Αρχή λειτουργίας και δομικά χαρακτηριστικά των φωτοβολταϊκών κυττάρων TOPCon

Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα TOPCon χρησιμοποιούν ένα πολύ λεπτό στρώμα οξειδίου (1-2nm) για να επιτρέψουν την αποτελεσματική διάνοιξη των κυρίως φορτιοφόρων σωματιδίων, μειώνοντας σημαντικά τον ρυθμό ανασύνθεσης των μειονοτικών φορτιοφόρων, ενισχύοντας έτσι αποτελεσματικά την τάση ανοιχτού κυκλώματος και το ρεύμα κλειστού κυκλώματος του κυττάρου, και αυξάνοντας περαιτέρω την αποδοτικότητα μετατροπής του κυττάρου.

Από δομικής πλευράς, το μπροστινό σχέδιο των φωτοβολταϊκών κυττάρων TOPCon είναι παρόμοιο με τα συμβατικά φωτοβολταϊκά κύτταρα τύπου N ή N-PERT, αλλά η κύρια τεχνολογική καινοτομία βρίσκεται στη δομή της παθητικοποιημένης επαφής του πίσω μέρους. Αυτή η δομή περιλαμβάνει ένα πολύ λεπτό στρώμα οξειδίου του πυριτίου και ένα λεπτό μεμβρανώδες φιλμ αμορφο-μικροκρυσταλλικού πυριτίου που είναι δοπασμένο με φωσφόρο. Η απόδοση της παθητικοποίησης ενεργοποιείται μέσω μιας διαδικασίας σταθεροποίησης, κατά την οποία η κρυσταλλικότητα του λεπτού φιλμ πυριτίου υφίσταται μετασχηματισμό από μια μικτή φάση αμορφο-μικροκρυσταλλική σε μια πολυκρυσταλλική φάση, βελτιώνοντας περαιτέρω την απόδοση του κυττάρου. Σε συνθήκες σταθεροποίησης στους 850°C, το κύτταρο επιδεικνύει εξαιρετικά αποτελέσματα παθητικοποίησης, με τάση ανοιχτού κυκλώματος που υπερβαίνει τα 710 mV και ρυθμό ανασύνθεσης ηλεκτρονίων μειωμένο σε 9-13 fA/cm^2, αυξάνοντας σημαντικά την αποδοτικότητα του κυττάρου.

Διαδικασία Παραγωγής των Φωτοβολταϊκών Κυττάρων N-TOPCon

Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα TOPCon χρησιμοποιούν ένα πολύ λεπτό στρώμα οξειδίου (1-2nm) για να επιτρέψουν την αποτελεσματική διάνοιξη των κυρίως φορτιοφόρων, μειώνοντας σημαντικά τους ρυθμούς ανασύνθεσης των μειονοτικών φορτιοφόρων. Αυτό αυξάνει αποτελεσματικά την τάση ανοιχτού κυκλώματος και το ρεύμα κλειστού κυκλώματος του κυττάρου, ενισχύοντας έτσι την απόδοση μετατροπής του κυττάρου. Από δομικής πλευράς, το μπροστινό σχέδιο των φωτοβολταϊκών κυττάρων TOPCon είναι παρόμοιο με τα συμβατικά φωτοβολταϊκά κύτταρα τύπου N ή N-PERT, αλλά η κύρια τεχνολογική καινοτομία βρίσκεται στη δομή του παθητικοποιημένου επαφέα του πίσω μέρους. Αυτή η δομή περιλαμβάνει ένα πολύ λεπτό στρώμα οξειδίου του πυριτίου και ένα στρώμα φιλμ από μικροκρυσταλλικό-αμορφικό πυρίτιο που είναι δοπασμένο με φωσφόρο. Μέσω της διαδικασίας σταθεροποίησης, ενεργοποιούνται οι ιδιότητες παθητικοποίησης και η κρυσταλλικότητα του φιλμ πυριτίου μετασχηματίζεται από ένα μίγμα μικροκρυσταλλικό-αμορφικό σε μια πολυκρυσταλλική φάση, βελτιώνοντας περαιτέρω την απόδοση του κυττάρου. Σε συνθήκες σταθεροποίησης στους 850°C, το κύτταρο επιδεικνύει εξαιρετικά αποτελέσματα παθητικοποίησης, με την τάση ανοιχτού κυκλώματος να υπερβαίνει τα 710 mV και τους ρυθμούς ανασύνθεσης ηλεκτρονίων να μειώνονται σε 9-13 fA/cm^2, ενισχύοντας σημαντικά την αποδοτικότητα του κυττάρου.

Η διαδικασία παραγωγής των φωτοβολταϊκών κυττάρων TOPCon μεγιστοποιεί τη χρήση των υπαρχόντων παραδοσιακών μεθόδων παραγωγής για κύτταρα τύπου P, απαιτώντας μόνο την προσθήκη διάχυσης βορίου και εξοπλισμού κατάθεσης λεπτών στρωμάτων, χωρίς την ανάγκη για άνοιγμα και ευθυγράμμιση στο πίσω μέρος. Αυτό απλοποιεί σημαντικά τη διαδικασία παραγωγής κυττάρων και μειώνει τη δυσκολία της μαζικής παραγωγής. Η διαδικασία κατασκευής των κυττάρων TOPCon περιλαμβάνει:

1.Υφοποίηση (Υφή): Χρήση φυσικών ή χημικών μεθόδων για την υφοποίηση της επιφάνειας του πυριτιούχου πλακιδίου, βελτιώνοντας την απορρόφηση του φωτός.

2.Διάχυση Βορίου (Διάχυση LP-BBr₃): Χρήση αερίου βοροτριβρωμιδίου χαμηλής πίεσης για τη διάχυση βορίου σε κύτταρα τύπου P για τη δημιουργία της ζώνης εκπομπής.

3.Λέιζερ Επιλεκτικού Εκπομπού: Εφαρμογή τεχνολογίας λέιζερ για την επεξεργασία της επιφάνειας του πυριτιούχου πλακιδίου, δημιουργώντας επιλεκτικές περιοχές εκπομπής.

4.Χημική Απομόνωση Άκρων: Αφαίρεση περιττών υλικών από τις άκρες του πυριτιούχου πλακιδίου με χημικά μέσα, για τη μείωση των επιφανειακών ελαττωμάτων.

5.Οξείδωση TOPCon: Ανάπτυξη ενός στρώματος οξειδίου στην επιφάνεια του πυριτιούχου πλακιδίου για την επιφανειακή παθητικοποίηση και τη μείωση της ανασύνθεσης των ζευγών ηλεκτρονίου-οπής.

6.PECVD TOPCon: Κατάθεση ενός στρώματος οξειδίου διαύλου και ενός πολυκρυσταλλικού στρώματος πυριτίου χρησιμοποιώντας την τεχνολογία PECVD για τη δημιουργία παθητικοποιημένων επαφών.

7.Θερμική Επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας TOPCon (TOPCon: Υψηλή Θερμοκρασία): Ενεργοποίηση του στρώματος οξειδίου διαύλου και του πολυκρυσταλλικού στρώματος πυριτίου μέσω θερμικής επεξεργασίας υψηλής θερμοκρασίας για την ενίσχυση της απόδοσης του κυττάρου.

8.Κατάθεση Οξειδίου του Αλουμινίου (Al₂O₃ μπροστά): Κατάθεση ενός στρώματος οξειδίου του αλουμινίου στην μπροστινή πλευρά του πλακιδίου για περαιτέρω βελτίωση της επιφανειακής παθητικοποίησης.

9.Κατάθεση Νιτριδίου του Πυριτίου (PECVD SiNx μπροστά & πίσω): Κατάθεση στρωμάτων νιτριδίου του πυριτίου στις μπροστινές και πίσω πλευρές του πλακιδίου για παθητικοποίηση και αντιανακλαστική προστασία.

10.Εκτύπωση: Χρήση τεχνολογίας οθόνης για την εκτύπωση μεταλλικών ηλεκτροδίων στο πυριτιούχο πλακίδιο.

11.Σιντεράρισμα: Σύνδεση των μεταλλικών ηλεκτροδίων με το πυριτιούχο πλακίδιο μέσω υψηλής θερμοκρασίας σιντεράρισμα για τη δημιουργία ηλεκτρικών συνδέσεων.

12.Δοκιμή και Ταξινόμηση: Δοκιμή των τελειωμένων κυττάρων για απόδοση και ταξινόμηση βάσει της αποδοτικότητας.

Αυτή η διαδικασία μεγιστοποιεί τη χρήση των υπάρχουσων παραδοσιακών μεθόδων παραγωγής για κύτταρα τύπου P, απαιτώντας μόνο την προσθήκη διάχυσης βορίου και εξοπλισμού κατάθεσης λεπτών στρωμάτων, απλοποιώντας τη διαδικασία παραγωγής των κυττάρων και μειώνοντας τη δυσκολία της μαζικής παραγωγής. Η τεχνολογία TOPCon είναι ιδιαίτερα συμβατή με τις γραμμές παραγωγής PERC, προσθέτοντας τις διαδικασίες διάχυσης βορίου και τα στρώματα διαύλου + p-Poly, ενώ τα υπόλοιπα βήματα συνεχίζουν ουσιαστικά αυτά των γραμμών παραγωγής PERC.

Σύγκριση της Τεχνολογίας N-TOPCon και PERC

Πλεονεκτήματα της Τεχνολογίας TOPCon

Υψηλή Αποδοτικότητα Μετατροπής: Τα κύτταρα TOPCon ξεχωρίζουν για την υψηλή τους αποδοτικότητα μετατροπής. Η αποδοτικότητα μαζικής παραγωγής των κυττάρων TOPCon μπορεί να φτάσει σήμερα το 24,5%-25%, που είναι υψηλότερη από την τρέχουσα μέση αποδοτικότητα μετατροπής μαζικής παραγωγής των κυττάρων PERC που είναι 23,2%. Με το θεωρητικό όριο αποδοτικότητας μετατροπής να είναι πάνω από 24,5%, υποδηλώνει ότι τα κύτταρα TOPCon έχουν μεγαλύτερο δυναμικό βελτίωσης.

Βελτιωμένη Συνολική Παραγωγή Ενέργειας: Σε σύγκριση με τα κύτταρα PERC, τα κύτταρα TOPCon έχουν υψηλότερο διφακτικό παράγοντα, που μπορεί να ενισχύσει τη συνολική παραγωγή ενέργειας. Ο διφακτικός παράγοντας των ηλιακών πλαισίων TOPCon μπορεί να φτάσει μέχρι και το 85%, σημαντικά υψηλότερος από το 70% των συστατικών PERC. Αυτό σημαίνει ότι το κέρδος ισχύος μπορεί να αυξηθεί μέχρι και κατά 2%.

Επέκταση Περιόδου Εγγύησης Ισχύος: Το υπόστρωμα πυριτίου των κυττάρων τύπου N είναι δοπασμένο με φωσφόρο, αποφεύγοντας την απώλεια αιχμαλωσίας ηλεκτρονίων που προκαλείται από τα ζεύγη βορίου-οξυγόνου, σχεδόν εξαλείφοντας τη φωτοεπαγόμενη υποβάθμιση και εξασφαλίζοντας μεγαλύτερη περίοδο εγγύησης ισχύος.

Συμβατότητα Αναβάθμισης με Χαμηλή Επένδυση σε Εξοπλισμό: Η τεχνολογία TOPCon είναι συμβατή με τις γραμμές παραγωγής PERC και μπορεί να αναβαθμιστεί με βάση τις γραμμές PERC. Σε σύγκριση με το PERC, ο εξοπλισμός που προστίθεται ή αντικαθίσταται περιλαμβάνει τη διάχυση βορίου για την προετοιμασία του οξειδίου διαύλου και των στρωμάτων πολυπυριτίου, με τα υπόλοιπα βήματα της διαδικασίας να είναι σε μεγάλο βαθμό συμβατά με τις γραμμές παραγωγής PERC.

Εφαρμογές των Ηλιακών Πλαισίων TOPCon

Υψηλή Αποδοτικότητα για Οικιακή και Εμπορική Χρήση: Κατάλληλα για συστήματα ηλιακής ενέργειας εγκατεστημένα σε στέγες ή στο έδαφος, προσφέρουν καθαρή, ανανεώσιμη ενέργεια για κατοικίες, επιχειρήσεις ή βιομηχανικές μονάδες.

Ηλιακοί Σταθμοί Μεγάλης Κλίμακας: Σε μεγάλα πεδία ηλιακής ενέργειας, τα ηλιακά πάνελ TOPCon, λόγω της υψηλής τους αποδοτικότητας, μπορούν να παράγουν περισσότερη ενέργεια σε περιορισμένο χώρο, καθιστώντας τα ιδανικά για εφαρμογές παραγωγής ενέργειας μεγάλης κλίμακας, βοηθώντας στη μείωση του κόστους ανά μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας.

Αγροτικές Εφαρμογές: Τα πάνελ TOPCon μπορούν να τροφοδοτήσουν αγροτικό εξοπλισμό, όπως αντλίες νερού και συστήματα άρδευσης, ιδιαίτερα σε απομακρυσμένες ή εκτός δικτύου περιοχές, λειτουργώντας ως ανεξάρτητη λύση ενέργειας για να βοηθήσουν τους αγρότες να αυξήσουν τη γεωργική παραγωγικότητα.

Σταθμοί Φόρτισης Ηλεκτρικών Οχημάτων: Με την αυξανόμενη δημοτικότητα των ηλεκτρικών οχημάτων, η ζήτηση για βιώσιμες λύσεις ενέργειας αυξάνεται. Τα ηλιακά πάνελ TOPCon μπορούν να παρέχουν καθαρή ενέργεια για σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων, προάγοντας την ανάπτυξη της πράσινης μεταφοράς.

Φωτοβολταϊκά Ολοκληρωμένα στην Κατασκευή Κτιρίων (BIPV): Τα ηλιακά πάνελ που χρησιμοποιούν την τεχνολογία TOPCon μπορούν να ενσωματωθούν στον σχεδιασμό των κτιρίων, λειτουργώντας ως μέρος των υλικών κατασκευής, παρέχοντας όχι μόνο ενέργεια αλλά και ενισχύοντας την αισθητική των κτιρίων.

Παράκτιες Περιοχές: Λόγω της υψηλής αντοχής τους, τα ηλιακά πάνελ TOPCon είναι κατάλληλα και για χρήση σε ανοικτές θαλάσσιες ή παράκτιες περιοχές, όπου μπορεί να υπάρχουν υψηλά επίπεδα θαλασσινού ομίχλης και υγρασίας.

Προβλέψεις για τη Μελλοντική Ανάπτυξη των Φωτοβολταϊκών Πάνελ TOPCon

Αναμένεται ότι τα φωτοβολταϊκά κύτταρα TOPCon θα βιώσουν σημαντική ανάπτυξη στην αγορά μεταξύ των ετών 2023 και 2030, χάρη στην υψηλή τους αποδοτικότητα μετατροπής και την ανθεκτική τους απόδοση. Καθώς η τεχνολογία ωριμάζει και η παραγωγή κλιμακώνεται, αναμένεται περαιτέρω μείωση του κόστους, αυξάνοντας τη διείσδυση της αγοράς των μονάδων TOPCon σε μεγάλους φωτοβολταϊκούς ενεργειακούς σταθμούς και εμπορικές εφαρμογές. Η υποστήριξη πολιτικών και οι τάσεις για βιώσιμη ανάπτυξη επιταχύνουν περαιτέρω την υιοθέτηση της τεχνολογίας TOPCon. Η παγκόσμια ζήτηση για την τεχνολογία TOPCon αναμένεται να συνεχίσει να αυξάνεται με την αυξανόμενη ανάγκη για καθαρές ενεργειακές λύσεις, ιδιαίτερα σε περιοχές με άφθονο ηλιακό φως. Αυτό θα ωθήσει την τεχνολογική καινοτομία και την ανάπτυξη της αγοράς στη φωτοβολταϊκή βιομηχανία.

Πηγή:

https://guangfu.bjx.com.cn/news/20200710/1088087.shtml

https://guangfu.bjx.com.cn/news/20200710/1088087.shtml

https://xueqiu.com/2305761063/241967340

https://guangfu.bjx.com.cn/news/20200710/1088087.shtml

https://www.sohu.com/a/640762583_121123896

https://www.novergysolar.com/topcon-vs-perc-vs-hjt-solar-cells/#Uses_of_Topcon_Solar_Panels

https://www.verifiedmarketreports.com/product/topcon-solar-cell-and-module-market/

Προϊόντα TOPCon της Maysun Solar