Среди них на тонкопленочные фотоэлектрические элементы (ФЭ) ранее приходилось менее 5% всех мировых солнечных установок. Однако с ростом спроса на энергию, амбициозными целями по декарбонизации и достижениями в области технологических инноваций тонкопленочные ФЭ могут совершить крупный прорыв.

Недавно опубликованный отчет IDTechEx «Рынок тонкопленочных фотоэлектрических элементов 2025-2035: технологии, игроки и тенденции» предлагает углубленный анализ всего сектора тонкопленочных фотоэлектрических элементов. Отчет охватывает широкий спектр технологий, включая сенсибилизированные красителями солнечные элементы (DSSCs), органические фотоэлектрические элементы (OPVs), перовскитные фотоэлектрические элементы, теллурид кадмия (CdTe), селенид меди-индия-галлия (CIGS), арсенид галлия (GaAs), аморфный кремний (a-Si) и сульфид меди-цинка-олова (CZTS). Профили более чем 35 ключевых игроков рынка, а также подробный анализ основных областей применения, таких как солнечные электростанции, крыши жилых домов, интегрированные в здания фотоэлектрические системы (BIPVs) и беспроводная электроника, помогают составить подробные 10-летние прогнозы для всего солнечного рынка. По прогнозам IDTechEx, к 2035 году объем рынка тонкопленочных фотоэлектрических элементов превысит 11 миллиардов долларов США, после роста с 5 миллиардов долларов США в 2025 году, что ознаменует собой фундаментальный сдвиг в секторе тонкопленочной солнечной энергетики.

Что такое тонкопленочные фотоэлектрические элементы?

Тонкопленочные солнечные элементы — это подкласс фотоэлектрических элементов, работающих с использованием чрезвычайно тонких полупроводниковых слоев. В отличие от кремниевых солнечных элементов, в которых используются толстые, жесткие пластины, эти слои обычно имеют толщину всего несколько нанометров или микрометров, что позволяет создавать сверхлегкие и гибкие солнечные модули. Тонкопленочные фотоэлектрические элементы работают по сути так же, как и традиционные кремниевые солнечные технологии, преобразуя падающий свет в электричество за счет фотоэлектрического эффекта.

Тонкопленочные фотоэлектрические элементы (ТФЭ) занимают лишь небольшую долю мирового рынка солнечной энергии. Доминирование кремниевых фотоэлектрических элементов, а также ограничения по производительности, ограничения по материалам и более высокие производственные затраты способствовали ограниченному внедрению этой технологии. Однако достижения в материаловении, расширение областей применения и разработка новых технологий могут способствовать возобновлению роста в секторе ТФЭ в течение следующего десятилетия.

Новые приложения стимулируют рост рынка

Одной из ключевых областей, где тонкопленочные фотоэлектрические системы набирают популярность, являются интегрированные в здания фотоэлектрические системы (BIPV). В отличие от обычных панелей на крышах, тонкопленочные солнечные батареи могут быть легко интегрированы в здания, включая стены, фасады и окна. Некоторые модули на 90% легче кремниевых панелей, что требует минимальных структурных изменений, делая их идеальным решением для выработки электроэнергии в городах. Учитывая обилие вертикального пространства в городах, BIPV могут внести свой вклад в достижение глобальных целей в области возобновляемой энергии, при этом минимально изменяя землепользование

Еще одно перспективное применение — автономная электроника и сектор Интернета вещей (IoT). По мере распространения интеллектуальных устройств тонкопленочные фотоэлектрические элементы (TFP) становятся устойчивым источником питания для небольших беспроводных устройств. Небольшие электронные устройства (устройства IoT) обычно потребляют мало энергии и, как правило, устанавливаются внутри помещений. Пока солнечная батарея работает выше минимального порогового значения и может функционировать при низком уровне освещенности, точная эффективность устройства не имеет решающего значения, что минимизирует потребность в дорогостоящих высокоэффективных солнечных элементах. В настоящее время этот развивающийся рынок ориентирован на технологии органических и красящих солнечных элементов. Уже сейчас можно приобрести небольшие автономные электронные устройства, работающие на этих сверхтонких солнечных модулях, такие как счетчики посетителей, датчики влажности, наушники и клавиатуры. Тонкопленочные фотоэлектрические элементы в целом предлагают надежную альтернативу батареям, помогая снизить затраты на замену и увеличить общий срок службы устройств.

Перовскитные фотоэлектрические элементы: революционное решение для тонкопленочной солнечной энергетики

Среди наиболее перспективных разработок на рынке тонкопленочных солнечных элементов — появление перовскитных фотоэлектрических элементов. Эта технология привлекла значительное внимание академических кругов и промышленности благодаря своей легкости и гибкости, высокой эффективности и более низкой стоимости по сравнению с традиционными солнечными технологиями. В отличие от традиционных кремниевых солнечных элементов, перовскитные фотоэлектрические элементы могут производиться с использованием рулонной технологии на основе растворов, что делает производство экономически эффективным и масштабируемым. В сочетании с использованием относительно доступных и недорогих сырьевых материалов, IDTechEx считает, что перовскитные фотоэлектрические элементы будут конкурентоспособны по стоимости с кремниевыми фотоэлектрическими элементами, а их цена начнет снижаться с 2035 года.

Перовскитные солнечные элементы также изучаются для использования в тандемных архитектурах устройств, где они комбинируются с кремнием, CIGS или другими материалами для повышения эффективности до более чем 40%. В то время как эффективность однопереходных солнечных элементов ограничена примерно 30%, многопереходные перовскитные элементы имеют гораздо более высокий теоретический предел, что делает их ключевой технологией для будущего солнечной энергетики. Используя хорошо отлаженную технологию и цепочку поставок, IDTechEx считает, что тандемные фотоэлектрические элементы на основе перовскита и кремния займут одну из крупнейших долей рынка. Более высокая выходная мощность на единицу площади тандемных солнечных элементов на основе перовскита и кремния при цене, сопоставимой с кремниевыми солнечными элементами, делает их привлекательными как для промышленности, так и для потребителей, где оптимизация технологии и цены имеет важное значение.

Поскольку перовскитные фотоэлектрические элементы находятся на ранних стадиях коммерциализации, и многие компании стремятся увеличить объемы производства, ожидается, что эта технология внесет свой вклад в рост рынка тонкопленочных фотоэлектрических элементов. По прогнозам IDTechEx, к 2035 году на перовскитные фотоэлектрические элементы будет приходиться более 40% всех тонкопленочных солнечных установок, что приведет к значительному внедрению этой технологии в отрасли.

Рынок тонкопленочных фотоэлектрических элементов находится на переломном этапе; хотя его доля в мировых солнечных электростанциях остается низкой, меняющийся технологический ландшафт и растущий потенциал применения указывают на новые тенденции в этом секторе.

Автор: Майя Бенстед, технологический аналитик компании IDTechEx