Z perspektywy inżynieryjnej i systemowej artykuł omawia faktyczną pozycję technologii perowskitowych w sektorze fotowoltaiki. Wyjaśnia, dlaczego sprawność ogniw perowskitowych tak szybko rośnie w warunkach laboratoryjnych oraz jakie kluczowe bariery pojawiają się przy ich wdrażaniu w realnych systemach PV. W kontekście rynku do 2026 roku dojrzałe technologie krzemowe pozostają obecnie bardziej wykonalnym wyborem projektowym, natomiast perowskit należy traktować przede wszystkim jako kierunek badań średnio- i długoterminowych.
Spis treści
- Czym jest perowskit w kontekście fotowoltaiki?
- Dlaczego sprawność ogniw perowskitowych rośnie tak szybko?
- Dlaczego perowskit jest rzadko spotykany w rzeczywistych systemach PV?
- Na czym firmy powinny skupić się do 2026 roku?
1. Czym jest perowskit w kontekście fotowoltaiki?
W branży fotowoltaicznej perowskit nie oznacza jednego, konkretnego materiału, lecz klasę materiałów o określonej strukturze krystalicznej.
Termin „perowskit” pochodzi od naturalnego minerału perowskitu (np. CaTiO₃) o strukturze krystalicznej ABX₃. Syntetyczne materiały perowskitowe stosowane w fotowoltaice bazują na tej samej zasadzie strukturalnej i zwróciły uwagę głównie dzięki bardzo dobrej zdolności pochłaniania światła.
W ciągu ostatniej dekady materiały perowskitowe wykazały w warunkach laboratoryjnych stosunkowo wysoką sprawność konwersji energii. W porównaniu z tradycyjnymi materiałami krzemowymi oferują one większą elastyczność w projektowaniu urządzeń i ścieżkach technologicznych, co przyspieszyło tempo iteracji na etapie badań.
W obecnym kontekście rynkowym perowskit jest jednak nadal postrzegany głównie jako materiał badawczy. Dyskusje koncentrują się przede wszystkim na właściwościach materiałowych i wynikach testów laboratoryjnych, a nie na technologii inżynieryjnej zweryfikowanej w długoterminowej eksploatacji i gotowej do bezpośredniego zastosowania w rzeczywistych systemach fotowoltaicznych.
2. Dlaczego sprawność ogniw perowskitowych rośnie tak szybko?
Szybki wzrost sprawności ogniw perowskitowych wynika przede wszystkim z ich bardzo dobrej absorpcji światła oraz stosunkowo niskich strat energetycznych w warunkach laboratoryjnych. Należy jednak podkreślić, że te zalety są silnie uzależnione od idealnych, kontrolowanych warunków testowych.
Gdy w 2009 roku po raz pierwszy wykorzystano materiały perowskitowe do wytwarzania energii słonecznej, ich sprawność konwersji wynosiła zaledwie 3,8%. W ciągu kolejnych kilkunastu lat, wraz z ciągłą optymalizacją systemów materiałowych i architektury ogniw, sprawność laboratoryjna szybko wzrosła do poziomu powyżej 25%.
W ostatnich latach badania nad strukturami tandemowymi perowskit–krzem pozwoliły w kontrolowanych warunkach testowych zbliżyć się do poziomu 30% sprawności.
Tak szybkie tempo wzrostu efektywności jest rzadko spotykane w rozwoju technologii fotowoltaicznych i wyjaśnia, dlaczego perowskit od dawna uznawany jest za kierunek badań o bardzo wysokim potencjale.
Schemat przedstawia dwie główne ścieżki konstrukcyjne technologii perowskitowej:
- po lewej – cienkowarstwowe ogniwo oparte wyłącznie na perowskicie, wykorzystywane głównie w badaniach laboratoryjnych nad sprawnością;
- po prawej – struktura tandemowa perowskit–krzem, bliższa obecnym kierunkom rozwoju przemysłowego.
W warunkach laboratoryjnych ogniwa perowskitowe osiągają wysokie, często bardzo atrakcyjne wartości sprawności głównie z kilku powodów technicznych:
- Wysoka zdolność absorpcji światła: materiały perowskitowe pochłaniają większość promieniowania już w bardzo cienkich warstwach, co sprzyja szybkiemu wzrostowi sprawności w warunkach eksperymentalnych.
- Duża elastyczność struktury i systemów materiałowych: na etapie badań projektowanie architektury ogniwa i dobór parametrów są bardzo elastyczne, co umożliwia szybkie iteracje i optymalizację wyników.
- Dobra kompatybilność z koncepcją tandemu krzemowego: perowskit jest często łączony z krzemem w strukturach tandemowych, aby w warunkach laboratoryjnych przekroczyć granice sprawności pojedynczego materiału.
Należy jednak pamiętać, że powyższe czynniki mają zastosowanie głównie w laboratoriach lub w ściśle kontrolowanych warunkach testowych i nie odzwierciedlają złożonych warunków pracy, z jakimi rzeczywiste systemy fotowoltaiczne muszą mierzyć się w długim okresie eksploatacji.
3. Dlaczego perowskit jest niemal niewidoczny w rzeczywistych systemach fotowoltaicznych?
Mimo że perowskit wykazuje imponujące wyniki sprawności w warunkach laboratoryjnych, jego zastosowanie w realnych systemach fotowoltaicznych nadal napotyka liczne praktyczne bariery.
Źródło obrazu: Wikimedia Commons
Na obecnym etapie technologia perowskitowa nie jest jeszcze gotowa do wdrożeń na dużą skalę, co wynika głównie z następujących ograniczeń systemowych:
- Brak inżynieryjnej walidacji długoterminowej stabilności: Rzeczywiste systemy PV projektuje się zwykle na 20–25 lat stabilnej pracy. W złożonych warunkach, takich jak wysokie temperatury, wilgoć i ciepło, promieniowanie UV oraz cykle dzień–noc, materiały perowskitowe nadal wykazują istotne ryzyko degradacji. Dostępne dane pochodzą głównie z testów krótkoterminowych lub kontrolowanych i nie spełniają wymagań tej skali czasowej.
- Niewystarczająca powtarzalność i skalowalność produkcji: Choć w laboratoriach osiąga się wysoką sprawność, brakuje wiarygodnych danych potwierdzających możliwość stabilnego odtworzenia tych parametrów w dużych modułach i produkcji seryjnej. Ma to bezpośredni wpływ na kontrolę jakości i ocenę ryzyka eksploatacyjnego.
- Niedostosowane ramy certyfikacyjne, ubezpieczeniowe i finansowe: Rynek fotowoltaiki oparty na krzemie dysponuje dojrzałymi standardami i mechanizmami oceny ryzyka. W przypadku perowskitu brakuje powszechnie akceptowanego systemu długoterminowej walidacji, co utrudnia dostęp do finansowania i ubezpieczeń.
- Niepewna niezawodność systemowa i wydajność w całym cyklu życia: Projekty komercyjne ocenia się nie tylko pod kątem początkowej sprawności, lecz także przebiegu degradacji w perspektywie ponad 20 lat, kosztów utrzymania oraz stabilności produkcji energii. Dopóki te parametry nie zostaną rzetelnie potwierdzone, perowskit pozostaje bardziej odpowiedni dla fazy badań lub projektów demonstracyjnych niż dla standardowych wdrożeń komercyjnych.
4. Na czym firmy powinny skupić się do 2026 roku?
W praktycznych projektach dojrzałe technologie fotowoltaiczne oparte na krzemie pozostają obecnie bardziej realnym wyborem, podczas gdy perowskit lepiej postrzegać jako kierunek badań średnio- i długoterminowych.
Z perspektywy projektu o opłacalności technologii decyduje jej zdolność do zapewnienia stabilnej, przewidywalnej i możliwej do sfinansowania produkcji energii w długim okresie. Technologia perowskitowa nadal znajduje się głównie na etapie badań i demonstracji i nie przeszła jeszcze pełnej walidacji inżynieryjnej wymaganej do standardowych wdrożeń komercyjnych.
Dla przedsiębiorstw bezpieczniejszym podejściem jest priorytetowe stosowanie technologii krzemowych z ugruntowanymi łańcuchami dostaw i potwierdzonym doświadczeniem eksploatacyjnym, przy jednoczesnym monitorowaniu rozwoju perowskitu.
Do tej pory nie wykształciły się jasne ramy polityczne ani systemy wsparcia umożliwiające skalowalne wdrażanie modułów perowskitowych. Przy braku długoterminowych danych eksploatacyjnych, jednoznacznie określonych ścieżek degradacji oraz dojrzałych modeli oceny ryzyka trudno jest oprzeć koszty lub kalkulacje LCOE na stabilnych i powtarzalnych założeniach inżynieryjnych.
Do 2026 roku nie ma przekonujących przesłanek, że perowskit w krótkim czasie zastąpi dojrzałe technologie fotowoltaiczne oparte na krzemie. Bardziej realistyczne jest założenie, że wybór technologii w komercyjnych systemach PV będzie nadal opierał się przede wszystkim na długoterminowej niezawodności i kontrolowanym poziomie ryzyka.
Maysun Solar to producent i dostawca modułów fotowoltaicznych skoncentrowany na rynku europejskim. Oferowane rozwiązania opierają się na dojrzałych, inżynieryjnie zweryfikowanych technologiach krzemowych, takich jak technologiach IBC, technologiach TOPCon, technologiach HJT, pomagając projektom już na etapie projektowania skutecznie kontrolować ryzyko operacyjne oraz spełniać wymagania techniczne i regulacyjne.
Referencje:
National Renewable Energy Laboratory. (2025). Best Research-Cell Efficiency Chart. U.S. Department of Energy. https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html
Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE. (2024). Photovoltaics Report. https://www.ise.fraunhofer.de/en/publications/studies/photovoltaics-report.html
Helmholtz-Zentrum Berlin. (2023). Perovskite–silicon tandem solar cell research. https://www.helmholtz-berlin.de
Może Ci się spodobać: