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市場調査レポート

ペロブスカイト太陽電池 (2018-2028年):技術・市場・企業

Perovskite Photovoltaics 2018-2028: Technologies, Markets, Players

発行 IDTechEx Ltd. 商品コード 346109
出版日 ページ情報 英文 124 Slides
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ペロブスカイト太陽電池 (2018-2028年):技術・市場・企業 Perovskite Photovoltaics 2018-2028: Technologies, Markets, Players
出版日: 2018年04月30日 ページ情報: 英文 124 Slides
概要

ペロブスカイト太陽電池は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、急速な効率改善 (2006年の2.2%から2014年には20.1%へ) と安価な材料・製造コストの面で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・OPVなどの分野から、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と移行させています。

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を調査し、ペロブスカイト太陽電池の構造・アーキテクチャ、発展の推移、提供価値、商業化に向けた各種取り組み、コスト分析、事業機会の分析と市場成長予測、各種PV技術のベンチマーキング、アーキテクチャと製造技術、材料オプション、主要企業のプロファイルなどをまとめています。

第1章 ペロブスカイトPV:概要

  • ペロブスカイトPV:概要
  • ペロブスカイトとは
  • ペロブスカイトの構造
  • 太陽スペクトル
  • 効率計算
  • 動作原理
  • ペロブスカイト太陽電池の構造・アーキテクチャ
  • ペロブスカイト太陽電池の開発タイムライン
  • ペロブスカイト太陽電池の進化
  • DSSCのPCEの進歩
  • ペロブスカイト太陽電池の提供価値
  • 効率 vs 送電
  • The Achilles' Heel
  • ペロブスカイト太陽電池の安定性
  • 電流電圧曲線におけるヒステリシス挙動、など

第2章 商業化に向けた取り組み

  • 概要
  • 課題克服に向けた取り組み
  • もっとも安定したハロゲン化混合ペロブスカイト
  • 高い安定性を持つホールコンダクターフリープリンタブルペロブスカイト太陽電池
  • 大型オールプリンテッドペロブスカイトソーラーモジュール
  • 超安定型ペロブスカイト太陽電池
  • パイロットスケールの発電所
  • パイロットスケールの設備発電容量
  • フレキシブルペロブスカイト太陽電池
  • 大型ロールツーロールプリンテッドペロブスカイト太陽電池
  • Microquanta Semiconductor、など

第3章 コスト分析

  • 世界のPV産業の推移
  • 発電コスト
  • 主要国の一般的なPVシステム価格
  • ペロブスカイトPVの総発電コスト
  • ペロブスカイトモジュールコスト推計
  • 将来のペロブスカイトPVシステム:コスト内訳
  • 将来のペロブスカイトPVシステム:コスト内訳の前提因子、など

第4章 事業機会・市場予測

  • 事業機会:サマリー
  • ペロブスカイトPVの用途ロードマップ
  • スマートガラス
  • BIPV/BAPV
  • 屋外家具
  • 自動車
  • ポータブルエレクトロニクス
  • 電力市場
  • 前提因子・分析
  • 市場予測、など

第5章 各種PV技術のベンチマーキング

  • PV技術の分類:世代別
  • PV技術の分類:材料別
  • 第三世代PV技術:概要
  • 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
  • 各種ソーラー技術の効率:セル・モジュール
  • PVのライフサイクルと回収期間
  • 各種PV技術の価格
  • 各種PV技術のソーラーデバイスの構造
  • 開放電圧 vs オプティカルバンドギャップ
  • 各種PV技術のメトリクスの比較
  • 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
  • CZTS
  • 色素増感太陽電池
  • 有機PV
  • 量子ドットPV
  • ペロブスカイト、など

第6章 アーキテクチャと製造

  • シリコン・シリコンウエハの製造
  • ペロブスカイトフィルムの堆積
  • 堆積プロセスのエンジニアリング
  • ペロブスカイトフィルムの堆積プロセス
  • 1ステップ前駆体堆積
  • シーケンシャル堆積プロセス
  • 2ステップスピンコート堆積
  • 噴霧堆積
  • スロットダイコーティングプロセス
  • デュアルソース真空堆積
  • シーケンシャル蒸着
  • Vapour-assisted手法によるソリューションプロセス、など

第7章 材料オプション

  • 材料の組み合わせ
  • 有機イオン
  • 全無機ペロブスカイト太陽電池
  • ハロゲン化物イオン
  • バンドギャップ制御
  • ハロゲン化ペロブスカイトのバンドギャップと耐性因子
  • 可能性のある材料の改良
  • インタフェース層
  • ポリマーHTM
  • フェニルアミン誘導体ベースの低分子HTM、など

第8章 企業プロファイル

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 into 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?

Those 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 OF PEROVSKITE PVS

  • 1.1. Research-cell efficiencies of different solar technologies
  • 1.2. Overview of perovskite PV
  • 1.3. What is perovskite?
  • 1.4. Perovskite structure
  • 1.5. Solar spectrum
  • 1.6. Calculating efficiency
  • 1.7. Working principle
  • 1.8. Structures/architectures of perovskite solar cells
  • 1.9. Perovskite solar cell development timeline
  • 1.10. Perovskite solar cell evolution
  • 1.11. Progress in PCEs of DSSC
  • 1.12. Value propositions of perovskite solar cells
  • 1.13. Efficiency versus transmission
  • 1.14. The Achilles' Heel
  • 1.15. Stability of perovskite solar cells
  • 1.16. Hysteresis behaviour in the current-voltage curves

2. EFFORTS TOWARDS COMMERCIALIZATION

  • 2.1. Overview
  • 2.2. Efforts to overcome challenges
  • 2.3. Mixture halide perovskite is more stable
  • 2.4. Hole-conductor-free printable perovskite solar cell with high stability
  • 2.5. Large-area all-printed perovskite solar modules
  • 2.6. Ultra-stable perovskite solar cells
  • 2.7. Pilot-scale power station
  • 2.8. Pilot-scale capacity
  • 2.9. Flexible perovskite solar cells
  • 2.10. Large scale roll-to-roll printed perovskite solar cells
  • 2.11. Microquanta Semiconductor

3. COST ANALYSIS

  • 3.1. Global PV industry growth 1993 - 2017
  • 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. Future perovskite PV system cost breakdown assumption
  • 3.9. 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. Unique features are required where silicon PVs cannot provide
  • 4.4. Smart glass
  • 4.5. BIPV/BAPV
  • 4.6. Outdoor furniture
  • 4.7. Vehicles
  • 4.8. Portable Electronics
  • 4.9. Power market
  • 4.10. Efficiencies have been improved fast, but...
  • 4.11. Fierce cost competition demonstrates challenge
  • 4.12. Another opportunity in the power market
  • 4.13. Tandem solar cell progress
  • 4.14. Assumptions & analysis
  • 4.15. Market forecast in values
  • 4.16. Market segment by value in 2023 & 2028

5. TECHNOLOGY BENCHMARKING OF DIFFERENT PV TECHNOLOGIES

  • 5.1. Photovoltaic technology classification by generation
  • 5.2. Photovoltaic technology classification by material
  • 5.3. Third-generation PV technologies: overview
  • 5.4. Silicon solar technologies
  • 5.5. Golden triangle of solar cells
  • 5.6. Technology development roadmap
  • 5.7. Efficiencies of Different Solar Technologies: Cells and Modules
  • 5.8. Life cycle of PV and energy payback times
  • 5.9. Price of different PV technologies
  • 5.10. Solar device structures of different PV technologies
  • 5.11. Open-circuit voltage versus optical bandgap
  • 5.12. Maximum photo energy utilisation
  • 5.13. Metrics comparison of different PV technologies
  • 5.14. Crystalline silicon
  • 5.15. Gallium arsenide
  • 5.16. Hydrogenated amorphous silicon
  • 5.17. Cadmium telluride
  • 5.18. Copper indium gallium (di)selenide
  • 5.19. Copper zinc tin sulphide
  • 5.20. Dye-sensitized solar cell
  • 5.21. Organic photovoltaic
  • 5.22. Quantum dot photovoltaic
  • 5.23. Perovskite

6. ARCHITECTURE AND FABRICATION

  • 6.1. Production of silicon and silicon wafers
  • 6.2. Deposition of perovskite films
  • 6.3. Engineering the deposition process
  • 6.4. Processing planar heterojunction without TiO2
  • 6.5. Deposition processes for perovskite films
  • 6.6. One step precursor deposition
  • 6.7. Sequential deposition process
  • 6.8. Two step spin-coating deposition
  • 6.9. Spray coating deposition
  • 6.10. Slot-die coating process
  • 6.11. Dual source vacuum deposition
  • 6.12. Sequential vapour deposition
  • 6.13. Vapour-assisted solution process

7. MATERIAL OPTIONS

  • 7.1. Material combinations
  • 7.2. Organic ions in perovskite
  • 7.3. All-inorganic perovskite solar cells
  • 7.4. Halogen ions in perovskite
  • 7.5. Bandgap tuning
  • 7.6. Bandgap and tolerance factor of halide perovskite and corresponding PV parameters
  • 7.7. Possible material improvement
  • 7.8. Interface layers
  • 7.9. Polymer HTMs
  • 7.10. Small molecule HTMs based on phenylamine derivatives
  • 7.11. Small molecule HTMs without phenylamine derivatives

8. COMPANY PROFILES

  • 8.1. Companies currently working on perovskites
    • 8.1.1. CSIRO
    • 8.1.2. Dyesol
    • 8.1.3. Fraunhofer ISE
    • 8.1.4. FrontMaterials
    • 8.1.5. Microquanta Semiconductor
    • 8.1.6. Oxford Photovoltaics
    • 8.1.7. Saule Technologies
    • 8.1.8. Solaronix
    • 8.1.9. Solar-Tectic
    • 8.1.10. Solliance
    • 8.1.11. Xiamen Weihua Solar
  • 8.2. Companies working on other emerging PVs
    • 8.2.1. Alta Device
    • 8.2.2. Amor
    • 8.2.3. Belectric
    • 8.2.4. CraynNano AS
    • 8.2.5. Crystalsol GmbH
    • 8.2.6. DisaSolar
    • 8.2.7. Eight19
    • 8.2.8. Flexink
    • 8.2.9. G24 Power
    • 8.2.10. Heliatek
    • 8.2.11. NanoGram
    • 8.2.12. National Research Council Canada
    • 8.2.13. New Energy Technologies
    • 8.2.14. Polyera Corporation
    • 8.2.15. Raynergy Tek Incorporation
    • 8.2.16. SolarPrint
    • 8.2.17. Sumitomo Chemical and CDT
    • 8.2.18. Ubiquitous Energy
    • 8.2.19. VTT Technical Research Centre of Finland
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