Фотоелектричні модулі TopCon N-типу від компанії Canadian Solar
Canadian Solar була однією з перших компаній, яка впровадила технології фотоелектричних елементів і модулів, які згодом стали основними в галузі, зокрема, такі як двосторонні модулі (ще в 2010 році), модулі з великоформатними пластинами (до 210 мм), а сьогодні — елементи N-типу та високоефективні модулі. З 2019 року компанія CSI Solar розробляє технології з тонким шаром оксиду між металевими контактами і пластиною “TOPCon” (Tunnel Oxide Passivated Contacts — Тунельні оксидні пасивовані контакти) N-типу, а наразі виводить на ринок диверсифіковане портфоліо модулів TOPCon з елементами довжиною 182 мм та 210 мм, інкапсульованими одним або двома шарами скла, та у варіантах з різними розмірами модулів і вихідною потужністю для задоволення потреб різноманітних сценаріїв застосування.
Кремній N-типу — це тип напівпровідникового матеріалу, який має інші легуючі характеристики, ніж широко використовуваний кремній P-типу. Кремній N-типу має низку переваг, зокрема, меншу чутливість до світло-індукованої деградації (LID, light-induced degradation) та кращі температурні коефіцієнти, що означає вищу потужність і більш тривалий термін експлуатації.
На відміну від цього, в технології TopCon застосовано тонший шар оксиду кремнію для пасивації поверхонь сонячних елементів, що дає змогу зменшити рекомбінацію носіїв і підвищити загальну ефективність. Ця технологія допомагає досягати більш високих значень коефіцієнту корисної дії (ККД) перетворення енергії завдяки мінімізації її втрат.
Комбінація з кремнієвими пластинами N-типу призводить до досягнення орієнтовної верхньої межі ККД елементів TOPCon 28,7%, що вище, ніж ККД елементів PERC з пасивованою задньою стороною, який становить приблизно 24,5%. Розробка продуктів TOPCon більш сумісна з наявними виробничими лініями для елементів PERC, що призводить до кращого балансу витрат на виробництво та більш високої ефективності модулів. Очікується, що в найближчі роки TOPCon стане основною технологією.
Конструкція сонячного елементу
Фотоелектричний елемент переважно складається з двох шарів: базового шару і верхнього шару. При легуванні Р-типу в якості допантів (легуючих домішок) застосовуються бор і галій. Кожна з зовнішніх орбіталей цих елементів містить три електрони. Ці елементи, будучи вбудованими в кристалічну решітку кремнію, генерують «дірки» у валентній зоні атомів кремнію. Внаслідок цього електрони валентної зони стають рухливими, при цьому дірки рухаються в напрямку, протилежному до напрямку руху електронів. Мігрувати можуть лише позитивні заряди, оскільки допант (легуюча домішка) закріплений у кристалічній решітці. Ці напівпровідники називаються напівпровідниками “P-типу” (або “з провідністю P-типу” чи “з легуванням P-типу”), оскільки вони мають позитивні дірки.
Сонячні елементи N-типу мають дещо іншу конструкцію порівняно з традиційними сонячними елементами P-типу. Основна відмінність полягає в легуванні напівпровідникового матеріалу, який використовується в елементі.
Нижче наведено загальний огляд конструкції сонячного елементу N-типу:
- Підкладка: Сонячний елемент починається з підкладки, яка зазвичай є тонкою пластиною, виготовленою з монокристалічного або полікристалічного кремнію високої чистоти.
- Допант (легуюча домішка) N-типу: Передня сторона підкладки легована допантом N-типу, наприклад, фосфору. На цьому етапі в кристалічну решітку кремнію вводять надлишкові електрони, отримуючи надлишок носіїв негативного заряду.
- Противідблискове покриття: На передню поверхню елементу нанесено тонкий шар противідблискового покриття, наприклад, нітриду кремнію (SiNx). Така обробка поверхні зменшує втрати, заподіяні відбиттям, та збільшує поглинання світла.
- Передні металеві контакти: Металеві контакти зазвичай виготовляються зі срібної або срібно-алюмінієвої пасти і наносяться на передню поверхню для збирання електронів, що генеруються при потраплянні сонячних променів на елемент. Ці контакти розташовані у вигляді решітки, щоб максимально збільшити площу збирання.
- Пасивований шар: Пасивований шар наноситься на передню поверхню. Його функція полягає у зменшенні рекомбінації носіїв заряду. Цей шар зазвичай виготовляється з оксиду кремнію (SiOx) або є комбінацією оксиду кремнію й нітриду кремнію.
- Задні металеві контакти: На задній бік елементу нанесений металевий контакт для вловлювання носіїв позитивного заряду (дірок), які генеруються під час роботи сонячного елементу. Цей задній контакт може бути утворено суцільним алюмінієвим шаром або може мати візерунчастий дизайн.
- Поле задньої поверхні: Для подальшого підвищення потужності елементу може бути нанесено додатковий шар, який називається полем задньої поверхні (BSF, back surface field). Цей шар, як правило, виготовлений із сильно легованого кремнію, він допомагає створити градієнт електричного поля, що сприяє ефективному збиранню носіїв заряду.
Важливо зазначити, що самі деталі конструкції та конкретні конструкції елементів можуть відрізнятися у різних виробників. Наведений вище опис дає загальне уявлення про процес проєктування сонячних елементів N-типу.
Структура фотоелектричних елементів N-типу TopCon та Heterojunction
Структура сумісна з пластинами як P-типу, так і N-типу та теоретично може бути застосована на будь-якій стороні пластини. Проте якщо легований полікристал використовується на передньому боці, це призводить до більших втрат поглинанням, оскільки полікристалічний кремній має таку ж ширину забороненої зони, як і кристалічний кремній. Хоча існують способи усунення втрат внаслідок небажаного поглинання, вони поки що не підходять для серійного виробництва, оскільки вимагають застосування складних процесів виготовлення маски і травлення. Через це галузевий термін «пасивовані контакти» переважно використовується для позначення технічної конструкції задньої сторони.
Значна частина підприємств галузі також постійно використовує пасивовані контакти на задній стороні пластин N-типу, хоча дослідники паралельно працюють над розробкою елементів P-типу з пасивованими контактами. Однією з таких дослідницьких установ є німецький Інститут дослідження сонячної енергії ISFH, який нещодавно опублікував свій метод.
Гетероперехідні сонячні елементи поєднують дві різні технології в одному елементі: елемент з кристалічного кремнію в сендвіч-структурі між двома шарами аморфного кремнію у вигляді “тонкого шару”. Таке розташування дає змогу легко досягати підвищення ефективності панелей та отримувати більше енергії порівняно зі звичайними сонячними панелями. Найпоширенішим типом сонячної панелі є панель, виготовлена з кристалічного кремнію, причому як з монокристалічного, так і полікристалічного. Аморфний кремній — це кремній у вигляді тонкого шару, який, на відміну від кристалічного кремнію, не має жодної регулярної кристалічної структури. Замість цього атоми розташовані хаотично. Через це виробництво цього типу сонячного елементу є менш витратним.
Таким чином, двома важливими перевагами є нижчі витрати і гнучкість щодо типу матеріалу, на який може бути нанесений аморфний кремній. У гетероперехідному сонячному елементі звичайна пластина з кристалічного кремнію має аморфний кремній, який нанесений на її передню й задню поверхні. В результаті ми маємо пару тонких сонячних шарів, що поглинає додаткові фотони, які інакше не захопила б розташована всередині пластина з кристалічного кремнію. Концепцію виробництва HJT розробила компанія SANYO Electric у 80-х роках 20 століття (SANYO стала частиною компанії Panasonic у 2009 році). SANYO була першою компанією, яка розпочала комерційне виробництво сонячних елементів на основі аморфного кремнію. Гетероперехідна сонячна технологія використовує переваги цієї концепції, за якою сонячна панель будується з трьох різних шарів фотоелектричного матеріалу.
Верхній і нижній шари виготовлені з аморфних сонячних елементів у вигляді тонкої плівки, тоді як середній шар — це кристалічний сонячний елемент. Тонкий шар кремнію зверху вловлює певну частину сонячного світла, перш ніж воно потрапить на кристалічний шар, а також поглинає ту частину сонячного світла, яка відбивається від нижніх шарів. Він дуже тонкий, тому більша частина сонячного світла проходить безпосередньо крізь нього, а сонячне світло, яке проходить крізь середню частину, тобто через кристалічний шар, поглинає тонкий аморфний шар, що знаходиться під ним. Завдяки панелі у вигляді сендвіча з трьох різних фотоелектричних шарів, так званого гетероперехідного сонячного елементу, можна досягти коефіцієнта корисної дії (ККД) 21% і більше. Цю величину можна порівняти з ККД панелей, в яких застосовуються інші технології для досягнення високої потужності.
Порівняння модулів PERC, TopCon та Heterojunction
Доступність нових модулів TopCon у компанії Solarity
Компанія Solarity забезпечує достатню кількість модулів Topcon N-типу, що знаходиться на складі. Наразі компанія Solarity може постачати на ринок двосторонні модулі TopCon потужністю 565 Вт, оскільки цей продукт користується найбільшим попитом на ринку в цьому класі потужності. Незабаром у компанії Solarity з’являться також модулі TopCon з вищим класом потужності для проектів C&I, як звичайного, так і двостороннього типу. Клас потужності становитиме 656 Вт і більше, оскільки компанія Canadian Solar надасть модулі потужністю до 690 Вт.
Aвтор: Ahmad Al Azzam, Technical Support Jordan
Статті, які можуть вас зацікавити:
- Важливість сонячної енергії для Херсонщини: внесок ТОВ «Соларіті Україна»
- Акумуляторні системи зберігання енергії (BESS) та їхні переваги
- Благодійний проєкт Solarity
- Комерційні системи накопичення енергії з можливістю забезпечення автономної роботи
- Фотоелектричні модулі TopCon N-типу від компанії Canadian Solar
Підпишіться на нашу розсилку
щоб не пропустити жодної новини!
