Confronto delle prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione: TOPCon, BC e HJT supportati da dati reali
Indice
Introduzione
La potenza nominale è un valore di targa; la risposta in scarsa illuminazione è la prestazione reale. Nella maggior parte delle regioni del mondo, l'irraggiamento rimane al di sotto di 1000 W/m² per oltre il 90% del tempo. Solo due o tre ore intorno a mezzogiorno solare si avvicinano alle condizioni STC. Alba, tramonto, cielo coperto, pioggia: le celle trascorrono la maggior parte della loro vita lavorativa in condizioni di scarsa illuminazione. Un'elevata efficienza nominale non garantisce un'elevata resa reale. Oggi analizziamo la risposta in scarsa illuminazione: chi vince dal punto di vista fisico, chi si dimostra più forte sul campo e come valutare la qualità di una cella in scarsa illuminazione direttamente sulla linea di produzione.
La fisica della risposta in scarsa illuminazione: chi perde e ricombina meno
Dal circuito equivalente del diodo, la causa principale del calo di efficienza in condizioni di scarsa illuminazione è semplice: la corrente fotogenerata si riduce, ma la corrente di dispersione e la ricombinazione non si riducono proporzionalmente, quindi la loro quota relativa aumenta.
Il fattore più critico: la resistenza di shunt Rsh
In condizioni di scarsa illuminazione, la corrente fotogenerata diminuisce bruscamente, ma la corrente di dispersione rimane pressoché costante (dipende dalla tensione e da Rsh). Una quota maggiore di corrente di dispersione riduce Voc, che a sua volta riduce FF, abbassando l'efficienza.
Maggiore è Rsh (minore è la dispersione), migliore è la risposta in scarsa illuminazione. Questo è il fattore fisico principale.
| Tipo di cella | Caratteristiche Rsh | Prestazioni in scarsa illuminazione |
|---|---|---|
| HJT | Strato di passivazione i-a-Si:H con eccellente isolamento, ricombinazione all'interfaccia estremamente bassa | Migliore |
| TOPCon | Poli positivo e negativo separati su fronte e retro, poche zone di isolamento dei bordi, percorsi di dispersione controllabili | Buona |
| BC | Struttura interdigitata posteriore, molte trincee di isolamento P⁺/N⁺, aumento del rischio di perdita di bordo | Più debole |
Fattore secondario: fattore di idealità n
Il fattore di idealità riflette il meccanismo di ricombinazione: n=1 per corrente di diffusione ideale, n=2 quando domina la ricombinazione nella regione di svuotamento. Più grande è n, maggiore è la perdita per ricombinazione in condizioni di scarsa illuminazione. La struttura a contatto passivato di TOPCon dà n≈1.1-1.2, la giunzione PN interdigitata posteriore di BC ha più canali di ricombinazione all'interfaccia con n≈1.2-1.4, e la passivazione con silicio amorfo di HJT eccelle con n≈1.0-1.1.
La resistenza serie Rs è meno importante qui. La perdita di potenza su Rs è I²R; in condizioni di scarsa illuminazione la corrente è piccola, quindi il suo impatto relativo si riduce.
Perché BC è più debole in condizioni di scarsa illuminazione: un motivo strutturale
BC posiziona entrambi gli elettrodi positivo e negativo sul retro, richiedendo numerose trincee di isolamento tra le regioni P⁺ e N⁺ per ottenere la separazione elettrica. Queste trincee comportano due problemi:
Rischio di perdita di bordo: L'incisione delle trincee può danneggiare il substrato di silicio e formare percorsi di perdita. Una singola superficie posteriore di BC contiene centinaia di trincee di isolamento, ciascuna un potenziale percorso di perdita.
Ricombinazione all'interfaccia: L'area di interfaccia P⁺/N⁺ della struttura interdigitata posteriore cresce, aggiungendo centri di ricombinazione e spingendo il fattore di idealità n più in alto.
Questa è una sfida strutturale intrinseca, non una questione di 'chi ha fatto male.' L'ottimizzazione del processo (controllo della morfologia delle trincee, miglioramento degli strati di passivazione) può aiutare, ma la struttura pone BC in una posizione di svantaggio naturale su questo punto.
Il motivo per cui HJT ha le migliori prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione è l'opposto: lo strato di passivazione intrinseco di silicio amorfo i-a-Si:H offre una passivazione superficiale eccezionale, bassa densità di stati all'interfaccia, la più alta Rsh e il fattore di idealità più piccolo.
Evidenza sul campo: TOPCon supera BC nella resa per watt in condizioni di scarsa illuminazione
I dati sul campo di diversi istituti di test indicano una direzione coerente:
| Istituto di test | Luogo | Scenario | Guadagno TOPCon vs BC in condizioni di scarsa illuminazione |
|---|---|---|---|
| CPVT | Yinchuan, Ningxia | Periodi di scarsa illuminazione mattutini/serali | Coperto +3,89%, soleggiato +2,33% |
| CPVT | Yinchuan, Ningxia | Irraggiamento estremamente basso (0-100 W/m²) | +4.38% |
| TÜV Nord | Kagoshima, Giappone | <400 W/m² | +10.79% |
| TÜV Rheinland | Chengdu | 90% di giorni coperti/piovosi | +2,37%, picco mattutino/serale +7,18% |
| CGC | Hainan | 127 giorni inclusi 76 giorni piovosi | +7.83% |
| State Grid | Zhangbei | 200 W/m² | +2.6% |
In condizioni di scarsa illuminazione, la resa per watt di TOPCon supera quella di BC, e minore è l'irraggiamento, maggiore è il divario.
Ma anche la variazione all'interno della stessa tecnologia è ampia. I test comparativi multi-fornitore del Carbon Search Evaluation Lab mostrano che i prodotti BC perdono dal 2,78% al 6,57% a 200 W/m² di basso irraggiamento, mentre TOPCon varia da dal 2,14% al 4,72%. Il divario tra i "migliori prodotti" delle tre tecnologie è inferiore al divario tra "buoni prodotti vs. prodotti scadenti" all'interno della stessa tecnologia.
Conclusione pratica: nella scelta, il livello di processo di un produttore conta tanto quanto la scelta della tecnologia.
Non Confondere il Coefficiente di Temperatura con la Risposta alla Scarsa Illuminazione
Il coefficiente di temperatura e la risposta alla scarsa illuminazione sono due parametri indipendenti, ma vengono facilmente confusi.
| Parametro | Scenario Rilevante | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| Coefficiente di temperatura | Scenari ad alta temperatura (modulo >50°C) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| Risposta alla scarsa illuminazione | Scenari a basso irraggiamento (<400 W/m²) | Migliore | Buona | Più debole |
In una calda giornata estiva coperta, alta temperatura e scarsa illuminazione si combinano, e HJT è leader in entrambi, amplificando il suo vantaggio. In una fredda giornata invernale coperta, la bassa temperatura riduce l'influenza del coefficiente di temperatura, e la risposta alla scarsa illuminazione prende il sopravvento. Non usare il coefficiente di temperatura per spiegare le prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione, e non dedurre il coefficiente di temperatura dalle prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione: sono due grandezze fisiche distinte.
L'ottimizzazione in condizioni di scarsa illuminazione e la resistenza agli UVID non sono intrinsecamente mutualmente esclusive dal punto di vista fisico. La scarsa illuminazione dipende dai meccanismi di perdita elettrica (Rsh, n), mentre gli UVID dipendono dalla stabilità del materiale (legami chimici dello strato di passivazione, film incapsulante). I due aspetti possono essere migliorati separatamente attraverso un'ottimizzazione indipendente.
Come giudicare la qualità di una cella in condizioni di scarsa illuminazione sulla linea di produzione
L'indicatore più diretto: la resistenza di shunt Rsh.
Nei test I-V, maggiore è la Rsh di una cella, più è probabile che funzioni bene in condizioni di scarsa illuminazione. Se un lotto mostra un'ampia distribuzione di Rsh con un'alta percentuale di celle con Rsh bassa, la resa in condizioni di scarsa illuminazione sarà sicuramente compromessa.
Nota speciale per le linee BC: le celle che mostrano punti luminosi anomali nelle regioni del trench di isolamento nelle immagini EL hanno probabilmente una Rsh bassa. Ciò corrisponde alla "perdita dal bordo del trench" menzionata in precedenza, un problema a cui la struttura è naturalmente soggetta.
Linee TOPCon: Rsh superiore a 1000 Ω·cm² è generalmente normale; sotto 500 richiede un'indagine sull'isolamento dei bordi o sui fori nello strato di passivazione. Le celle con un eccellente comportamento in condizioni di scarsa illuminazione mostrano solitamente Rsh superiore a 3000.
Linee HJT: Rsh è naturalmente alta, e sopra 5000 è comune. Ma una Rsh bassa su una cella HJT di solito significa che qualcosa è andato storto all'interfaccia TCO e a-Si:H.
Riepilogo
Il bilancio fisico della risposta in condizioni di scarsa illuminazione: HJT è il migliore, TOPCon è buono, BC affronta sfide strutturali. Il bilancio sul campo: in condizioni di scarsa illuminazione, la resa per watt di TOPCon supera effettivamente quella di BC, e minore è l'irraggiamento, maggiore è il divario. Ma non giudicare solo dalla tecnologia: il divario tra prodotti buoni e scadenti sulla stessa tecnologia è persino maggiore del divario tra tecnologie.
Fonti dei dati: Test sul campo CPVT Yinchuan (2025), test sul campo TÜV Nord Kagoshima, test sul campo TÜV Rheinland Chengdu, test sul campo CGC Hainan, test sul campo State Grid Zhangbei, test comparativi multi-fornitore del Carbon Search Evaluation Lab (2025).
Il punto di vista di Ooitech: La resa reale in condizioni di scarsa illuminazione, non l'efficienza nominale, è la vera misura di una cella solare, e la resistenza di shunt è il singolo fattore che la determina di più.
