Фотоволтаични модули TopCon tтип N от фирма Canadian Solar

Canadian Solar беше една от първите компании, които въведоха технологии с фотоволтаични клетки и модули, по-късно станали преобладаващи в бранша, като например двустранните модули (още през 2010 г.), модулите с широкоформатни пластини (до 210 mm), както и съвременните клетки тип N и модулите с висока ефективност. От 2019 г. насам компанията CSI Solar разработва технологии с тънък слой оксид между металните контакти и пластината „TOPCon“ (Tunnel Oxide Passivated Contacts) тип N, a сега пуска на пазара диверсифицирано портфолио от TOPCon модули с дължина 182 mm и 210 mm с капсулиране с помощта на един или два слоя стъкло и в дизайни с различни размери на модулите и изходяща мощност, за да отговорят на нуждите на различни сценарии на приложение.

Силицият от N-тип е вид полупроводников материал, който има различни допинг характеристики от обичайно използвания силиций от P-тип. N-тип силицият предлага няколко преимущества, в това число по-ниска чувствителност към предизвикано от светлина разграждане (LID, light-induced degradation) и по-добри температурни коефициенти, което означава по-висока производителност и по-дълъг живот.

 

Обратното на това, технологията TopCon използва по-тънък слой силициев оксид за пасивиране на повърхностите на соларните клетки, като по този начин намалява рекомбинацията на носителите и подобрява общата ефективност. Тази технология спомага за постигане на по-високи стойности на ефективност на преобразуването на енергия чрез минимизиране на нейните загуби.

 

Комбинацията със силициеви пластини от N-тип води до прогнозна горна граница на ефективността на клетките TOPCon до 28,7 %; тази стойност е по-висока, отколкото при клетките PERC с пасивирана задна страна, при които стойността е 24,5 %. Обработката на продуктите TOPCon е по-съвместима със съществуващите производствени линии за PERC клетки, което води до по-добър баланс между производствените разходи и по-високата ефективност на модула. Предвижда се TOPCon да се превърне в преобладаваща технология през следващите години.

Конструкция на соларната клетка

Фотоволтаичната клетка се състои по принцип от два слоя: основен слой и горен слой. При допингирането тип P като допанти (легиращи добавки) се използват бор и галий. Всяка от външните орбитали на тези елементи съдържа по три електрона. При включването им в кристалната решетка на силиция тези елементи генерират „дупки“ във валентната лента на силициевите атоми. В резултат на това електроните във валентната лента стават подвижни, като дупките се движат в посока, обратна на тази на електроните. Да мигрират могат само положителните заряди, тъй като допантът е фиксиран в кристалната решетка. Тези полупроводници се обозначават като P-тип (или „P-проводими“, или „P-допингирани“), защото имат положителни дупки.

Соларните клетки N-тип имат малко по-различна конструкция в сравнение с традиционните соларни клетки P-тип. Основната разлика е в допингирането на полупроводниковия материал, използван в клетката.

 

Общ преглед на конструкцията на соларната клетка от N-тип:

        • Субстрат: Соларната клетка започва със субстрат, който обикновено представлява тънък лист, изработен от монокристален или поликристален силиций с висока чистота.
        • Допант тип N: Предната страна на субстрата е допингирана с допант тип N, например фосфор. С тази стъпка в кристалната решетка на силиция се въвеждат излишни електрони, което създава излишък от носители на отрицателен заряд.
        • Антирефлексно покритие: Върху предната повърхност на клетката се нанася тънък слой антирефлексно покритие, например силициев нитрид (SiNx). Това покритие намалява загубите от отразяване и увеличава поглъщането на светлина.
        • Предни метални контакти: Металните контакти обикновено са изработени от сребърна или сребърно/алуминиева паста и се нанасят върху предната повърхност, за да събират електроните, генерирани при попадането на слънчевите лъчи върху клетката. Тези контакти са подредени като решетка, за да се увеличи максимално събирателната площ.
        • Пасивиращ слой: Пасивиращият слой се нанася върху предната повърхност. Неговата функция е да намалява рекомбинацията на носителите на заряд. Този слой обикновено е изработен от силициев оксид (SiOx) или от комбинация от силициев оксид и силициев нитрид.
        • Задни метални контакти: Върху задната страна на клетката е нанесен метален контакт за улавяне на носителите на положителен заряд (дупки), генерирани по време на работата на соларната клетка. Този заден контакт може да бъде с изцяло алуминиево покритие или да бъде направен с шаблон.
        • Поле на задната повърхност: За допълнително увеличаване на производителността на клетката може да бъде включен допълнителен слой, наречен поле на задната повърхност (BSF). Този слой, обикновено изработен от силно допингиран силиций, спомага за създаването на градиент в електрическото поле, който улеснява ефективното събиране на носителите на заряд.

 

Важно е да знаем, че действителните конструктивни детайли и конкретните модификации на клетките могат да се различават при различните производители. Горното описание представя общата схема на процеса на конструиране на N-тип соларни клетки.

Структура на фотоволтаичните клетки от N-тип TopCon и Heterojunction

Структурата е съвместима както с P-тип, така и с N-тип пластини и теоретично може да се използва от всяка страна на пластината. Когато обаче допингираният поликристал се използва от предната страна, това води до по-големи загуби чрез поглъщане, тъй като поликристалният силиций има забранена зона като тази на кристалния силиций. Въпреки че съществуват начини за елиминиране на загубите от нежелана абсорбция, те засега не са подходящи за масово производство, тъй като изискват сложни процедури за създаване на маски и ецване. Поради това терминът „пасивирани контакти“ в бранша се използва предимно за обозначаване на техническото изпълнение на задната страна.

Голяма част от бранша също така все още използва пасивирани контакти върху задната страна на пластини от N-тип, въпреки че изследователите работят и върху клетки от P-тип с пасивирани контакти. Един от тези изследователски центрове е германският институт за соларни изследвания ISFH, който наскоро публикува своя метод.

Хетеропреходните соларни клетки съчетават две различни технологии в една клетка: клетка от кристален силиций в сандвич структура между два слоя аморфен силиций под формата на „тънък слой“. Това разположение позволява лесно да се постигне увеличаване на ефективността на панелите и получаване на повече енергия в сравнение с конвенционалните соларни панели. Най-разпространеният тип соларен панел е панел, изработен от кристален силиций, монокристален или поликристален. Аморфният силиций е силиций под формата на тънък слой и за разлика от кристалния силиций няма правилна кристална структура. Вместо това атомите са подредени произволно. В резултат на това производството на този тип соларни клетки е по-евтино.

 

Следователно две важни предимства са по-ниската цена и гъвкавостта по отношение на вида материал, върху който може да бъде нанесен аморфният силиций. При соларната клетка с хетеропреход конвенционалната пластина от кристален силиций има аморфен силиций по предната и задната си повърхност. Резултатът е двойка тънки соларни слоеве, поглъщащи допълнителни фотони, които иначе не биха били уловени от разположената в центъра пластина от кристален силиций. Концепцията за производство на HJT е разработена от компанията SANYO Electric през 80-те години на 20 век (SANYO става част от Panasonic през 2009 г.). SANYO е първата компания, която произвежда комерсиално соларни клетки на базата на аморфен силиций. Соларната технология с хетеропреход използва преимуществата на тази концепция и изгражда слънчев панел от три различни слоя фотоволтаичен материал.

 

Горният и долният слой са произведени от аморфни соларни клетки под формата на тънък слой, докато средният слой е кристална соларна клетка.  Тънък слой силиций отгоре улавя част от слънчевата светлина, преди тя да попадне върху кристалния слой, и също така абсорбира онази част от слънчевата светлина, която се отразява от долните слоеве. Този слой е много тънък, така че по-голямата част от слънчевата светлина преминава директно, а слънчевата светлина, която преминава през средната част, тоест през кристалния слой, се абсорбира от тънкия аморфен слой под него. Чрез конструирането на панел под формата на сандвич от три различни фотоволтаични слоя, така наречената хетеропреходна соларна клетка, може да се постигне ефективност от 21% или повече. Това е стойност, сравнима с тази при панелите, които използват различни технологии за постигане на висока производителност.

Сравняване на модулите PERC, TopCon и Heterojunction

Наличност на нови модули TopCon в Solarity

Solarity разполага с подсигурено достатъчно количество модули Topcon Type N на склад. В момента Solarity може да достави на пазара 565W двустранни модули TopCon, тъй като това е най-търсеният продукт в този клас мощност. Solarity скоро ще има на разположение и модули TopCon с по-висок клас на производителност за C&I проекти, както конвенционални, така и двустранни типове. Класът на мощност ще бъде 656 W и повече, тъй като Canadian Solar ще предостави модули с мощност до 690 W.

Aвтор: Ahmad Al Azzam, Technical Support Jordan

България

Германия

Йордания
Колумбия
Мароко
Международна версия
Полша
Румъния
Украйна
Унгария
Чешка република