias primas. La aparición de nuevos procesos de producción, incluida la tecnología de impresión y bobina a bobina, puede reducir aún más los costos.
En términos de rendimiento, se ha convertido en una tendencia general mejorar significativamente la eficiencia de la tecnología de película delgada en un futuro próximo. Por ejemplo, la eficiencia de CIS/CIGS ya es comparable a la de la energía fotovoltaica tradicional. Pero a pesar de algunos avances, todavía existe una cierta brecha entre la eficiencia de la tecnología de película delgada y la fotovoltaica tradicional y, en algunos casos, la diferencia es significativa. El resultado es: TF PV debe competir con la fotovoltaica tradicional en términos de costos, o TF PV necesita crear nuevas aplicaciones en términos de rendimiento. Los paneles solares de seleniuro de cobre, indio y galio también se pueden hacer flexibles, y su color uniforme y rendimiento estable son más adecuados para aplicaciones integradas en edificios.