تصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت ذات الكفاءة العالية في عام 2025: عصر الاختراق للطاقة الشمسية. كيف تقود تقنيات الإنتاج من الجيل التالي الكفاءة غير المسبوقة وتوسع السوق.
- الملخص التنفيذي: نظرة عامة على السوق في 2025 والعوامل الرئيسية
- نظرة عامة على التقنية: الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت ومعالم الكفاءة
- ابتكارات التصنيع: توسيع الإنتاج عالي الكفاءة
- المشهد التنافسي: الشركات الرائدة والشراكات الاستراتيجية
- تحليل التكلفة: تكاليف رأس المال، تكاليف التشغيل، والاتجاهات في تكلفة الكهرباء المستوى
- توقعات السوق 2025-2030: معدل النمو السنوي المركب، توقعات الحجم والإيرادات
- سلسلة الإمداد والمواد الخام: المصادر، الاستدامة، والعقبات
- البيئة التنظيمية ومعايير الصناعة
- التطبيقات الناشئة: الخلايا المزدوجة، الطاقة الشمسية المدمجة في المباني، والوحدات المرنة
- آفاق المستقبل: التحديات، الفرص، وخارطة الطريق حتى 2030
- المصادر والمراجع
الملخص التنفيذي: نظرة عامة على السوق في 2025 والعوامل الرئيسية
السوق العالمي لتصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت ذات الكفاءة العالية يستعد لتحول كبير في عام 2025، مدفوعًا بالتقدم التكنولوجي السريع، وزيادة الاستثمارات، والطلب الملح على حلول الطاقة الشمسية القابلة للتوسع والفعالة من حيث التكلفة. خلايا الطاقة الشمسية البيروفسكايت، المعروفة بارتفاع كفاءتها في تحويل الطاقة وإمكانية إنتاجها بتكلفة منخفضة، تنتقل من الإنجازات على مستوى المختبر إلى الإنتاج على المستوى التجاري. في عام 2025، العديد من الشركات الرائدة وكونسورتيوم تسارع في نشر تقنيات الطاقة الشمسية البيروفسكايت، مع خطوط إنتاج تجريبية ووحدات تجارية مبكرة تدخل السوق.
تشمل العوامل الرئيسية في عام 2025 الحاجة إلى وحدات طاقة شمسية ذات كفاءة أعلى للوفاء بأهداف إزالة الكربون العالمية، ومرونة مواد البيروفسكايت للتطبيقات المزدوجة والخفيفة الوزن، وإمكانية عمليات تصنيع تعتمد على الأسطوانة تعد بإنفاق رأس مال أقل مقارنةً بالطاقة الشمسية السيليكون التقليدية. شركات مثل Oxford PV تتصدر هذه الجهود، حيث أعلنت عن زيادة إنتاج خطوط خلاياها المزدوجة البيروفسكايت-سيليكون في ألمانيا، مستهدفة كفاءات الوحدات التجارية أعلى من 25%. وبالمثل، تستثمر Meyer Burger Technology AG في تكنولوجيا الخلايا المزدوجة البيروفسكايت، مستغلة خبرتها في تصنيع الخلايا المتقدمة والتقنيات المتقدمة لتوسيع الوحدات من الجيل التالي.
في آسيا، تتقدم Microquanta Semiconductor في إنتاج وحدات البيروفسكايت الكبيرة، حيث تبلغ الكفاءات المعتمدة للوحدات أكثر من 17% وتهدف إلى مزيد من التحسينات حتى عام 2025. وفي الوقت نفسه، تستكشف GCL Technology Holdings دمج البيروفسكايت والسيليكون من خلال نظام تصنيع الطاقة الشمسية القائم لديها. تدعم هذه الجهود مبادرات تعاونية مثل مبادرة البيروفسكايت الأوروبية (EPKI)، التي تجمع بين المساهمين في الصناعة والبحث لمواجهة التحديات المتعلقة بالاستقرار، وقابلية التوسع، والمعايير.
تشير نظرة السوق لعام 2025 إلى أن تصنيع البيروفسكايت الكهروضوئي ينتقل من مراحل التجارب إلى المراحل التجارية الأولى، مع القدرات الإنتاجية الأولية في عشرات الميجاوات وخطط للتوسع على نطاق جيغاوات بحلول عامي 2027-2028. تظل التحديات الرئيسية قائمة، لا سيما في استقرار التشغيل على المدى الطويل وتطوير سلسلة التوريد للمواد الحرجة. ومع ذلك، يعزز القطاع الدعم القوي من السياسات في أوروبا والصين والولايات المتحدة، بالإضافة إلى تزايد الاهتمام من الشركات المصنعة للطاقة الشمسية الراسخة التي تسعى لتنوع محافظ التكنولوجيا الخاصة بها.
وعند النظر إلى الأمام، فإن آفاق تصنيع البيروفسكايت الكهروضوئي عالي الكفاءة تبدو مشجعة. مع إثبات الشركات لعمر الوحدة القابلة للإقراض وزيادة الإنتاج، من المتوقع أن تلعب تقنيات البيروفسكايت دورًا محوريًا في الموجة القادمة من نشر الطاقة الشمسية، مما يوفر كفاءات أعلى وأشكال جديدة يمكن أن تسرع من الانتقال العالمي للطاقة.
نظرة عامة على التقنية: الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت ومعالم الكفاءة
ظهرت الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت بشكل سريع كأحد التقنيات التحويلية في قطاع الطاقة الشمسية، بشكل أساسي بسبب كفاءتها الملحوظة في تحويل الطاقة وإمكانية تصنيعها بتكلفة منخفضة وقابلة للتوسع. الهيكل البيروفسكايت، الذي يعتمد عادةً على الهاليدات العضوية غير العضوية المختلطة من الرصاص، يمكّن من امتصاص ضوء قوي ونقل فعال للشحنة، مما يجعله مناسبًا للغاية للخلايا الشمسية من الجيل التالي. منذ تقديمها، شهدت خلايا الطاقة الشمسية البيروفسكايت (PSCs) زيادة دراماتيكية في كفاءات تحويل الطاقة المعتمدة، حيث ارتفعت من أقل من 4% في عام 2009 إلى أكثر من 26% في البيئات المخبرية بحلول عام 2024. يتماشى هذا المسار، وفي بعض الحالات يتجاوز، تحسين الأداء الذي يُلاحظ في الخلايا الشمسية السيليكون التقليدية على فترات زمنية مماثلة.
حتى عام 2025، تحول التركيز في الصناعة من الإنجازات على مستوى المختبر إلى تطوير عمليات تصنيع عالية الكفاءة ومستقرة وقابلة للتوسيع. العديد من الشركات تتصدر هذه الانتقالات. تعد Oxford PV، وهي شركة بريطانية-ألمانية، رائدة في تسويق خلايا البيروفسكايت-سيليكون الثنائية، حيث حققت كفاءات معتمدة تتجاوز 28% وتهدف إلى الإنتاج الضخم في منشأتها في براندنبورغ. تعتمد نهجها على استغلال بنية خلايا السيليكون القائمة، من خلال دمج طبقة خلوية من البيروفسكايت لزيادة الكفاءة العامة للوحدات. وبالمثل، أعلنت Meyer Burger Technology AG، وهي شركة سويسرية، عن خطط لدمج تكنولوجيا البيروفسكايت في خارطة طريق منتجاتها، متطلعة إلى تقديم وحدات ذات كفاءة عالية لكل من التطبيقات السكنية وعلى نطاق المرافق.
في آسيا، تستثمر TCL وشركتها الفرعية TCL Zhonghuan Renewable Energy Technology في بحث وتطوير البيروفسكايت وخطوط الإنتاج التجريبية، مع التركيز على توسيع تقنيات الطباعة بالأسطوانة والطباعة بالحبر لألواح واسعة النطاق. تعد هذه الأساليب بوعد كبير بتقليل التكاليف الإنتاجية واستخدام المواد مقارنةً بالعمليات التقليدية الخاصة بالسيليكون. في الوقت نفسه، تستكشف Hanwha Solutions هياكل خلايا البيروفسكايت-سيليكون، مستفيدة من وجودها الراسخ في السوق الشمسية العالمية لتسريع عملية التسويق.
تتابع هيئات الصناعة، مثل الوكالة الدولية للطاقة (IEA) ومعهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية، تطورات البيروفسكايت عن كثب، مشيرةً إلى إمكانية تجاوز هذه التقنية كفاءة 30% في تكوينات ثنائية خلال السنوات القليلة القادمة. بالفعل، يتميز الأفق لعام 2025 وما بعده بتقدم سريع في الاستقرار، وزيادة الإنتاج، والتكامل مع خطوط تصنيع الطاقة الشمسية الموجودة. مع انتقال الشركات المصنعة الرائدة من الإنتاج الاختباري إلى الإنتاج على مستوى جيغاوات، من المحتمل أن تلعب الخلايا الشمسية البيروفسكايت دورًا محوريًا في الانتقال العالمي نحو الطاقة الشمسية عالية الكفاءة والفعالة من حيث التكلفة.
ابتكارات التصنيع: توسيع الإنتاج عالي الكفاءة
يمثل عام 2025 فترة محورية لتصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت ذات الكفاءة العالية، حيث تنتقل القطاع من إنجازات على مستوى المختبر إلى إنتاج على نطاق صناعي. تدفع التقدم الأخير في تقنيات الإيداع القابلة للتوسع، ودمج الخلايا الثنائية، وأتمتة العمليات هذه الانتقال، حيث تقود عدة شركات رائدة وكونسورتيوم جهود التسويق.
أحد الابتكارات الكبرى في التصنيع هو اعتماد عمليات الطباعة بالأسطوانة (R2R) وطلاء الفتحة، والتي تمكن من تصنيع مستمر وعالي الإنتاجية لطبقات البيروفسكايت على الركائز المرنة. لقد أظهرت شركات مثل Oxford PV وSaule Technologies خطوط إنتاج تجريبية تستخدم هذه الأساليب، محققة كفاءات وحدات تتجاوز 25% في التكوينات الثنائية. وقد قامت Oxford PV، على وجه الخصوص، بتوسيع إنتاج خلاياها الثنائية البيروفسكايت-سيليكون في منشأتها في براندنبورغ، مستهدفة إنتاجًا على نطاق جيغاوات بحلول عام 2025 وما بعده.
تتكامل الأتمتة وضبط الجودة على الخطوط الإنتاجية في تصنيع الطاقة الشمسية البيروفسكايت أيضًا. تتعاون Meyer Burger Technology AG، الشركة السويسرية المصنعة لمعدات الطاقة الشمسية، مع المطورين البيروفسكايت لتكييف أدوات الطلاء الدقيقة وأدوات الهيكلة بالليزر لوحدات الخلايا الثنائية البيروفسكايت-سيليكون. من المتوقع أن تقلل هذه الابتكارات من معدلات العيوب وتحسن العائد، مما يعالج أحد التحديات الرئيسية في توسيع إنتاج البيروفسكايت.
تعد تطوير سلسلة الإمداد للمواد واحدًا من المجالات التي تتلقى اهتمامًا. تستثمر شركات مثل Dyesol (الآن Greatcell Solar) وSaule Technologies في تصنيع وتنقية المواد الأولية للبيروفكست على النطاق الصناعي، لضمان الجودة المستدامة والامتثال البيئي. هناك جهود متواصلة لاستبدال الرصاص ببدائل أقل سمية، مع وجود عدة مشاريع تجريبية جارية في عام 2025.
عند النظر إلى الأمام، يبدو أن آفاق تصنيع الخلايا الشمسية البيروفسكايت عالية الكفاءة قوية. تتوقع خرائط الطريق الصناعية أن يتم تركيب وحدات الخلايا الثنائية البيروفسكايت-سيليكون التجارية الأولى في أوروبا وآسيا بحلول أواخر عام 2025، مع توقعات لتوسع سريع في السعة الإنتاجية حتى عام 2027. يعمل فريق عمل ضمان جودة الطاقة الشمسية الدولي وهيئات الصناعة الأخرى على توحيد بروتوكولات الاختبار والتوثيق، مما يدعم مزيدًا من اعتماد السوق.
باختصار، من المتوقع أن يكون عام 2025 عامًا متميزًا لتصنيع الخلايا الشمسية البيروفسكايت، مع الابتكارات في المعالجة القابلة للتوسع، والأتمتة، وتكامل سلسلة الإمداد التي تمهد الطريق لنشر التكنولوجيا في السوق الشمسية العالمية.
المشهد التنافسي: الشركات الرائدة والشراكات الاستراتيجية
يتسم المشهد التنافسي لتصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت ذات الكفاءة العالية في عام 2025 بالتقدم التكنولوجي السريع، والشراكات الاستراتيجية، وظهور لاعبين رئيسيين ينتقلون من الابتكار على مستوى المختبر إلى الإنتاج على نطاق تجاري. Several companies are at the forefront, leveraging proprietary processes and forming alliances to accelerate the commercialization of perovskite solar cells.
إحدى أبرز الشركات هي Oxford PV، وهي شركة بريطانية-ألمانية معروفة بعملها الرائد في خلايا الشمس الثنائية البيروفسكايت-سيليكون. في عام 2024، أعلنت Oxford PV عن إكمال خط التصنيع الكبير الأول في ألمانيا، مستهدفة كفاءات وحدات تزيد عن 25%. تُعتبر الشراكة الاستراتيجية بين الشركة وMeyer Burger Technology AG، الشركة السويسرية المصنعة لمعدات الطاقة الشمسية، محورية في توسيع الإنتاج ودمج تكنولوجيا البيروفسكايت في خطوط وحدات السيليكون القائمة. تُعرف Meyer Burger بخبرتها في تكنولوجيا التقاط عصرية وSmartWire، وهي تستكشف بنشاط دمج تكنولوجيا البيروفسكايت للحفاظ على ميزتها التنافسية.
في آسيا، تستثمر TCL وشركتها الفرعية TCL Zhonghuan Renewable Energy Technology بشكل كبير في البحوث والتطوير البيروفسكايت، بهدف الاستفادة من قدرات التصنيع الكبيرة لديها. حيث تتعاون TCL Zhonghuan، المزود الكبير لرقائق السيليكون، مع معاهد البحث لتطوير وحدات ثنائية تجمع بين البيروفسكايت والسيليكون، مع توقعات تشغيل الخطوط الأولية بحلول عام 2025.
تدخل GCL Technology Holdings الصينية أيضًا سوق البيروفسكايت، استنادًا إلى موقعها الراسخ في تصنيع البوليسليكون ورقائق السيليكون. تستثمر GCL في خطوط الإنتاج التجريبية وقد أعلنت عن نواياها لتسويق وحدات البيروفسكايت، مع التركيز على تقليل التكاليف وزيادة القدرة الإنتاجية.
في الولايات المتحدة، أشارت First Solar—الرائدة في الطاقة الشمسية ذات الفيلم الرقيق—إلى اهتمامها في أبحاث البيروفسكايت، مستكشفة أساليب هجينة قد تكمل تقنيتها القائمة على الكادميوم. بينما لم يتم بعد إطلاق المنتجات التجارية للبيروفكست من First Solar، فإن أنشطة البحث والتطوير لديها وإمكانية الشراكات تجعلها لاعبًا منافسًا في المستقبل.
تُعتبر الشراكات الاستراتيجية سمة مميزة لهذا القطاع. إن التعاون بين مطوري التكنولوجيا، ومصنعي المعدات، وموردي المواد أمر ضروري للتغلب على التحديات المتعلقة بالاستقرار، وقابلية التوسع، والتكلفة. بحلول عام 2025، من المتوقع أن يتعزز المشهد التنافسي، مع ظهور منافسين جدد وشركات طاقة شمسية قائمة تسعى لتحقيق جدوى تجارية وتأمين حصة في سوق البيروفسكايت عالي الكفاءة.
تحليل التكلفة: تكاليف رأس المال، تكاليف التشغيل، والاتجاهات في تكلفة الكهرباء المستوى
تتطور هيكل تكلفة تصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت عالية الكفاءة بسرعة حيث تنتقل التكنولوجيا من الإنجازات على مستوى المختبر إلى الإنتاج على نطاق تجاري. في عام 2025، تُعد نفقات رأس المال (CapEx) لخطوط تصنيع الطاقة الشمسية البيروفسكايت أقل بكثير مقارنةً بتلك الخاصة بالطاقة الشمسية القائمة على السيليكون، بسبب العمليات الإيداع الأكثر بساطة ومتطلبات المواد المنخفضة. على سبيل المثال، تقنيات الطباعة بالأسطوانة وطلاء الفتحة، المتوافقة مع مواد البيروفسكايت، تُتيح إنتاجًا عالي السعة مع طاقة أقل وعدد خطوات معالجة أقل مقارنةً بتصنيع رقائق السيليكون. تستثمر شركات مثل Oxford PV وSaule Technologies بنشاط في زيادة الإنتاج، مع وجود خطوط تجريبية تظهر مزايا CapEx من خلال استغلال البنية التحتية الحالية وعمليات المعالجة ذات درجات الحرارة المنخفضة.
تتأثر نفقات التشغيل (OpEx) أيضًا بشكل إيجابي بخصائص مواد البيروفسكايت. إن إمكانية معالجة البيروفسكايت عند درجات حرارة محيطة أو منخفضة تقلل من استهلاك الطاقة، بينما يُخفض استخدام مواد أولية وفيرة وغير مكلفة التكاليف بشكل أكبر. بالإضافة إلى ذلك، يسمح تصميم خطوط تصنيع البيروفسكايت بالمرونة في التوسع، مما يقلل من فترات التوقف وتكاليف الصيانة. وقد سلطت Saule Technologies الضوء على جدوى تكاليف أسلوب الطباعة بالحبر الخاص بها، والذي يقلل من هدر المواد ويمكّن من دورات إنتاج سريعة.
تعد تكلفة الكهرباء المستوى (LCOE) حقيبة مهمة لتقييم تنافسية الطاقة الشمسية البيروفسكايت. في عام 2025، من المتوقع أن تكون LCOE لمmodules البيروفسكايت عالية الكفاءة تنافسية بشكل كبير، وفي بعض الحالات أقل من نظيرتها من السيليكون التقليدي، خاصةً مع تجاوز كفاءات الوحدات 25% في الإعدادات التجارية. تعمل البنية الثنائية، التي تجمع بين البيروفسكايت والسيليكون، كما κάνουν Oxford PV، على تحسين إنتاج الطاقة وتقليل LCOE بشكل إضافي عن طريق تعظيم الاستفادة من طيف الشمس. مع تحسين عوائد التصنيع وتحقيق اقتصاديات الحجم، يتوقع أن تبقى LCOE تحت ضغط تنازلي حتى أواخر عشرينيات القرن الحالي، حسب تأكيدات الهيئات الصناعية مثل الوكالة الدولية للطاقة (IEA).
عند النظر إلى المستقبل، تظل آفاق خفض التكاليف في تصنيع الطاقة الشمسية البيروفسكايت قوية. ومن المتوقع أن تؤدي الاستثمارات المتواصلة في الأتمتة، وتحسين المواد، وتكامل العمليات إلى تقليل كل من CapEx وOpEx بشكل أكبر. مع انتقال المزيد من الشركات، بما في ذلك Oxford PV وSaule Technologies، نحو الإنتاج على نطاق جيغاوات، يكون قطاع البيروفسكايت في وضع يمكّن من تقديم أدنى أرقام LCOE في صناعة الطاقة الشمسية، مما يسرع اعتماد الطاقة الشمسية عالية الكفاءة عالميًا.
توقعات السوق 2025-2030: معدل النمو السنوي المركب، توقعات الحجم والإيرادات
السوق العالمي لتصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية عالية الكفاءة البيروفسكايت مستعد لتوسيع كبير بين عامي 2025 و2030، مدفوعًا بالتقدم التكنولوجي السريع، وزيادة الاستثمارات، والحاجة الملحة إلى حلول طاقة شمسية قابلة للتوسع وفعالة من حيث التكلفة. اعتبارًا من عام 2025، انتقلت عدة شركات رائدة من الإنتاج في نطاق التجارب إلى الإنتاج على نطاق تجاري مبكر، مع التركيز على وحدات الطاقه الشمسية الثنائية من البيروفسكايت-سيليكون والهياكل بالكامل من البيروفسكايت. من المتوقع أن تحفز هذه النقلة معدلات نمو سنوية مركبة قوية (CAGR) وزيادات ملحوظة في كل من حجم الإنتاج والعائدات السوقية.
تشير التوقعات الصناعية للفترة من 2025 إلى 2030 إلى معدل نمو سنوي مركب يتراوح بين 35-45% لتصنيع الطاقة الشمسية البيروفسكايت عالية الكفاءة، متفوقًا على معدلات نمو الطاقة الشمسية التقليدية من السيليكون. يعتمد هذا التسارع على دخول اللاعبين الرئيسيين مثل Oxford PV، الذي شرع في إنتاج تجاري من خلايا البيروفسكايت-سيليكون في ألمانيا، مستهدفًا كفاءات الوحدات أعلى من 25%. وبالمثل، تستثمر Meyer Burger Technology AG في خطوط خلايا البيروفسكايت الثنائية، مستهدفةً تعزيز قدرة التصنيع في أوروبا. في آسيا، تحقق Microquanta Semiconductor تقدمًا في إنتاج وحدات البيروفسكايت بالطباعة بالأسطوانة، حيث تعمل خطوط التجريبية بالفعل، مع خطط لإنشاء منشآت على نطاق جيغاوات بحلول عام 2027.
يتوقع أن تصل القدرة الإنتاجية العالمية السنوية لوحدات الطاقة الشمسية البيروفسكايت عالية الكفاءة بحلول عام 2025 إلى 500-700 ميغاوات، مع توقعات أن تصل إلى 5-8 جيغاوات بحلول عام 2030 مع دخول مصانع جديدة مرحلة التشغيل وترقية الخطوط القائمة. من المتوقع أن تنمو عائدات وحدات الطاقة الشمسية البيروفسكايت من أقل من 500 مليون دولار في عام 2025 إلى أكثر من 4 مليارات دولار بحلول عام 2030، مع افتراض استمرار تحسين استقرار الوحدات، والتوثيق، والقابلية للإقراض. من المتوقع أن يحفز الصفقة الخضراء للاتحاد الأوروبي وقانون الحد من التضخم في الولايات المتحدة مزيد من الطلب والاستثمار في تصنيع الطاقة الشمسية البيروفسكايت المحلي، مما يدعم سلاسل الإمداد الإقليمية وإيجاد فرص العمل.
تشمل المحركات الرئيسية للسوق كفاءات تحويل الطاقة العالية للوحدات القائمة على البيروفسكايت، وأوقات استرداد الطاقة المنخفضة، وإمكانية التطبيقات الخفيفة الوزن، والمرنة، ونصف الشفافة. ومع ذلك، فإن آفاق السوق تقوم على التغلب على التحديات المتعلقة بالاستقرار على المدى الطويل، وإدارة الرصاص، والمعايير العملية على نطاق واسع. تعمل الكونسورتيوم الصناعية مثل Heliatek وSolliance بشكل نشط مع الشركات المصنعة لمعالجة هذه العقبات وتسريع عملية التسويق.
باختصار، من المتوقع أن تمثل الفترة من 2025 إلى 2030 انتقال تقنيات البيروفسكايت عالية الكفاءة من مشاريع تجريبية ضيقة إلى سوق رئيسية تتكون من وحدات جيغاوات عديدة، مع توقعات نمو قوية وزيادة في المساهمة في مزيج الطاقة المتجددة العالمي.
سلسلة الإمداد والمواد الخام: المصادر، الاستدامة، والعقبات
تتميز سلسلة الإمداد لتصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت عالية الكفاءة في عام 2025 بالابتكار السريع والتحديات الناشئة، لا سيما في المصادر واستدامة المواد الخام. تعتمد خلايا الطاقة الشمسية البيروفسكايت على فئة فريدة من المواد—عادة الهاليدات العضوية غير العضوية المختلطة من الرصاص أو القصدير—والتي توفر كفاءات عالية في تحويل الطاقة وتوافق مع عمليات التصنيع القابلة للتوسع. ومع ذلك، يرتبط نمو القطاع ارتباطًا وثيقًا بتوافر وتكلفة وتأثير هذه المواد على البيئة.
تشمل المواد الخام الأساسية يوديد الرصاص، وأملاح الميثيل أمونيوم أو الفورم أمونيوم، ومركبات القصدير (للنسخ الخالية من الرصاص)، والمذيبات المتخصصة. يهيمن عدد قليل من الموردين للمواد الكيميائية على توفير يوديد الرصاص عالي النقاوة والأيونات العضوية، حيث تتولى شركات مثل Merck KGaA (المعروفة أيضًا باسم EMD Electronics في أمريكا الشمالية) وAlfa Laval دورًا بارزًا في توفير المواد الكيميائية المتخصصة وحلول العمليات لصناعة الطاقة الشمسية. تستثمر هذه الشركات في توسيع طاقاتها الإنتاجية وتحسين استدامة سلاسل إمدادها، بما في ذلك تطبيق مبادئ الكيمياء الخضراء وإعادة التدوير المغلق للمذيبات والمواد الأولية.
تدفع المخاوف بشأن الاستدامة جهودًا لتقليل أو القضاء على المحتوى السام للرصاص في تركيبات البيروفسكايت. تعمل العديد من الشركات، مثل Oxford PV وSaule Technologies، على تطوير خلايا البيروفسكايت خالية من الرصاص أو تحتوي على كميات مخفضة من الرصاص، وتستكشف بدائل قائمة على القصدير واستراتيجيات التعبئة لتقليل المخاطر البيئية. تعمل هذه الشركات أيضًا على ضمان المصادر المسؤولة للقصدير، الذي هو موضوع تدقيق بسبب الروابط المحتملة مع المعادن المنزعية.
تظهر العقبات في سلسلة الإمداد مع توسيع خطوط الإنتاج التجريبية لتصل إلى مستوى جيغاوات. يعد توافر المواد الأولية عالية النقاء، لا سيما بالنسبة للوحدات الكبيرة، قيودًا حيوية. بالإضافة إلى ذلك، يتعرض توفير الركائز المتخصصة (مثل البوليمرات المرنة والأكاسيد الموصلة الشفافة) ومواد التعبئة لضغوط مع زيادة الطلب. Saint-Gobain وAGC Inc. هي من بين الموردين الرئيسيين للزجاج المتقدم ومواد الركيزة، التي تستثمر في خطوط إنتاج جديدة مصممة لتطبيقات البيروفسكايت.
عند النظر إلى الأمام، من المتوقع أن تظل الصناعة تضع الأولوية على التكامل الرأسي والمصادر المحلية لتقليل المخاطر الجيوسياسية والبصمة الكربونية. تكتسب المبادرات الرامية إلى إعادة تدوير وحدات البيروفسكايت واستعادة المواد القيمة زخمًا، مع وجود عدة مشاريع تجريبية جارية في أوروبا وآسيا. مع تقدم تصنيع البيروفسكايت نحو التسويق، ستكون إدارة سلسلة الإمداد القوية والتوريد المستدام أمرًا أساسيًا لدعم النمو المتوقع في القطاع حتى عام 2025 وما بعده.
البيئة التنظيمية ومعايير الصناعة
تتطور البيئة التنظيمية لتصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت عالية الكفاءة بسرعة في عام 2025، تعكس نضوج التكنولوجيا وزيادتها أهميةها التجارية. مع انتقال خلايا الطاقة الشمسية البيروفسكايت من الابتكارات على مستوى المختبر إلى الإنتاج الصناعي، تقوم الهيئات التنظيمية ومنظمات الصناعة بتكثيف الجهود لوضع معايير راسخة للسلامة والأداء والتأثير البيئي.
يركز الجهد الرئيسي في عام 2025 على مواءمة المعايير الدولية لوحدات الطاقة الشمسية البيروفسكايت. يقوم المجلس الدولي للتقنيات الكهربائية (IEC) بتطوير وتحديث بروتوكولات الاختبار الخاصة بتقنيات البيروفسكايت، بناءً على معاييره المعروفة IEC 61215 وIEC 61730 للوحدات السيليكون البلورية. تهدف هذه الجهود إلى مواجهة التحديات الفريدة للاستقرار والتدهور المرتبطة بمواد البيروفسكايت، لا سيما تحت ظروف التشغيل في العالم الواقعي. يتعاون IEC مع الشركات المصنعة الرائدة ومعاهد البحث لضمان أن تعكس المعايير الجديدة أحدث التطورات في العازل، وإدارة الرصاص، واختبارات التقدم المتسارع.
بالتوازي، تعمل UL Solutions (المعروفة سابقًا باسم Underwriters Laboratories) مع منتجي الطاقة الشمسية البيروفسكايت لتكييف أنظمة الشهادات الخاصة بها لسلامة الوحدات ومقاومة الحريق، والتي تعتبر متطلبات للدخول إلى السوق في أمريكا الشمالية ومناطق أخرى. تكتسب هذه الشهادات أهمية متزايدة مع انتقال شركات مثل Oxford PV وMeyer Burger Technology AG نحو الإنتاج التجاري لوحدات خلايا البيروفسكايت-سيليكون، مستهدفة أسواق الطاقة على نطاق المرافق والسكن.
تتزايد الضغوط التنظيمية المتعلقة بالبيئة أيضًا، لا سيما حول استخدام الرصاص في تركيبات البيروفسكايت. تقوم اللجنة الأوروبية European Commission بمراجعة تطبيق توجيه تقييد المواد الخطرة (RoHS) على الطاقة الشمسية البيروفسكايت، مع تداعيات محتملة على محتوى الرصاص المسموح به ومتطلبات إعادة التدوير عند نهاية الحياة. تستجيب الشركات بالاستثمار في تقنيات احتجاز الرصاص واستكشاف بدائل خالية من الرصاص، مثل ما هو موجود في الخطوط التجريبية التي تشغلها Saule Technologies وغيرهم.
تُسهل الكونسورتيوم الصناعية مثل جمعية صناعة الطاقة الشمسية (SEIA) وSolarPower Europe الحوار بين الشركات المصنعة والمشرعين والمساهمين لضمان أن المعايير الجديدة تدعم كل من الابتكار والثقة العامة. عند النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تشهد السنوات القادمة التبني الرسمي للمعايير الخاصة بالبيروفسكايت، وزيادة التدقيق التنظيمي في سلامة المواد، ودمج مبادئ الاقتصاد الدائري في تصنيع الطاقة الشمسية البيروفسكايت.
التطبيقات الناشئة: الخلايا المزدوجة، الطاقة الشمسية المدمجة في المباني، والوحدات المرنة
يتطور مشهد تصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت عالية الكفاءة في عام 2025 بسرعة، مع التطبيقات الناشئة مثل الخلايا المزدوجة، والطاقة الشمسية المدمجة في المباني (BIPV)، والوحدات المرنة التي تقود الابتكار والاهتمام التجاري. تستفيد هذه التطبيقات من الخصائص الفريدة لمواد البيروفسكايت—مثل الفجوات القابلة للتعديل، والأشكال الخفيفة، والتوافق مع العمليات ذات درجات الحرارة المنخفضة—لمواجهة قيود الطاقة الشمسية السيليكون التقليدية وفتح أسواق جديدة.
تتواجد الخلايا الشمسية الثنائية، التي تكدس طبقات البيروفسكايت أعلى من السيليكون أو غيره من تقنيات الطاقة الشمسية المعروفة، في مقدمة مكاسب الكفاءة. في عام 2024، أفاد العديد من الشركات المصنعة عن كفاءات خلايا ثنائية معتمدة تتجاوز 29%، مع خطوط إنتاج تجريبية تستهدف كفاءات وحدات تزيد عن 25% للنشر التجاري في عام 2025 وما بعده. أعلنت Oxford PV، وهي شركة بريطانية ألمانية رائدة، عن خطط لتوسيع تقنيتها الخاصة بالبيروفسكايت-سيليكون، مستهدفة إنتاجًا على نطاق جيغاوات في منشأتها في براندنبورغ. تشمل خريطة الطريق الخاصة بالشركة دمج هذه التقنية في خطوط وحدات السيليكون القائمة، مع توقع طرح الوحدات التجارية الأولى في السوق في عام 2025. وبالمثل، تتعاون Meyer Burger Technology AG، الشركة السويسرية المصنعة لمعدات الطاقة الشمسية، مع مطوري البيروفسكايت لتكييف خطوط إنتاجها لتجميع الخلايا الثنائية، مما يشير إلى اعتماد أوسع في الصناعة.
تُعد الطاقة الشمسية المدمجة في المباني BIPV أحد الطرق الواعدة، حيث يمكن تصميم وحدات البيروفسكايت لتكون نصف شفافة، وقابلة لتغيير اللون، وخفيفة الوزن. يمكّن ذلك تكاملها السلس في النوافذ، والواجهات، والعناصر المعمارية الأخرى. تعمل شركات مثل Solaronix وEnergies SA على تطوير نماذج أولية للطاقة الشمسية المدمجة في المباني تعتمد على البيروفسكايت، مع وجود مشاريع تجريبية قيد التنفيذ في أوروبا. تدعم هذه الجهود شراكات مع شركات البناء والزجاج، بهدف إظهار استقرار طويل الأمد وتنوع جمالي في البيئات الحقيقية.
تكتسب الوحدات المرنة البيروفسكايت أيضًا زخمًا، خاصةً لتطبيقات الإلكترونيات المحمولة، والأجهزة القابلة للارتداء، وتطبيقات الطاقة خارج الشبكة. يوفر القدرة على إيداع طبقات البيروفسكايت على أفلام بلاستيكية أو معدنية باستخدام تقنيات الطباعة بالأسطوانة مزايا كبيرة من حيث التكلفة والوزن. أعلنت GCL Technology Holdings، وهي شركة صينية رائدة في الطاقة الشمسية، عن مبادرات بحث وتطوير تركز على وحدات البيروفسكايت المرنة، مع استهداف عينات تجارية للاختبار الميداني في عام 2025. تكمل هذه التطورات الجهود المستمرة من الشركات الناشئة والأكاديمية في آسيا وأوروبا وأمريكا الشمالية.
عند النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة القادمة تسريعًا في تسويق هذه التطبيقات الناشئة، مدفوعةً بتحسينات مستمرة في استقرار البيروفسكايت، والتصنيع القابل للتوسع، والتكامل مع البنية التحتية الحالية للطاقة الشمسية. مع زيادة الشركات المصنعة الرائدة من خطوط الإنتاج التجريبية وتشكيل الشراكات عبر سلسلة القيمة، من المحتمل أن تلعب الوحدات البيروفسكايتية الثنائية وBIPV والوحدات المرنة دورًا محوريًا في السوق العالمية للطاقة الشمسية.
آفاق المستقبل: التحديات، الفرص، وخارطة الطريق حتى 2030
اعتبارًا من عام 2025، تتميز آفاق مستقبل تصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية البيروفسكايت عالية الكفاءة بكل من الوعد الكبير والتحديات البارزة. ينتقل القطاع من الإنجازات على مستوى المختبر إلى الإنتاج على نطاق صناعي، مع دفع عدة شركات رئيسية وكونسورتيوم هذا التطور. شركات مثل Oxford PV وSaule Technologies تتصدر هذه التحركات، حيث أظهرت خلايا البيروفسكايت-سيليكون الثنائية مع كفاءات معتمدة تتجاوز 28%، ويقومون الآن بتوسيع خطوط إنتاجهم التجريبية. وقد أعلنت Oxford PV عن خطط لزيادة الإنتاج التجاري في ألمانيا مستهدفة أسواق الطاقة الشمسية المدمجة في المباني (BIPV) والطاقة الشمسية على الأسطح.
على الرغم من هذه التقدمات، لا تزال العديد من التحديات قائمة على طريق الاعتماد الواسع بحلول عام 2030. العائق الفني الأكثر إلحاحًا هو الاستقرار العملي طويل الأمد لمواد البيروفسكايت تحت ظروف الحياة الحقيقية، بما في ذلك التعرض للرطوبة، والحرارة، والأشعة فوق البنفسجية. تُبذل الجهود لمعالجة هذه القضايا، حيث يتم تطوير تقنيات العزل وهندسة التركيب من قبل قادة الصناعة نشطين. بالإضافة إلى ذلك، يتعين تأمين سلسلة إمداد المواد الأساسية، مثل الرصاص والمركبات العضوية المتخصصة، وجعلها مستدامة لدعم الإنتاج على نطاق جيغاوات.
على الصعيد التنظيمي والبيئي، أدت وجود الرصاص في معظم تركيبات البيروفسكايت عالية الكفاءة إلى مزيد من التدقيق. تتعاون مجموعات الصناعة والشركات المصنعة لتطوير بروتوكولات إعادة تدوير واستكشاف بدائل خالية من الرصاص، على الرغم من أن الأخيرة تتخلف حاليًا في الكفاءة. تعمل منظمات مثل Fraunhofer ISE مع الشركات المصنعة لوضع أفضل الممارسات في إدارة دورة الحياة والسلامة البيئية.
تتوافر الفرص نظرًا لأن تقنيات الطاقة الشمسية البيروفسكايت توفر إمكانيات للوحدات المرنة، والخفيفة الوزن، ونصف الشفافة، مما يفتح أسواق جديدة في الإلكترونيات المحمولة، وتكامل السيارات، والبنية التحتية الحضرية. تعد عمليات التصنيع القائمة على المحاليل والتي تتم عند درجات حرارة منخفضة بمعدل نفقات رأسمالية واستخدام طاقة أقل مقارنةً بالطاقة الشمسية السيليكون التقليدية، مما قد يسرع من نشرها عالميًا، خاصةً في الأسواق الناشئة.
عند النظر إلى عام 2030، من المرجح أن تشمل خارطة الطريق لتصنيع الخلايا الشمسية البيروفسكايت عالية الكفاءة وحدات ثنائية هجينة، وتحسينات إضافية في الاستقرار، وإقامة أنظمة إدارة فعالة لإعادة التدوير ونهاية دورة الحياة. من المتوقع أن تلعب الشراكات الاستراتيجية بين مطوري التكنولوجيا، وموردي المواد، ومصنعي الطاقة الشمسية الراسخين—مثل تلك الموجودة بين Oxford PV و Meyer Burger Technology AG—دورًا محوريًا في توسيع الإنتاج وتقليل التكاليف. إذا استمرت الاتجاهات الحالية، فإن الطاقة الشمسية البيروفسكايت قد تستحوذ على حصة كبيرة من التركيبات الشمسية الجديدة بحلول نهاية العقد، شريطة معالجة التحديات التقنية والتنظيمية بشكل فعال.
المصادر والمراجع
- Oxford PV
- Meyer Burger Technology AG
- Microquanta Semiconductor
- الوكالة الدولية للطاقة
- معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية
- Saule Technologies
- First Solar
- Heliatek
- Solliance
- Alfa Laval
- AGC Inc.
- UL Solutions
- المفوضية الأوروبية
- Solaronix
