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市場調査レポート

ペロブスカイト太陽電池 2015-2025年:技術・市場・企業

Perovskite Photovoltaics 2015-2025: Technologies, Markets, Players

発行 IDTechEx Ltd. 商品コード 346109
出版日 ページ情報 英文 116 Slides
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ペロブスカイト太陽電池 2015-2025年:技術・市場・企業 Perovskite Photovoltaics 2015-2025: Technologies, Markets, Players
出版日: 2015年11月30日 ページ情報: 英文 116 Slides
概要

2013年の科学分野における10大進歩のひとつとして数えられるペロブスカイト太陽電池は、その効率の急速な改善 (2006年の2.2%から2014年には20.1%へ) と安価な材料・製造コストから今後の大きな可能性を示しています。ペロブスカイト太陽電池はDSSCおよびOPVの分野から、より大きな可能性を持つものとして注目を浴びており、多くの企業や研究機関がその焦点をDSSC・OPVからペロブスカイトへ移しています。

当レポートでは、ペロブスカイト太陽電池の技術および市場について調査し、各太陽光発電 (PV) 技術の発展の経緯、技術概要、アーキテクチャーと製造法、各種材料、ペロブスカイト太陽電池およびその他の各種PV技術の比較、ペロブスカイト太陽電池の発電コスト、用途・エンドユーザー産業の分析、市場成長予測、主要企業のプロファイルなどをまとめています。

第1章 概要

第2章 各PV技術の技術ベンチマーキング

  • 太陽光発電技術の分類:世代別
  • 太陽光発電技術の分類:材料別
  • シリコンソーラー技術
  • 太陽電池のゴールデントライアングル
  • 技術開発ロードマップ
  • 各ソーラー技術の効率:電池・モジュール
  • PVのライフサイクルおよびエネルギー資本回収期間
  • 技術開発ロードマップ
  • 各PV技術の価格
  • 各PV技術の太陽装置構造
  • 開路電圧 vs. 光学バンドギャップ
  • 最大光エネルギー利用
  • 各PV技術のメトリクス比較
  • 結晶シリコン
  • ヒ化ガリウム
  • 水素化アモルファスシリコン
  • テルル化カドミウム
  • CIGS (銅、インジウム、ガリウム、セレン化合物)
  • 銅・亜鉛・スズ硫化物
  • 有機太陽光発電
  • 量子ドット太陽光発電
  • 色素増感太陽電池
  • ペロブスカイト

第3章 コスト分析

  • 世界のPV産業成長
  • 発電のコスト
  • 学習曲線に基づいたPVモジュールの予測
  • 主要国における一般的なPVシステム価格
  • ペロブスカイトPVの総エネルギー生成コスト
  • ペロブスカイトモジュールコストの推計
  • 将来のペロブスカイトPVシステムコスト分析
  • ペロブスカイトスタックを用いた将来のP型シリコンタンデムシステムの分析

第4章 商業機会・市場予測

  • 商業機会のサマリー
  • ペロブスカイト太陽光発電のアプリケーションロードマップ
  • スマートガラス
  • 建物一体型太陽光発電
  • ユーティリティ市場
  • 屋外用家具
  • 自動車
  • 第3世界アプリケーション
  • ポータブルエレクトロニクス
  • 前提条件 & 分析
  • 市場予測
  • モジュール価値全体を考慮した市場予測
  • 市場区分:金額ベース

第5章 ペロブスカイト太陽電池の背景

  • 太陽のスペクトル
  • 効率の計算
  • ペロブスカイトとは?
  • ペロブスカイトの構造
  • ペロブスカイト太陽電池のセールスポイント
  • 価値命題
  • 動作原理
  • 障壁 & 課題
  • ペロブスカイト太陽電池の安定性
  • ハロゲン混合ペロブスカイトはさらに安定
  • 電流電圧曲線におけるヒステリシス挙動
  • タンデム太陽電池
  • 効率 vs. 送電
  • DSSCのPCEにおける進歩
  • ペロブスカイト太陽電池の進化1
  • ペロブスカイト太陽電池の進化2

第6章 アーキテクチャーおよび製造

  • ペロブスカイト太陽電池の分類
  • ペロブスカイト太陽電池の構造/アーキテクチャー
  • シリコン・シリコンウェハーの製造
  • ペロブスカイトフィルムの積層
  • 積層プロセスのエンジニアリング
  • TiO2無しの平面ヘテロ接合処理
  • ペロブスカイトフィルムの積層法
  • ワンステップ前駆体積層
  • 連続積層法
  • ツーステップスピンコーティング積層
  • スプレーコーティング積層
  • スロットダイコーティング法
  • 2元真空蒸着
  • 連続蒸着
  • 蒸気支援ソリューション法

第7章 材料のオプション

  • 材料の組み合わせ
  • ペロブスカイトにおける有機イオン
  • ペロブスカイトにおけるハロゲンイオン
  • バンドギャップの調整
  • 見込み材料の改良
  • インターフェース層
  • ポリマーHTM
  • フェニルアミン派生物ベースの小分子モジュール
  • フェニルアミン派生物無しの小分子モジュール

第8章 企業プロファイル

  • Crystalsol (CZTS)
  • CSIRO
  • Dyesol
  • Fraunhofer ISE
  • FrontMaterials
  • G24 Power
  • Oxford Photovoltaics
  • Saule Technologies
  • Technical Research Centre of Finland (VTT)
  • Weihua Solar

第9章 略語

第10章 主なペロブスカイトPV市場参入企業

  • CSIRO
  • Dyesol
  • Fraunhofer ISE
  • FrontMaterials
  • Oxford Photovoltaics
  • Saule Technologies
  • Xiamen Weihua Solar Co.,Ltd.

第11章 その他の新興PV市場参入企業

  • Alta Devices
  • Armor
  • Belectric
  • CrayoNano AS
  • Crystalsol GmbH
  • DisaSolar
  • Eight19 Ltd
  • Exeger
  • Flexink
  • G24 Power Ltd
  • Heliatek GmbH
  • NanoGram Corp
  • National Research Council Canada
  • New Energy Technologies Inc
  • Polyera Corporation
  • Raynergy Tek Incorporation
  • Solaronix
  • SolarPrint Ltd
  • 住友化学・CDT
  • Ubiquitous Energy Inc
  • VTT Technical Research Centre of Finland
目次

As one of the top ten science breakthroughs of 2013, perovskite solar cells have shown potential both in the rapid efficiency improvement (from 2.2% in 2006 to the latest record 20.1% in 2014) and in cheap material and manufacturing costs. Perovskite solar cells have attracted tremendous attention from the likes of DSSC and OPVs with greater potential. Many companies and research institutes that focused on DSSCs and OPVs now transfer attention to perovskites with few research institutes remaining exclusively committed to OPVs and DSSCs.

image1

Perovskite solar cells are a breath of fresh air in the emerging photovoltaic technology landscape. They have amazed with an incredibly fast efficiency improvement, going from just 2% in 2006 to over 20.1% in 2015.

Photovoltaic (PV) technologies are basically divided into two big categories: wafer-based PV (also called 1st generation PV) and thin-film cell PV.

Traditional crystalline silicon (c-Si) cells (both single crystalline silicon and multi-crystalline silicon) and gallium arsenide (GaAs) cells belong to the wafer-based PVs. Among different single-junction solar technologies, GaAs exhibits the highest efficiency, followed by c-Si cells. The latter dominates the current PV market (about 90% market share).

Thin-film cells normally absorb light 10-100 times more efficiently than silicon, allowing the use of films of just a few microns thick. Cadmium telluride (CdTe) technology has been successfully commercialized, with more than 20% cell efficiency and 17.5% module efficiency record. CdTe cells currently take about 5% of the total market. Other commercial thin-film technologies include hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and copper indium gallium (di)selenide (CIGS) cells, taking approximately 2% market share each today. Copper zinc tin sulphide technology has been developed for years and it will still require some time for real commercialization.

The emerging thin-film PVs are also called 3rd generation PVs, which refer to PVs using technologies that have the potential to overcome Shockley-Queisser limit or are based on novel semiconductors. The 3rd generation PVs include DSSC, organic photovoltaic (OPV), quantum dot (QD) PV and perovskite PV. The cell efficiencies of perovskite are approaching that of commercialized 2nd generation technologies such as CdTe and CIGS. Other emerging PV technologies are still struggling with lab cell efficiencies lower than 15%.

image2

High and rapidly improved efficiencies, as well as low potential material & processing costs are not the only advantages of perovskite solar cells. Flexibility, semi-transparency, tailored form factors, thin-film, light-weight are other value propositions of perovskite solar cells.

With so many improvements, perovskite solar cell technology is still in the early stages of commercialization compared with other mature solar technologies as there are a number of concerns remaining such as stability, toxicity of lead in the most popular perovskite materials, scaling-up, etc. Crystalline silicon PV modules have fallen from $76.67/W in 1977 to $0.4-0.5/W with fair efficiency in early 2015.

  • Will perovskite solar cells be able to compete with silicon solar cells which dominate the PV market now?
  • What is the status of the technology?
  • What are the potential markets?
  • Who is working on it?

These questions will be answered in this report.

The report will also benchmark other photovoltaic technologies including crystalline silicon, GaAs, amorphous silicon, CdTe, CIGS, CZTS, DSSC, OPV and quantum dot PV. Cost analysis is provided for future perovskite solar cells. A 10-year market forecast is given based on different application segments. Possible fabrication methods and material choices are discussed as well.

The market forecast is provided based on the following applications:

  • Smart glass
  • BIPV
  • Outdoor furniture
  • Perovskites in tandem solar cells
  • Utility
  • Portable devices
  • Third world/developing countries for off-grid applications
  • Automotive
  • Others

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Table of Contents

1. OVERVIEW

  • 1.1. Overview of Research-Cell Efficiencies of Different Solar Technologies
  • 1.2. New Breakthrough in Solar Technology
  • 1.3. Perovskite Solar Cell Development Timeline

2. TECHNOLOGY BENCHMARKING OF DIFFERENT PV TECHNOLOGIES

  • 2.1. Photovoltaic Technology Classification by Generation
  • 2.2. Photovoltaic Technology Classification by Material
  • 2.3. Silicon Solar Technologies
  • 2.4. Golden Triangle of Solar Cells
  • 2.5. Technology Development Roadmap
  • 2.6. Efficiencies of Different Solar Technologies: Cells and Modules
  • 2.7. Life Cycle of PV and Energy Payback Times
  • 2.8. Price of Different PV Technologies
  • 2.9. Solar Device Structures of Different PV Technologies
  • 2.10. Open-Circuit Voltage Versus Optical Bandgap
  • 2.11. Maximum Photo Energy Utilisation
  • 2.12. Metrics Comparison of Different PV Technologies
  • 2.13. Crystalline Silicon
  • 2.14. Gallium Arsenide
  • 2.15. Hydrogenated Amorphous Silicon
  • 2.16. Cadmium Telluride
  • 2.17. Copper Indium Gallium (Di)selenide
  • 2.18. Copper Zinc Tin Sulphide
  • 2.19. Organic Photovoltaic
  • 2.20. Quantum Dot Photovoltaic
  • 2.21. Dye-Sensitized Solar Cell
  • 2.22. Perovskite

3. COST ANALYSIS

  • 3.1. Global PV Industry Growth 1993 - 2014
  • 3.2. Cost of Generating Electricity
  • 3.3. PV Module Prediction based on Learning Curve
  • 3.4. Typical PV System Prices in Selected Countries
  • 3.5. Total Energy Generation Cost of Perovskite PVs
  • 3.6. Perovskite Module Cost Estimation
  • 3.7. Future Perovskite PV System Cost Breakdown
  • 3.8. Breakdown of Future P-type Silicon Tandem System with Perovskite Stack

4. COMMERCIAL OPPORTUNITIES AND MARKET FORECAST

  • 4.1. Summary of Commercial Opportunity
  • 4.2. Application Roadmap of Perovskite Photovoltaics
  • 4.3. Smart Glass
  • 4.4. Building Integrated Photovoltaics
  • 4.5. Utility Market
  • 4.6. Outdoor Furniture
  • 4.7. Automotive
  • 4.8. Third World Application
  • 4.9. Portable Electronics
  • 4.10. Assumptions & Analysis
  • 4.11. Market Forecast in US$ Million
  • 4.12. Market Forecast Considering the Whole Module Value
  • 4.13. Market Segment by Value in 2025

5. BACKGROUND OF PEROVSKITE SOLAR CELLS

  • 5.1. Solar Spectrum
  • 5.2. Calculating Efficiency
  • 5.3. What Is Perovskite?
  • 5.4. Perovskite Structure
  • 5.5. Perovskite Solar Cells-Selling Points
  • 5.6. Value Propositions
  • 5.7. Working Principle
  • 5.8. Barriers & Challenges
  • 5.9. Stability of Perovskite Solar Cells
  • 5.10. Mixture Halide Perovskite Is More Stable
  • 5.11. Hysteresis Behaviour in the Current-Voltage Curves
  • 5.12. Tandem Solar Cell: Perovskite Stack Can Be Printed on top of Existing Silicon PV Cells
  • 5.13. Efficiency versus Transmission
  • 5.14. Progress in PCEs of DSSC
  • 5.15. Perovskite Solar Cell Evolution 1
  • 5.16. Perovskite Solar Cell Evolution 2

6. ARCHITECTURE AND FABRICATION

  • 6.1. Classification of Perovskite Solar Cells
  • 6.2. Structures/Architectures of Perovskite Solar Cells
  • 6.3. Production of silicon and silicon wafers
  • 6.4. Deposition of Perovskite Films
  • 6.5. Engineering the Deposition Process
  • 6.6. Processing Planar Heterojunction without TiO2
  • 6.7. Deposition Processes for Perovskite Films
  • 6.8. One Step Precursor Deposition
  • 6.9. Sequential Deposition Process
  • 6.10. Two Step Spin-Coating Deposition
  • 6.11. Spray Coating Deposition
  • 6.12. Slot-Die Coating Process
  • 6.13. Dual Source Vacuum Deposition
  • 6.14. Sequential Vapour Deposition
  • 6.15. Vapour-Assisted Solution Process

7. MATERIAL OPTIONS

  • 7.1. Material Combinations
  • 7.2. Organic Ions in Perovskite
  • 7.3. Halogen Ions in Perovskite
  • 7.4. Bandgap Tuning
  • 7.5. Possible Material Improvement
  • 7.6. Interface Layers
  • 7.7. Polymer HTMs
  • 7.8. Small Molecule HTMs Based on Phenylamine Derivatives
  • 7.9. Small Molecule HTMs without Phenylamine Derivatives

8. PLAYER PROFILES

  • 8.1. Crystalsol (CZTS)
  • 8.2. CSIRO
  • 8.3. Dyesol
  • 8.4. Fraunhofer ISE
  • 8.5. FrontMaterials
  • 8.6. G24 Power
  • 8.7. Oxford Photovoltaics
  • 8.8. Saule Technologies
  • 8.9. Technical Research Centre of Finland (VTT)
  • 8.10. Weihua Solar

9. ABBREVIATIONS

10. COMPANIES CURRENTLY WORKING ON PEROVSKITES

  • 10.1. CSIRO
  • 10.2. Dyesol
  • 10.3. Fraunhofer ISE
  • 10.4. FrontMaterials
  • 10.5. Oxford Photovoltaics
  • 10.6. Saule Technologies
  • 10.7. Xiamen Weihua Solar Co.,Ltd.

11. COMPANIES WORKING ON OTHER EMERGING PVS

  • 11.1. Alta Devices
  • 11.2. Armor
  • 11.3. Belectric
  • 11.4. CrayoNano AS
  • 11.5. Crystalsol GmbH
  • 11.6. DisaSolar
  • 11.7. Eight19 Ltd
  • 11.8. Exeger
  • 11.9. Flexink
  • 11.10. G24 Power Ltd
  • 11.11. Heliatek GmbH
  • 11.12. NanoGram Corp
  • 11.13. National Research Council Canada
  • 11.14. New Energy Technologies Inc
  • 11.15. Polyera Corporation
  • 11.16. Raynergy Tek Incorporation
  • 11.17. Solaronix
  • 11.18. SolarPrint Ltd
  • 11.19. Sumitomo Chemical and CDT
  • 11.20. Ubiquitous Energy Inc
  • 11.21. VTT Technical Research Centre of Finland
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