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Revue des technologies PV futures – 3ème édition

 

Résumé

 

ENF présente sa troisième édition de la Revue des technologies PV futures dans toute son ampleur et sa perspicacité originale.

L'industrie solaire photovoltaïque est aujourd'hui maintenant un secteur très complexe qui bouge rapidement. En une décennie, elle a évolué d'une industrie formée de petites entreprises utilisant une technologie peu mouvante à un secteur qui utilise près de trente technologies différentes, 300 laboratoires de recherche, des universités qui repoussent les limites de la science photovoltaïque. Il y a également plus de 10 000 entreprises engagées dans tous les aspects de la chaîne de valeur du photovoltaïque.

Tels sont la complexité actuelle et le rythme de changement du secteur qu'ENF a jugé essentiel d'inclure dans sa troisième édition, seulement 18 mois après la publication de sa deuxième édition. Le rapport est passé de cinq sections principales à douze et le nombre de caractères écrits a doublé pour atteindre 800 000 ; le tout agrémenté de données et d'analyses.

Ce rapport met l'accent sur la commercialisation des technologies PV. C'est la revue la plus complète actuellement disponible. Son contenu s'étend des mines de polysilicium, indium et tellurium (avec un accent particulier mis sur les problèmes d'approvisionnement) à la machine outil, aux processus d'usine, aux descriptions des technologies et jusqu'au produit PV final, aux applications et aux systèmes. Il fournit non seulement un aperçu de l'industrie mondiale mais aussi une analyse encore plus profonde que les rapports généraux et n'a pas peur d'énoncer des vérités parfois difficiles. Ce rapport est vraiment pertinent.

Fondé sur trois ans d'efforts fournis par l'équipe de recherche d'ENF, le rapport est totalement actualisé. Il est approuvé par des directeurs PV de différentes parties de la chaîne de valeur photovoltaïque.

 

Recommandations

 

"Ce rapport est une collection impressionnante d'information sur le photovoltaïque."

- Frank-Holm Roegner, Head of E-Processing Department, Fraunhofer Institute

 

 

"Je souhaite vous féliciter, vous et votre équipe, pour cet excellent et très complet rapport. C'est un document de grande valeur avec des informations pertinentes."

- Dr. Arnulf Jäger-Waldau, European Commission Joint Research Centre

 
 

Les raisons de l'acheter

 

C'est la seule revue technologique sur le marché qui parvient à fournir des détails complets sur le secteur PV dans son ensemble. C'est un « centre de connaissances » complet ainsi qu'une analyse des tendances et un commentaire objectif sur les aspects controversés ainsi que des explications derrière les faits. Le rapport vise un niveau de technicité qui permet aux managers, ingénieurs et investisseurs d'avoir un aperçu complètement documenté du paysage PV dans son ensemble, ceci incluant les valeurs chiffrées clés.

Peu importe où vous vous situez sur la chaîne de valeur du PV, avant de prendre la décision d'investir (ou de ne pas investir), de croître (ou ne pas croître), de changer d'orientation (ou ne pas changer d'orientation)… avant tout, lisez le rapport ENF sur les technologies PV futures.

 

 

Entreprises couvertes

 

Plus de 400 entreprises sont mentionnées directement dans le corps de la revue des technologies, ce qui permet de construire une riche base de données sur qui est intéressé et par quoi. Bien sûr il y a des entreprises connues comme Sharp, Sanyo, BP Solar, Evergreen Solar, First Solar, Würth Solar, Applied Materials, REC, Hemlock Semiconductors, AJA International, ainsi que des entreprises nouvelles sur le secteur qui apportent avec elles d'importantes innovations.

L'industrie est aujourd'hui d'une telle ampleur que nous avons dû limiter le nombre d'entreprises mentionnées dans le rapport à un simple échantillon d'entreprises : les plus significatives en fonction de développements technologiques particuliers.

Là où il y a un grand nombre de fournisseurs pour une technologie PV spécifique, une machine particulière ou un matériau, nous avons connecté la version électronique du rapport sur les technologies directement avec l'annuaire ENF qui répertorie plus de 10 000 entreprises. De cette manière, la revue sur les technologies PV, la plus complète du marché est reliée électroniquement à la base de données la plus complète du secteur PV. C'est une première pour l'industrie solaire PV.

Ce rapport a aussi réuni pour la première fois plus de 300 départements universitaires et des laboratoires de recherche publics et privés (excluant ceux des fournisseurs) qui sont actuellement actifs dans la recherche PV. Ce rapport identifie aussi, pour la plupart, leurs domaines de recherche, leurs liens internet et leurs coordonnées.

 



 

Table of contents:

 

 

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

 

 
 
Méthodologie

 

La revue ENF sur les technologies PV futures résulte d'un processus sur trois ans, à la fois de recherche et d'analyse.

Tout a commencé en 2007 :

1ère édition de la Revue ENF des technologies futures (Sept 2007)

La première édition a apporté une perspective "en dehors de l'industrie"  menée par une technologie de pointe sur le secteur mondial émergent du photovoltaïque. Ceci a offert à l'industrie une façon originale de percevoir plusieurs problèmes s. L'industrie solaire photovoltaïque a été malmenée par sa première crise due à une pénurie de polysilicium. Un projet de recherche ENF a été entrepris sur le secteur du polysilicium pour trouver de nouvelles techniques de raffinage de ce dernier. Ceci a établi la base de l'analyse des technologies alternatives qui traduit la diversification de l'industrie PV. La revue a suivi les technologies de première, deuxième et troisième génération.

La première couche fondatrice de la revue comprenait les sections suivantes :

Partie I – Définir le cadre (les problèmes de commercialisation)
Partie II – Le secteur émergent des technologies du raffinage du silicium
Partie III - 2007 – Sondage factuel sur les technologies photovoltaïques

Pour faciliter la recherche d'information, chaque résultat concernant une technologie PV était présenté selon la forme suivante :

Introduction – Définition de la technologie, avantages et inconvénients

Acteurs – Liste des entreprises actives dans cette technologie

Efficacité des cellules et panneaux – Comparateur communément accepté

Description – Aide à visualiser de quoi il s'agit

Matériaux bruts – Ajoutés si pertinent (ex : gallium)

Méthodes de fabrication utilisées – Identification des processus industriels nécessaires

Fournisseurs en amont – Qui fournit les machines outils indispensable au processus ?

Capacité industrielle derrière la technologie – Estimation de la capacité de production de l'usine en aval

Orientations R&D futures – Liste des défis à relever par les technologies

Une part clé de notre recherche a consisté à trouver des chiffres et des explications pour les faits peu communs.

Cette base a été préservée et actualisée lors de chaque édition de la revue ENF des technologies futures.

2ème édition de la revue ENF des technologies futures (Sept 2008)

La deuxième édition a étendu la vision de la revue depuis l'extraction minière de matériaux bruts clés comme l'indium et le tellurium jusqu'à l'émergence de la révolution des produits solaires. Pour la première fois, toute l'industrie PV était étudiée dans son intégralité, ce qui a permis de clarifier les relations entre les différents secteurs.

La revue des matériaux critiques a coïncidé avec la hausse des prix de certains d'entre eux, nécessaires à la deuxième génération (couche mince) de produits solaires PV. Avec une analyse parfaitement documentée, cet aspect a été intégré à la revue. Elle a également mis l'accent sur les processus d'usine et les machines clés en insistant sur les technologies de dépôts. L'organisation est la suivante :

Partie I –Définir le cadre
Partie II – Revue des matériaux critiques
Partie III – Processus d'usine pour les technologies PV
Partie IV – Sondage factuel des technologies PV
Partie V – Application des cellules solaires PV à des produits

3ème édition de la revue ENF des technologies futures (Avril 2010)

La troisième édition a visé la même et ambitieuse cible : réunir deux couches d'information et d'analyse tout en augmentant l'étendue de la revue à d'autres domaines, incluant les systèmes PV, la technologie TPV (thermo-photovoltaïque) et la qualité/fiabilité du solaire PV pour créer la structure suivante :

Partie I – Faits économiques impactant les orientations technologiques
Partie II – Revue des matériaux critiques
Partie III – Machines clés utilisées pour les processus d'usine
Partie IV – Processus d'usine pour technologies PV
Partie V – Sondage factuel sur les technologies PV
Partie VI – Technologie thermo photovoltaïque (TPV)
Partie VII – Couches, cellules, panneaux et design PV innovants
Partie VIII – Energie AC (courant alternatif) générée par le solaire PV
Partie IX – Révolution des produits à énergie solaire
Partie X – Qualité et fiabilité des systèmes solaires PV
Partie XI – Sondage sur la recherche PV à l'université et dans les laboratoires de recherche publics et privés
Partie XII – Glossaire des termes utilisés dans l'industrie solaire PV

Avec une recherche approfondie dans les domaines des machines outil et des processus, nous avons répertorié plus de 300 départements universitaires et laboratoires de recherche privés ou publics (excluant ceux des fournisseurs) impliqués dans la recherche PV sur plus de 40 pays.

La 3ème édition a intégré dans plusieurs sections de la revue des liens internet vers les bases de données électroniques appropriées d'ENF. Ainsi, les détenteurs de la version électronique de la revue des technologies futures peuvent circuler des descriptions et analyses d'une technologie donnée, à la base de données ENF qui répertorie des milliers d'entreprises actives dans différents secteurs de l'industrie. De cette façon, la revue des technologies futures devient un outil d'information unique de l'industrie.

Sur ces trois années, nous avons maintenu une discipline stricte pour pouvoir fournir suffisamment de détails et permettre à un grand nombre de managers de l'industrie, à tous les niveaux de production, et à toutes les parties prenantes (investisseurs, régulateurs etc) de comprendre ce qu'il se passe et de dialoguer avec des experts. La revue comble l'espace de savoir vital entre les articles de journaux et les ouvrages techniques.

 

 
 
Echantillon de pages
 
ENF Future Technologies Review 3rd Edition Sample
 
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