بالمقارنة مع خطوط إنتاج الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون البلوري الناضج، يُعد إنشاء خط إنتاج البيروفسكايت أكثر تعقيدًا وصعوبة. فبينما يعتمد تصنيع وحدات السيليكون البلوري بشكل أساسي على العمليات الفيزيائية، يتطلب إنتاج البيروفسكايت تركيبات كيميائية معقدة ومعدات عالية التخصيص، مما يُشكل عقبات فريدة أمام التصنيع.
1. الاختلافات الأساسية في عمليات الإنتاج
إنتاج السيليكون البلوري:
تهيمن الطرق الفيزيائية على تصنيع وحدات السيليكون البلورية. تبدأ العملية بسيليكون متعدد عالي النقاء، يُحوّل إلى قضبان سيليكون عبر أفران سحب البلورات. تتبع ذلك سلسلة من الخطوات تشمل القطع، والتشكيل، وترسيب الأغشية، والنقش بالليزر، وزرع الأيونات. وقد حسّنت تقنيات مثل بطاريات توبكون وBC (التلامس الخلفي) جوانب محددة، مثل عمليات ترسيب الأغشية والنقش بالليزر. ويستفيد هذا النهج من عقود من التحسين والتوحيد القياسي.
إنتاج البيروفسكايت:
في المقابل، يعتمد إنتاج البيروفسكايت علىالصيغ الكيميائيةعلى الرغم من أن البيروفسكايت يتميز ببنية جزيئية ثابتة (أي بي إكس₃)، إلا أن تنوع المواد التي تُشكل هذه البنية هائل، حيث طُوّرت مئات المشتقات بالفعل. غالبًا ما تتطلب كل مادة جديدة معدات وعمليات مُصممة خصيصًا، مما يزيد بشكل كبير من تعقيد إعداد خط الإنتاج.
. على سبيل المثال،رينشو جوانجنينجتستخدم حاليًا طريقة رطبة لتحضير طبقات غشاء البيروفسكايت، بينما تُصنع طبقات وظيفية أخرى من خلال عمليات الترسيب الفيزيائي للبخار أو التبخير. تتنوع ممارسات الصناعة بشكل كبير: فبعضها يستخدم طرقًا هجينة جافة ورطبة، بينما يطبق آخرون طرقًا رطبة لجميع الطبقات الوظيفية. هذا النقص في التجانس يؤكد أنلم يتم توحيد معايير عمليات البيروفسكايت بعد.
2. التحديات الأساسية: المواد والمعدات
تخصيص المعدات ودمجها:
تُعدّ المواد والمعدات عائقين رئيسيين في نموذج خط إنتاج البيروفسكايت. ويهدف المصنعون الذين يقدمون خدمات تقنية متكاملة إلى خفض تكاليف الصناعة من خلال زيادة شحنات المعدات. ومع ذلك، فبدون معدات وعمليات موحدة، تباطأت شركات تصنيع الأجهزة الرائدة نسبيًا في إطلاق حلول شاملة لمعدات البيروفسكايت.
على سبيل المثال،ماير برجرأعلنت الشركة في مايو عن خطط لجمع حوالي ملياري ين ياباني لتطوير مشروع تصنيع معدات خلايا شمسية مترادفة من البيروفسكايت. عند اكتماله، من المتوقع أن ينتج المشروع 20 مجموعة من المعدات سنويًا، محققًا إيرادات سنوية تقدر بـ 4 مليارات ين ياباني، وأرباحًا صافية تبلغ حوالي 600 مليون ين ياباني.
في الوقت الحالي، يستخدم مصنعو وحدات البيروفسكايت بشكل أساسيمعدات شبه مخصصةلا يزال موردو معدات السيليكون البلوري التقليديون غير قادرين على تلبية جميع احتياجات خطوط إنتاج البيروفسكايت. حتى أولئك الذين يقدمون مجموعات كاملة من المعدات يجدون صعوبة في تحقيق اتصال فعال بين الأجهزة المختلفة. في هذا السياق المخصص، غالبًا ما تفشل الطلبات من العملاء الفرديين في تغطية تكاليف البحث والتطوير لمصنعي المعدات، مما يؤدي إلى سيناريوهات حيث"هوامش الربح الإجمالية ليست منخفضة ولكن الربحية محدودة".
التحديات المادية:
تظل تكاليف المواد قضية بارزة.وانغ شيويجنائب رئيسجي ديان جوانجنينجعند مناقشة أعمالهم في مجال توصيل خط الإنتاج الكامل المُخصص، لا تزال نسبة تكاليف المواد ضمن تكلفة الواط من المكونات مرتفعة على الرغم من التقدم الصناعي. يكشف التواصل مع الموردين في المراحل الأولى والثانية أن دورة تطوير سعة إنتاج البيروفسكايت طويلة بالنسبة لموردي المواد. فبدون دعم الطلبات الكبيرة والمركّزة، لا يمكن خفض تكلفة المواد بين عشية وضحاها، ويتطلب ذلك استثمار المزيد من المشاركين في السوق. يمكن أن يُسهم نموذج توصيل خط الإنتاج الكامل المُخصص بشكل كبير في توسيع سعة الصناعة.
3. عدم وجود معايير وتوحيد العمليات
إن غياب العمليات الموحدة يشكل عائقًا كبيرًا. شركات مثلرينشو جوانجنينجتستخدم بعض الشركات الطرق الرطبة لتحضير طبقة البيروفسكايت، بينما تستخدم شركات أخرى الترسيب الفيزيائي للبخار أو التبخر لطبقات وظيفية أخرى. تعتمد بعض الشركات طرقًا هجينة جافة-رطبة، ويستخدم بعضها الآخر الطرق الرطبة لجميع الطبقات الوظيفية. يُبرز هذا التنوععدم وجود توحيد معايير العمليات على مستوى الصناعةمما يجعل من الصعب تكرار كفاءة المختبرات على نطاق واسع ودمج المعدات من موردين مختلفين بسلاسة.
4. الحواجز الاقتصادية والتصنيعية
الدرجة العالية من التخصيص المطلوبة لخطوط إنتاج البيروفسكايت تعني أنغالبًا ما لا تتمكن طلبات العملاء الفردية من تغطية تكاليف البحث والتطويرمن مُصنّعي المعدات. ويؤدي هذا إلى مفارقة، حيث قد تبدو هوامش الربح الإجمالية جيدة، لكن الربحية الإجمالية محدودة. إضافةً إلى ذلك، تُساهم تكاليف المواد بشكل كبير في التكلفة الإجمالية لكل واط، ويتطلب خفض هذه التكاليف جهودًا مُستدامة ومشاركةً أوسع في السوق.
الخاتمة: الطريق إلى الأمام
إن بناء خطوط إنتاج البيروفسكايت محفوف بالتحديات المتجذرة فيتنوع المواد، وتخصيص المعدات، والافتقار إلى توحيد معايير العمليات. في حين أن الشركات مثلماير برجرإن الشركات تستثمر بكثافة لتطوير حلول المعدات، كما يستكشف اللاعبون في الصناعة نماذج تسليم مخصصة لتعزيز القدرة، وسوف يتطلب تحقيق اقتصاديات الحجم وخفض التكاليف استمرار التعاون عبر سلسلة التوريد، وزيادة التوحيد القياسي، والمزيد من الابتكار التكنولوجي.
لا تزال الرحلة نحو تصنيع البيروفسكايت في مراحلها المبكرة، ولكن مع الجهود المتضافرة في معالجة هذه التحديات الأساسية، فإن تكنولوجيا البيروفسكايت تمتلك القدرة على إحداث ثورة في صناعة الطاقة الشمسية من خلال تقديم كفاءات أعلى وتكاليف أقل في المستقبل.
