Übersicht über zukünftige PV Technologie- 2te Edition | Reports

Review der zukünftigen PV-Technologien – 3rd Edition

Einführung

ENF veröffentlicht die 3. Auflage der Review der zukünftigen PV-Technologien, die eine erstaunlichen Breite und originelle Einsichten aufweist.

Die PV-Industrie entwickelt sich mittlerweile sehr schnell und ist extrem komplex geworden. Innerhalb eines Jahrzehnts hat sich die PV-Industrie von einer kleinen kompakten Industrie mit wenigen sich langsam entwickelnden Technologierouten zu einer Industrie entwickelt, die nun über 30 Technologierouten gleichzeitig aufweist. Etwa 300 Forschungslabors und Universitäten födern die PV-Wissenschaft und es gibt über 10.000 Unternehmen entlang der PV-Wertschöpfungskette.

So ist die jetzige Komplexität und das Tempo der Veränderungen der PV-Industrie der Grund dafür, dass ENF es als unerlässlich empfunden hat, nach nur 18 Monaten nach der Veröffentlichung der 2. Auflage eine 3. Auflage herausyzubringen. Der Bericht ist von fünf Hauptabschnitten auf zwölf gewachsen und die Anzahl der Schriftzeichen wurde auf 800.000 verdoppelt, vollgepackt mit gut analysierten Informationen und Daten.

Der Schwerpunkt des Berichtes liegt auf der Kommerzialisierung von PV-Technologien. Dieser Bericht ist zur Zeit der umfassendste auf dem Markt und seine Deckungsbreite fängt an beim Abbau von Polysilizium, über Indium und Tellur (mit besonderem Schwerpunkt auf der kritischen Versorgungssicherheit), entlang der Wertschöpfungskette bis zu den wichtigsten Maschinen, Betriebsprozessen, Beschreibungen der parallelen Technologierouten und bis zu den letztendlichen PV-Produkten, Anwendungen und Systemen. Er ist nicht nur eine Momentaufnahme der ganzen globalen Industrie, sondern geht mehrere Ebenen tiefer als die allgemeinen Geschäftsberichte. Er scheut nicht vor schwierigen Wahrheiten und ist sehr aufschlussreich.

Dieser Bericht basiert auf 3 Jahren kumulierter Bemühung des ENF Forschungsteam und alle der drei Auflagen wurden von namhaften PV-Direktoren aus verschiedenen Teilen der PV-Wertschöpfungskette unabhängig überprüft.

Inhalt

PV Future Technologies Review	7
Introduction to the 3rd Edition	7
Part I - Economic Effects Shaping Technology Directions	8
Section Index	8
1. The Solar PV Market	8
1.1 Who are the real customers?	8
1.2 Solar powered “battery driven” products	9
1.3 Off grid solar powered applications	9
1.4 Off-grid electricity supply	9
1.5 Renewable generation of electricity for the electricity grids	10
1.6 Renewable micro-generation of electricity for the electricity grids	11
1.7 Building Integrated PV (BIPV) Market	11
2. Forces shaping the success/price of a PV technology	12
2.1 Technological Advantage v Economies of Scale	12
2.2 Strategy Rules for successfully getting new solar PV technologies to market	14
2.3 Funding Dynamics behind new technologies	15
3. The solar PV industry cost drive to grid parity	18
3.1 Cost of What?	18
3.2 Cost per Watt ($/Wp) of solar PV modules	18
3.3 Installed system cost	26
3.4 Levelized Cost of Electricity (LCOE)	28
4. Drive for Higher Efficiency	29
5. Efficiency - from Lab to Field	31
6. Do standard test conditions paint an accurate picture of “Efficiency”?	32
7. Impact of “Game Playing” on a more competitive PV industry	37
7.1 Manufacturers and Governments/Regulators	37
7.2 Manufacturers and Suppliers	38
7.3 Manufacturers and their Competitors	38
7.4 Manufactures and their Customers	39
8. The Risks of the Business - (Chaos Theory)	40
8.1 Risks facing all industries	40
8.2 Risks particular to the solar PV industry	41
8.3 Risks particular to a specific solar PV technology	42
8.4 Risks specific to the particular commercial enterprise	44
8.5 Risk Summary	45
9. What is Characterising the Solar PV Industry today	46
10. Forecasting Technology Progress over the next 5 Years	47
Part II - Review of Critical Materials	49
Section Index	49
1. General Introduction	49
2. Polysilicon	51
2.1 Introduction	51
2.2 Established Silicon Refining Technologies for polysilicon	51
2.3 Emerging Scene of Silicon Refining Technologies for polysilicon	55
2.4 Implications for the solar PV industry	60
2.5 Polysilicon Suppliers	61
3. Indium	62
3.1 General Introduction	62
3.2 Forces that will determine the market price of indium	62
3.3 Market Prices and Trends	68
3.4 Indium Suppliers	70
4. Tellurium	71
4.1 General Introduction	71
4.2 Forces Determining the Price of tellurium	71
4.3 Market Prices and trends	72
4.4 Tellurium Suppliers	73
5. Gallium	74
5.1 General Introduction	74
5.2 Forces determining the price of gallium	74
5.3 Market prices and trends	75
5.4 Gallium Suppliers	75
6. Germanium	76
6.1 General Introduction	76
6.2 Forces determining the price of germanium	76
6.3 Market prices and trends	77
6.4 Germanium Suppliers	78
7. Molybdenum	79
7.1 General introduction	79
7.2 Forces determining the price of molybdenum	79
7.3 Market Prices and trends	80
7.4 Molybdenum Suppliers	80
8. Cadmium	81
8.1 Cadmium Suppliers	81
9. Pastes	82
9.1 Metallization paste	82
9.2 Alternatives to Pastes	83
10. Glass and Alternatives to Glass	84
10.1 Glass	84
10.2 Alternatives to Glass	84
10.3 Glass Suppliers	84
11. Other Materials	85
11.1 Backsheet	85
11.2 Lamination encapsulent	85
Part III - Key machines used in the factory processes	86
Section Index	86
1. Introduction	86
2. Semiconductor deposition technologies	87
2.1 Liquid Phase Epitaxy (LPE)	87
2.2 Chemical Vapour Deposition (CVD)	87
2.3 Molecular Beam Epitaxy	92
2.4 Physical Vapour Deposition (PVD)	93
2.5 Laser Pyrolysis	95
3. Diffusion Furnaces	96
3.1 List of Diffusion Furnace Suppliers	97
4. “Printing” deposition technologies	98
4.1 Introduction	98
4.2 Screen Printing	98
4.3 Inkjet Printing	99
4.4 Spray Coating	101
4.5 Deposition of the PV active material	101
4.6 Focused Flow Extrusion (from PARC)	102
4.7 Light Induced Printing (Electroplating)	102
5. Other Deposition Processes	103
5.1 Chemical Bath Deposition	103
5.2 Ultrasonic Direct Energy Plating	103
5.3 Close Space Sublimation	103
5.4 Vapour Transport Deposition	104
6. Semiconductor Wafer Cutting	105
6.1 Saw Technology	105
6.2 Cleaving technology	106
6.3 Future Developments	106
6.4 List of Suppliers	107
7. Laser Technology	108
Part IV - Factory Processes for PV Technologies	111
Section Index	111
1. Introduction	111
2. Silicon crystalline PV technologies	112
2.1 Monocrystalline Ingot production	112
2.2 Polycrystalline Ingot Production	112
2.3 Cell production	113
2.4 Panel Production	116
3. Thin Film Production Processes	119
3.1 Production process for a-Si (amorphous silicon) solar PV cells	119
3.2 Production process for CIS/CIGS Technology solar PV cells	123
3.3 Production process for CdTe Technology solar PV cells	125
Part V - Factual Survey of PV Technologies	128
Section Index	128
Section Pre-amble:- Explanation of the organisation of this section	128
1. Monocrystalline Solar PV Technology	130
1.1 “Benchmark” Sawn Wafer Technology	130
1.2 Thinner Silicon Wafer Technology	133
1.3 Edge Defined Film-fed Growth Process (EFG)	135
1.4 String Ribbon	137
1.5 Monocrystalline - Back-Contact SunPower Technology	140
1.6 Sanyo HIT Technology	141
1.7 Suntech Pluto Technology (variant of the PERL technology)	143
1.8 n-Type Monocrystalline Silicon PV Cells	144
1.9 Monocrystalline - Silicon Sliver Cells	145
1.9 Spherical Solar Cell	147
2. Multicrystalline - Benchmark Silicon Sawn Wafer Technology	150
2.1 Benchmark Silicon Sawn Wafer Technology	150
2.2 Back-Contact EWT Technology	152
2.3 Angle Buried Contact (ABC) Cell	154
2.4 Selective Emitter Cell	155
2.5 Light Capturing Ribbon	157
3. Thin Film	160
3.1 a-Si Family (including single, tandem and triple junctions)	160
3.2 CIS Family of solar PV technology	169
3.3 Thin film - CdTe Family of solar PV Technology	180
3.4 CTZSS (Copper (Cu), Tin (Sn), Zinc (Zn), Sulfur (S), and/or Selenium (Se))	184
3.5 Crystalline Silicon on Glass (CSG)	185
3.6 FeS2 (Iron Pyrite) Solar PV Cell	188
4. Very High Performance PV Cells	190
4.1 Single and Double junction (GaAs)	190
4.2 Multi-junction (GaAs)	191
4.3 Indium, Gallium, Nitrogen (Full Spectrum)	196
4.4 Gallium Nitride/silicon tandem solar cell.	197
5. Third Generation	199
5.1 Dye Sensitised	199
5.2 Third Generation - Organic Polymer	206
5.3 Nano-technology (Quantum dots)	212
5.4 Multi-junction Nanowire PV Cells	220
5.5 List of Suppliers of Third Generation PV Technologies	221
6. Concentrator PV Technology	222
6.1 Low Concentration PV (LCPV) (Under 5 suns)	223
6.2 High Concentration PV (HCPV) (Over 5 suns and typically 500 suns)	228
6.3 Combined CPV Electricity and Direct Heating Systems	239
6.4 - List of CPV suppliers	243
Part VI Thermo PV Technology (TPV)	244
Section Index	244
1. Introduction	244
2. PV Cell Technology	245
3. Filters	245
4. System Efficiency	245
5. Cell Efficiency	245
6. Industrial Capacity	246
7. Future Research Directions	247
Part VII Innovative Solar PV Films, Cells, Panels & Designs	248
Section Index	248
1. Transparent Solar Cells	248
2. Coloured Solar PV Modules	251
3. Innovative Panel Designs (Roof Tiles and Shingles)	253
4. Combined PV Flat Panel and Thermal Water Heating	256
5. Building Integrated PV	259
6. Other Innovations	260
6.1 Light Wavelength Conversion Films and Luminescent solar concentrators	260
6.2 Light Splitting PV Receiver	261
6.3 Integrated solar power electronic circuits	262
6.4 Microscopic solar cells for attachment to fabrics	262
6.5 Solar Roads	262
7. Silexium SiC Anti-reflective coating solution	263
Part VIII - Solar PV Generated AC Energy	264
Section Index	264
Sections Pre-amble Introduction	264
1. Inverters	265
1.1 The architecture of inverters to solar PV modules	265
1.2 The Basic efficiency of Inverters	266
1.3 List of Suppliers	267
2. Charge Controllers	268
3. Mounts and Trackers	269
3.1 Fixed Mounts	269
3.2 Single-Axis Trackers and Mounts	269
3.3 Two-axis Mounts	270
3.4 Tracker Drives	270
3.5 List of Suppliers	271
4. Batteries	272
4.1 The Lead Acid Battery Evolution	272
4.2 Other types of batteries currently in use	272
4.3 Future Developments in Battery Technology	272
4.4 List of Suppliers	275
5. Other Innovations	276
5.1 Solar Panel Automated Cleaning	276
5.2 Solar PV Farm Fault Monitoring	276
Part IX - The Solar Powered Products Revolution	277
Section Index	277
1. Solar Applications Product Market	277
2. Markets	278
3. Technology	279
3.1 Solar Cells Only	279
3.2 Solar Cells Plus Motor	279
3.3 Solar Cells Plus Battery Plus Motor	280
3.4 Solar Cells Plus Battery Plus Lights	281
3.5 Solar Cells Plus Portable Electronic Device	283
3.6 Solar Cells Plus Battery Plus Portable Electronic Device	283
3.7 Solar Cells Plus Battery Plus Static Electronic Device	283
4. List of Suppliers	284
5. Discussion and Conclusion	285
Part X - Quality and Reliability of Solar PV Systems	286
Section Index	286
1. The Solar PV Quality System	286
2. Material Quality Control	287
3. Factory Testing	288
4. Quality Standards and Certification by third party testers	289
5. Feedback from the field	290
6. Research programmes to address particular issues	292
Part XI - Survey of Solar PV Research in University & Public/Private Research Laboratories	293
Section Index	293
1. Introduction	293
2. ENF survey of solar PV research	295
America - North	295
America South	312
Asia	313
Australasia	327
Europe	329
Middle-east and Africa	357
Annex - ENF Classification of Research into Solar PV Technologies	360
Part XII - Glossary of Terms used in the Solar PV Industry	361

Methodik

ENFs Review der zukünftigen PV-Technologie ist seit 3 Jahren ein mehrstufiger Prozess der Forschung und Analyse. Er fing im Jahr 2007 an:

1. Auflage der ENF Review der zukünftigen PV-Technologien (Sept 2007)

Diese erste Auflage brachte eine "out of industry" Perspektive eines führenden Technologie-Strategen der wachsenden globalen PV Industrie. Dies bot der Industrie einen frischen Weg, etliche neue Fragen zu betrachten. Die PV-Industrie wurde von ihrer ersten Krise, der Polysilizium-Knapheit, bedrängt. Ein tiefgehendes ENF Forschungsprojekt wurde in der Polysilizium-Industrie über eine Reihe von Polysilizium Raffinerietechnologien durchgeführt. Dieser Review legte den Grundstein für die Analyse alternativer PV-Technologien, die sich entwickelt hatten und die Review folgte den Industriestandards in Bezug auf Technologien erster, zweiter und dritter Generation.

Diese Grundstufe der Review bestand aus den folgenden Teilen:

Teil I – Situationsabriss (Kommerzialisierungsthemen) Teil II – Neu entstehende Situation der Siliziumraffinerietechnologien Teil III – 2007 – Faktische Studie der PV-Technologien

Um den Bericht besonders einfach zu verstehen, sind die Informationen jeder PV-Technologie in einem identischen Format angeordnet:

Einführung – Definition der Technologie und vereinfachte Vor- und Nachteile Marktteilnehmer – Einfache Liste, die zeigt, wer in der Technologie aktiv ist Zell- & Moduleffizienz – Der allgemein akzeptierte Vergleichsparameter Beschreibung – Hilfe yur besseren Vorstellung Rohstoffe – Hinzugefügt, wo dies wichtig ist, zB: Gallium Eingesetzte Fertigungsprozesse – Identifizierung der notwendigen Industrieprozesse Upstream-Lieferanten – Wer bietet die entscheidenden Prozessmaschinen usw.? Industrielle Kapazität hinter der Technologie – Schätzung der Fabrikkapazität, die in Betrieb genommen werden Zukünftige F&E-Richtungen – Liste der Herausforderungen spezifischer Technologien .

Ein wesentlicher Teil der Forschung war, die Quantifizierung für Behauptungen und Erklärungen von nicht gängigen Dinge zu finden.

Dieses Fundament ist erhalten geblieben und wird aktualisiert in jeder weiteren Ausgabe der ENF Review der zukünftigen Technologien.

2. Auflage der ENF Review der zukünftigen PV-Technologien (Sept 2008)

Die zweite Auflage erweiterte den Blick der ENF Technologie-Review den ganzen Weg hinunter der gesamten Wertschöpfungskette vom Abbau der wichtiger Rohstoffe wie Indium und Tellur bis zu der Revolution aufstrebender Solarprodukte. Zum ersten Mal wurde die gesamte PV-Industrie auf die gleiche Leinwand projeziert, was es ermöglichte, die Beziehung zwischen den verschiedenen Teilen der Industrie deutlich klar zu sehen.

Die Review der entscheidenen Materialen fiel mit der enormen Preissteigerung einiger Materialen zusammen, die für die zweite Generation (Dünnschicht) der PV-Technologien wichtig sind. Mit einem sehr gut recherchierten Tiefgang wurde ein sehr aufschlussreicher Bericht in die Review miteingebracht. Die Review beinhaltete nun zum ersten Mal auch Fabrikprozesse und Schlüsselmaschinen mit einem besoneren Augenmerk auf Beschichtungstechnologien. Dies führte zu folgender Ausführung und Organisation der Review:

Teil I – Situationsdarlegung Teil II – Review der entscheidenen Materialen Teil III – Fabrikprozesse für PV-Technologien Teil IV – Faktische Studie der PV-Technologien Teil V – Solarzell-Anwendungsgebiete

3. Auflage der ENF Review der zukünftigen PV-Technologien (April 2010)

Die dritte Auflage hat das gleiche ehrgeizige Ziel, die bestehenden zwei Informations- und Analysestufen zu aktualisieren. Gleichzeitig wird der Geltungsbereich der Review auf neue Bereiche, einschließlich Solar PV-Systemen, TPV und PV-Qualität/Zuverlässigkeit erweitert. Im Folgenden der stark erweiterte Rahmen:

Teil I – Technologierichtungen bildende ökonomischen Effekte

Teil II – Review entscheidender Materialen

Teil III – Im Fabrikprozess verwendete Schlüsselmaschinen

Teil IV – Fabrikprozesse für PV-Technologien

Teil V – Faktische Studie der PV-Technologien

Part VI – Thermo PV Technology (TPV)

Part VII – Innovative Solar PV-Schichten, Zellen, Module & Designs

Teil VIII – Durch PV generierte AC-Energie

Part IX – Revolution der Solarprodukte

Part X – Qualität und Zuverlässigkeit der PV-Systeme

PART XI – Studie der PV-Forschung in Universitäten & öffentlichen/ privaten Forschunglabors

Part XII – Glossar der Begriffe, die in der PV-Industrie benutzt werden

Zusammen mit einigen neuen tiefgehenden Forschungsprojekten, einschließlich Fabrikmaschinen und -prozessen, brachten wir außerdem eine Review von über 300 Universitätsinstituten und öffentlichen und privaten Forschungslabors (ausgenommen die der Lieferanten), die aktiv in der Solar PV-Forschung sind, aus mehr als 40 Ländern zusammen.

Die 3. Auflage hat eingebettete Web Links in verschiedenen Teilen der Technologiereview zu die entspechenden Teilen des ENF Online-Industrieverzeichnisses... sodass diese mit elektronischen Versionen der Technologiereview nahtlos verbunden sind. Die Beschreibung und Analyse einer besonderen Technologie oder eines Materials sind mit der ENF Industriedatenbank und von dort aus mit den Websites tausender von Unternehmen in dieser Industrie verbunden! Auf diese Weise wird diese Review als ein einzigartiges Informationswerkzeug für die Industrie verwendet.

Nach den Bemühungen der letzten 3 Jahre haben wir eine strikte Disziplin bewahrt genügend Detailreichtum zu bieten, damit Manager in der Industrie auf allen Ebenen und Industriefremde, die in die Industrie eintreten (wie Investoren, Regulatoren usw.) verstehen, was geschieht, und das Gesamtbild der Industrie besser fassen können. Dieser Bericht füllt die Informationslücke zwischen den oberflächlichlen Medienartikeln und technischen Büchern.