A Canadian Solar vállalat n-típusú TopCon napelemei
A Canadian Solar az elsők között vezetett be olyan, azóta általánosan elterjedt cella- és napelem-technológiákat, mint például a kétoldalas napelemek (már 2010-ben), a nagy formátumú (akár 210 mm-es) modulok, valamint a jelenlegi n-típusú cellák és nagy hatásfokú napelemek. A fémkontaktusok és a lap közötti vékony oxidréteg n-típusú „TOPCon” (Tunnel Oxide Passivated Contacts) technológiájának fejlesztésén 2019 óta dolgozó CSI Solar most a TOPCon napelemek olyan gazdag választékával jelent meg a piacon, amelyek 182 mm vagy 210 mm hosszúságú cellákkal, egy vagy két üvegréteg segítségével kialakított tokozással, többféle méretben és kimeneti teljesítménnyel készülnek, így számos különféle alkalmazásban használhatók.
Az n-típusú szilícium olyan félvezető anyag, amelynek a szennyezése más jellegű, mint a szokásos p-típusú szilíciumé. Az n-típusú szilíciumnak több előnye is van, egyebek között ellenállóbb a fény okozta degradációval szemben (LID, light-induced degradation), és jobb hőmérsékleti együtthatókkal rendelkezik, ami nagyobb teljesítményt és hosszabb élettartamot eredményez.
Mindezek mellett a TopCon technológia vékonyabb szilícium-oxid-réteget alkalmaz a napelemcella felületének passziválására, ami csökkenti a töltéshordozók rekombinációját, és javítja az általános hatásfokot. Ez a technológia az energiaveszteség minimalizálásával magasabb energiaátalakítási hatásfokot biztosít.
Mindez n-típusú szilíciumból készült lemezekkel kombinálva azt eredményezi, hogy a TOPCon cellák hatásfokának becsült felső határa akár 28,7% is lehet, ami meghaladja a passzivált hátoldallal rendelkező PERC cellák 24,5% körüli hatásfokát. A TOPCon-termékek előállítása kompatibilisebb a PERC cellákhoz készült meglévő gyártósorokkal, ami jobban kiegyensúlyozza a gyártási költségeket, és nagyobb hatásfokú napelemeket eredményez. A TOPCon várhatóan általánosan elterjedt technológiává válik az elkövetkező években.
A napelemcella felépítése
A napelemcella alapvetően két rétegből – alaprétegből és felső rétegből áll. A p-típusú szennyező adalékolás bór és gallium felhasználásával történik, melyek külső elektronpályáján három elektron található. Ezeknek az elemeknek a beépülése a szilícium kristályrácsába „lyukakat” alakít ki a szilíciumatom vegyértékhéjában. Így a vegyértékhéj elektronjai mobilissá válnak, a lyukak pedig az elektronokkal ellentétes irányban haladnak. Csak a pozitív töltések tudnak vándorolni, mert a szennyezés rögzül a kristályrácsban. Az ilyen félvezetőket a pozitív lyukak miatt „p-típusúnak” (illetve „p-típusú vezetőképességgel” vagy „p-típusú szennyezéssel” rendelkezőnek) nevezik.
Az n-típusú cellák szerkezete valamelyest eltér a hagyományos p-típusúaktól. A legfőbb különbség a cella félvezető anyagának szennyezésében rejlik.
Az n-típusú napelemcella szerkezetének általános áttekintése:
- Hordozó: a cella alapja a hordozó, amely jellemzően egy nagy tisztaságú mono- vagy polikristályos szilíciumból készített vékony lap.
- n-típusú szennyezés: a hordozó előoldalát n-típusú adalékkal, például foszforral szennyezik. Ily módon többletelektronok kerülnek a szilícium kristályrácsába, vagyis fölös számú negatív töltéshordozó áll rendelkezésre.
- Antireflexiós felület: a cella előoldali felületére vékony tükröződésmentes réteg, például szilícium-nitrid (SiNₓ) kerül. Ez a felületkialakítás csökkenti a fényvisszaverődés okozta veszteségeket, és fokozza a fényelnyelést.
- Előoldali fémkontaktusok: az előoldali felületre felvitt, jellemzően ezüstpasztából vagy ezüst-alumínium pasztából készülő fémkontaktusok a beeső napfény hatására felszabaduló elektronok összegyűjtésére szolgálnak. A gyűjtőterület maximalizálása érdekében rácsszerkezetbe vannak rendezve.
- Passziválóréteg: a passziválóréteget az előoldali felületre viszik fel. Feladata a töltéshordozók rekombinációjának csökkentése. Ez a réteg általában szilícium-oxidból (SiOₓ) vagy szilícium-oxid és szilícium-nitrid kombinációjából készül.
- Hátoldali fémkontaktusok: a cella hátoldalára felvitt fémkontaktus a napelem működése során keletkező pozitív töltéshordozók (lyukak) felfogására szolgál. Ezt a hátoldali kontaktust a teljes felületre kiterjedő vagy mintát formázó alumíniumréteg alkotja.
- Hátoldali réteg: a cella teljesítményének további növelése érdekében a cella egy kiegészítő hátoldali réteggel (BSF, back surface field) is rendelkezhet. Ez a jellemzően erősen szennyezett szilíciumból kialakított réteg segít egy olyan gradienst létrehozni az elektromos térben, amely megkönnyíti a töltéshordozók hatékony összegyűjtését.
Fontos megjegyezni, hogy a különböző gyártók esetében eltérhetnek a cellák szerkezetének tényleges részletei és konkrét kialakítása. A fenti leírás az n-típusú napelemcellák általános felépítését ismerteti.
Az n-típusú TopCon és Heterojunction napelemcellák szerkezete
A szerkezet a p- és az n-típusú lapok esetében egyaránt érvényes, és elméletileg a lap bármelyik oldalán használható. Azonban ha az előoldalra szennyezett polikristály kerül, ez nagyobb elnyelési veszteséget okoz, mivel a polikristályos szilícium tiltott sávja hasonló a kristályos szilíciuméhoz. Bár vannak módszerek a nem kívánt abszorpció miatti veszteségek csökkentésére, ezek a sorozatgyártást még nem teszik lehetővé, mivel bonyolult maszkolási és maratási folyamatokat igényelnek. Ezért a „passzivált kontaktusok” fogalma az ágazatban elsődlegesen a hátoldal műszaki kialakítására vonatkozóan használatos.
Az ágazat nagy része még mindig az n-típusú lapok hátoldalán alkalmaz passzivált kontaktusokat, jóllehet a kutatók passzivált kontaktusokkal rendelkező p-típusú cellák fejlesztésén is dolgoznak. Az egyik ilyen kutatóintézet a német ISFH, amely nemrégiben tette közzé módszerét.
A heteroátmenetes napelemek kétféle technológiát egyesítenek egy cellában: egy kristályos szilíciumcellát szendvicsszerkezetben, két „vékonyfilmes” amorf szilíciumréteg között. Ez az elrendezés megkönnyíti a panelek hatásfokának növelését és a hagyományos napelemekhez képest több energia kinyerését. A leggyakoribb típus a kristályos szilíciumból készült napelem, legyen az mono- vagy polikristályos technológiájú. A vékonyfilmes amorf szilícium a kristályos szilíciumtól eltérően nem rendelkezik szabályos kristályszerkezettel, az atomok elhelyezkedése véletlenszerű. Következésképpen az ilyen típusú napelemcellák gyártása kevésbé költséges.
Fontos előnyt jelentenek tehát az alacsonyabb költségek és az, hogy az amorf szilíciumot sokféle hordozóanyagra fel lehet vinni. Heteroátmenetes napelemcella esetén amorf szilícium található a szokásos kristályos szilíciumlap elő- és hátoldalán. Így két további vékony réteg szolgál az olyan fotonok elnyelésére, amelyeket a középen elhelyezett kristályos szilíciumlap nem nyelne el. A HJT gyártási koncepciót a SANYO Electric fejlesztette ki az 1980-as években (a SANYO 2009-ben a Panasonic vállalat része lett). A SANYO volt az első olyan cég, amely kereskedelmi alapon állított elő amorf szilíciumalapú napelemcellákat. A heteroátmenetes napelem-technológia ennek a koncepciónak az előnyeire építve három különböző fotovoltaikus anyag rétegéből alkotja meg a napelemet.
A felső és az alsó réteg vékonyfilmes amorf cellákból, a középső réteg pedig kristályos cellából készül. A felső vékonyfilmes szilíciumréteg elnyeli a napfény egy részét, még mielőtt az elérné a kristályos réteget, valamint az alsóbb rétegekről visszaverődő napfény egy részét is abszorbeálja. Mivel nagyon vékony, a napfény nagy részét átereszti, azt a napfényt pedig, amely a középső, kristályos rétegen is áthalad, az az alatt található vékony amorf réteg nyeli el. A három fotovoltaikus rétegből kialakított szendvicsszerkezetű panel, azaz heteroátmenetes napelemcella segítségével 21%-os vagy annál nagyobb hatásfok is elérhető. Ez az érték összehasonlítható az egyéb olyan panelekkel, amelyek esetében más technológia biztosítja a nagy hatásfokot.
A PERC, TopCon és Heterojunction napelemek összehasonlítása
Az új TopCon napelemek elérhetősége a Solarity kínálatában
A Solarity raktáraiban elegendő mennyiségű n-típusú TopCon napelem található. A Solarity jelenleg 565 W-os TopCon kétoldalas modulokat tud szállítani a piacra, mivel ebben a teljesítménykategóriában ez a legkeresettebb termék. A Solarity hamarosan nagyobb teljesítménykategóriájú TopCon modulokat is kínál majd kereskedelmi és ipari projektekhez, normál és kétoldalas típusokat egyaránt. A teljesítménykategória 656 W vagy ennél nagyobb lesz, mivel a Canadian Solar akár 690 W-os napelemeket is kínál.
Írta: Ahmad Al Azzam, Technical Support Jordan
Posztok, amelyek tetszhetnek Önnek:
- Az öt legkelendőbb, energiatároló rendszerrel (ESS) rendelkező invertermárka részletes elemzése
- A K2 és az Aerocompact lapos tetős megoldásának összehasonlítása
- A Canadian Solar vállalat n-típusú TopCon napelemei
- Ismerkedjen meg a kereskedelmi és lakossági projektekhez kifejlesztett legújabb Deye megoldásokkal
- A Tigo hibrid energiatároló rendszere
Iratkozzon fel hírlevelünkre
értesüljön az újdonságokról!
