Moduły fotowoltaiczne TopCon typu N spółki Canadian Solar
Canadian Solar była jedną z pierwszych spółek, które wprowadziły technologie ogniw i modułów fotowoltaicznych, które później stały się głównym nurtem, jak na przykład moduły dwustronne (już w 2010 roku), moduły z waflami wielkoformatowymi (do 210 mm) oraz obecnie ogniwa typu N i moduły o wysokiej wydajności. Spółka CSI Solar pracuje od 2019 roku nad rozwojem technologii z cienką warstwą tlenku między metalowymi stykami i waflem „TOPCon“ (Tunnel Oxide Passivated Contacts) typu N, a obecnie wprowadza na rynek zróżnicowane portfolio modułów TOPCon z ogniwami o długości 182 mm i 210 mm z enkapsulacją za pomocą jednej lub dwóch szklanych warstw oraz w wykonaniu o różnych rozmiarach modułów i mocy wyjściowej, by zaspokoić potrzeby różnych scenariuszy zastosowań.
Krzem typu N to rodzaj materiału półprzewodnikowego, który ma inną charakterystykę domieszkowania niż powszechnie stosowany krzem typu P. Krzem typu N oferuje kilka zalet, w tym mniejszą podatność na degradację spowodowaną światłem (LID, light-induced degradation) i lepsze współczynniki temperaturowe, które oznaczają wyższą wydajność i dłuższą żywotność.
Z kolei technologia TopCon wykorzystuje cieńszą warstwę tlenku krzemu do pasywacji powierzchni ogniwa solarnego, przez co zmniejsza rekombinację nośników i poprawia ogólną wydajność. Technologia ta pomaga osiągać wyższe wartości wydajności przemiany energii poprzez zminimalizowanie jej strat.
Połączenie z waflami z krzemu typu N prowadzi do szacowanej górnej granicy wydajności ogniw TOPCon do 28,7%, która jest wartością wyższa niż w przypadku ogniw PERC z pasywowaną tylną stroną, wynoszącą około 24,5%. Wykonywanie produktów TOPCon jest bardziej kompatybilne z istniejącymi liniami produkcyjnymi ogniw PERC, co prowadzi do lepszego zrównoważenia kosztów produkcji oraz wyższej wydajności modułów. Można się spodziewać, że TOPCon w nadchodzących latach stanie się technologią głównonurtową.
Budowa ogniwa solarnego
Ogniwo fotowoltaiczne składa się w zasadzie z dwóch warstw: warstwy bazowej i warstwy górnej. W domieszkowaniu typu P, jako domieszki stosowane są bor i gal. Każdy z zewnętrznych orbitali tych pierwiastków zawiera trzy elektrony. Pierwiastki te, po włączeniu do sieci krystalicznej krzemu, tworzą „otwory“ w paśmie walencyjnym atomów krzemu. W rezultacie elektrony pasma walencyjnego stają się ruchome, przy czym otwory poruszają się w kierunku przeciwnym do elektronów. Tylko ładunki dodatnie mogą migrować, ponieważ domieszka jest zamocowana w sieci krystalicznej. Półprzewodniki te są określane jako „typu P“ (lub „P-przewodzące“ lub „P-domieszkowane“), ponieważ mają dodatnie otwory.
Ogniwa solarne typu N mają nieco inną budowę w porównaniu do tradycyjnych ogniw solarnych typu P. Główna różnica polega na domieszkowaniu materiału półprzewodnikowego zastosowanego w ogniwie.
Oto ogólny opis budowy ogniwa solarnego typu N:
- Substrat: Ogniwo solarne zaczyna się od substratu, którym jest zazwyczaj cienki wafel wykonany z monokrystalicznego lub polikrystalicznego krzemu o wysokiej czystości.
- Domieszka typu N: Przednia część podłoża jest domieszkowana domieszką typu N, jak np fosfor. Ten etap wprowadza nadmiar elektronów do sieci krystalicznej krzemu, tworząc nadmiar nośników ładunku ujemnego.
- Przeciwodblaskowe wykończenie powierzchni: Na przednią powierzchnię ogniwa nakładana jest cienka warstwa powłoki przeciwodblaskowej, jak np azotek krzemu (SiNx). Takie wykończenie powierzchni zmniejsza straty spowodowane odbiciem i zwiększa absorpcję światła.
- Przednie styki metalowe: Styki metalowe są zwykle wykonane z pasty srebrnej lub srebrno-aluminiowej i są nakładane na powierzchnię przednią w celu zebrania elektronów generowanych podczas padania promieni słonecznych na ogniwo. Styki te są ułożone w siatkę, w celu maksymalizacji powierzchni zbierania.
- Warstwa pasywacyjna: Warstwa pasywacyjna jest nakładana na powierzchnię przednią. Jej zadaniem jest zmniejszanie rekombinacji nośników ładunku. Warstwa ta jest zwykle wykonana z tlenku krzemu (SiOx) lub połączenia tlenku krzemu i azotku krzemu.
- Tylne styki metalowe: Na tylnej stronie ogniwa nałożony jest styk metalowy, w celu przechwytywania nośników ładunku dodatniego (otworów) wytwarzanych podczas pracy ogniwa solarnego. Ten tylny styk może być w pełni tworzony przez warstwę aluminiową lub w wykonaniu z wzorem.
- Pole powierzchni tylnej: Aby jeszcze bardziej zwiększyć wydajność ogniwa, można zastosować dodatkową warstwę określaną jako pole powierzchni tylnej (BSF, back surface field). Warstwa ta, zazwyczaj wykonana z mocno domieszkowanego krzemu, pomaga stworzyć gradient w polu elektrycznym, ułatwiający skuteczne zbieranie nośników ładunku.
Należy sobie jednak uświadomić, że rzeczywiste szczegóły budowy i konkretne wykonania ogniw mogą się różnić w zależności od poszczególnych producentów. Powyższy opis stanowi ogólny zarys procesu projektowania ogniw solarnych typu N.
Struktura ogniw fotowoltaicznych typu N TopCon i Heterojunction
Struktura jest kompatybilna w przypadku wafli typu P, a także typu N i można ją teoretycznie zastosować do dowolnej strony wafla. Jednakże, gdy domieszkowany polikryształ użyty jest na przedniej stronie, prowadzi to do większych strat absorpcji, ponieważ pasmo zakazane krzemu polikrystalicznego jest podobne do pasma krzemu krystalicznego. Istnieją wprawdzie sposoby na wyeliminowanie strat spowodowanych niepożądaną absorpcją, nie nadają się jednak jeszcze do masowej produkcji, ponieważ wymagają skomplikowanych procedur tworzenia maski i wytrawiania. Dzięki temu termin „pasywowane styki“ stosowany jest w branży przede wszystkim w odniesieniu do wykonania technicznego strony tylnej.
Znaczna część branży nadal wykorzystuje pasywowane styki na tylnej stronie wafli typu N, choć badacze pracują też nad ogniwami typu P z pasywowanymi stykami. Jedną z takich instytucji badawczych jest niemiecki instytut badań solarnych ISFH, który niedawno opublikował swoją metodę.
Heterozłączowe ogniwa solarne łączą w jednym ogniwie dwie różne technologie: ogniwo z krzemu krystalicznego w strukturze sandwich pomiędzy dwiema warstwami krzemu amorficznego w postaci „cienkiej warstwy“. Taki układ umożliwia łatwe osiągnięcie zwiększenia wydajności paneli i uzyskanie większej ilości energii w porównaniu do konwencjonalnych paneli solarnych. Najpowszechniejszym typem panelu solarnego jest panel wykonany z krzemu krystalicznego – z monokrystalicznego lub polikrystalicznego. Krzem amorficzny to krzem w postaci cienkiej warstwy i, w przeciwieństwie do krzemu krystalicznego nie ma regularnej struktury krystalicznej. Zamiast tego atomy ułożone są losowo. W rezultacie produkcja tego typu ogniwa solarnego jest mniej kosztowna.
Dwiema ważnymi zaletami są zatem niższe koszty i elastyczność dotycząca rodzaju materiału, na którym można osadzić krzem amorficzny. W heterozłączowym ogniwie solarnym, konwencjonalny wafel krzemu krystalicznego ma krzem amorficzny umieszczony na jego powierzchni przedniej i tylnej. Rezultatem jest para cienkich warstw solarnych pochłaniająca kolejne fotony, które w przeciwnym razie nie zostałyby przechwycone przez centralnie umieszczony wafel krzemu krystalicznego. Koncepcja produkcji HJT została opracowana przez spółkę SANYO Electric w latach 80-tych XX wieku (SANYO stało się częścią spółki Panasonic w 2009 roku). SANYO było pierwszą spółką, która komercyjnie produkowała ogniwa solarne oparte na krzemie amorficznym. Heterozłączowa technologia solarna wykorzystuje zalety tej koncepcji i buduje panel solarny z trzech różnych warstw materiału fotowoltaicznego.
Warstwa górna i dolna wykonane są z amorficznych ogniw solarnych w postaci cienkiej warstwy, natomiast warstwa środkowa jest krystalicznym ogniwem solarnym. Cienka warstwa krzemu na górze przechwytuje pewną część światła słonecznego, zanim trafi ono do warstwy krystalicznej, a także pochłania część światła słonecznego, odbijającą się od warstw dolnych. Jest bardzo cienka, tak więc większość światła słonecznego przechodzi bezpośrednio, a światło słoneczne, przechodzące przez środkową część, tj. warstwę krystaliczną, pochłaniane jest przez cienką warstwę amorficzną pod nią. Konstruując panel w formie sandwich z trzech różnych warstw fotowoltaicznych, tzw. heterozłączowe ogniwo słoneczne, można osiągać wydajność na poziomie 21% lub więcej. Jest to wartość porównywalna do paneli, które do osiągnięcia wysokiej wydajności wykorzystują inne technologie.
Porównanie modułów PERC, TopCon i Heterojunction
Dostępność nowych modułów TopCon w Solarity
Solarity posiada wystarczającą liczbę modułów Topcon N w magazynie. Obecnie Solarity jest w stanie dostarczyć na rynek dwustronne moduły TopCon o mocy 565 W, ponieważ jest to najbardziej poszukiwany na rynku produkt w tej klasie mocy. Solarity wprowadzi wkrótce również moduły TopCon o wyższej klasie mocy dla projektów C&I, zarówno typu zwykłego, jak i dwustronne. Klasa mocy będzie wynosić 656 W i więcej, ponieważ Canadian Solar dostarczy moduły o mocy do 690 W.
Autor: Ahmad Al Azzam, Technical Support Jordan
Posty, które mogą Cię zainteresować:
- Bateryjne systemy magazynowania energii (BESS) i ich zalety
- Dogłębna analiza inwerterów z systemami magazynowania energii (ESS) 5 najczęściej sprzedawanych marek
- Porównanie rozwiązań K2 i Aerocompact do płaskich dachów
- Komercyjny system magazynowania energii z układem zasilania rezerwowego
- Moduły fotowoltaiczne TopCon typu N spółki Canadian Solar
Zapisz się do naszego newslettera
aby nie przegapić żadnej nowości!
