PERC vs TOPCon vs HJT vs BC: perché le celle solari differiscono così
Indice
Risposta rapida: PERC, TOPCon, HJT e BC differiscono principalmente per ciò che accade sulla superficie della cella e sul contatto posteriore, non nel wafer di silicio sottostante. PERC passiva il retro di una cella di tipo p e apre contatti locali attraverso di esso. TOPCon colloca un ossido tunnel ultra-sottile, circa 2 nm, sotto uno strato di polisilicio drogato in modo che i portatori passino per effetto tunnel attraverso una superficie passivata, il che aumenta la tensione a circuito aperto. HJT deposita strati sottili di silicio amorfo su entrambe le facce e utilizza temperature di processo più basse. BC sposta entrambi i contatti sul retro, eliminando completamente l'ombreggiamento della barra collettrice frontale. La conseguenza per un produttore è che ciascuna via implica un diverso insieme di fasi di processo aggiuntive e un diverso livello di compatibilità con le linee esistenti — TOPCon necessita principalmente di diffusione e deposizione aggiuntive, mentre HJT sostituisce l'intera sequenza termica. Questa differenza di compatibilità di linea spiega perché l'industria si è convergita nel modo in cui ha fatto.
Produzione di moduli fotovoltaici · di Jerry, Ooitech
La domanda centrale di questo numero
Da P-type a N-type, da PERC a TOPCon, HJT e BC, cosa significano realmente queste lettere? Quali diversi problemi risolvono e a cosa dovrebbero guardare i professionisti della supply chain quando li selezionano?
Il fornitore A dice: "Il nostro modulo TOPCon raggiunge un'efficienza del 22,5%, un punto in più rispetto al PERC." Il fornitore B dice: "Il nostro modulo HJT ha un coefficiente di temperatura migliore e genera più energia in condizioni di caldo." Il fornitore C dice: "Il nostro modulo BC non ha linee di griglia sul fronte, ha un aspetto più pulito ed è adatto a progetti distribuiti."
Quindi come dovresti confrontarli? Se guardi solo al prezzo e all'efficienza nominale, ti perderai le cose che contano davvero:
Diverse rotte tecnologiche hanno rese di produzione di massa diverse, il che influisce sulla stabilità delle consegne.
Il consumo di pasta d'argento varia (HJT è più alto), il che influisce sulle tendenze dei costi e sul rischio di approvvigionamento.
I meccanismi di degrado differiscono (P-type ha LID, N-type ha LeTID), il che influisce sulle richieste di garanzia.
Le temperature di processo differiscono (HJT è un processo a bassa temperatura), il che influisce su attrezzature, soglie di investimento e sul panorama complessivo dei fornitori.
Questo numero ti aiuta a costruire un framework completo per confrontare le rotte tecnologiche.
Capirlo in una frase
PERC è il picco della tecnologia P-type (passivazione posteriore), TOPCon è la rotta mainstream di produzione di massa N-type (passivazione a contatto), HJT è la rotta ad alte prestazioni a bassa temperatura (passivazione dell'interfaccia eterogiunzione), e BC sposta gli elettrodi sul retro come soluzione estetica. Risolvono lo stesso problema da angolazioni diverse: ridurre le perdite di efficienza.
Un'analogia semplice
La perdita di efficienza delle celle solari è come una casa a cinque piani che perde acqua a ogni piano:
Perdita al primo piano (perdita di assorbimento): la luce passa attraverso senza essere assorbita.
Perdita al secondo piano (perdita di termalizzazione): l'energia in eccesso dei fotoni ad alta energia si trasforma in calore.
Perdita al terzo piano (perdita di ricombinazione): elettroni e lacune si ricombinano prima di essere separati.
Perdita al quarto piano (perdita di resistenza): la corrente incontra resistenza nella cella e negli elettrodi e si trasforma in calore.
Perdita al quinto piano (perdita per ombreggiamento): gli elettrodi frontali bloccano parte della luce solare.
PERC ripara principalmente il terzo piano (ricombinazione posteriore). TOPCon ripara principalmente la parte di contatto del terzo piano (ricombinazione di contatto). HJT rinnova quasi completamente il terzo piano (passivazione dell'interfaccia). BC ripara principalmente il quinto piano (spostando gli elettrodi sul retro per eliminare l'ombreggiamento).
Nota sulla catena di fornitura: diversi percorsi riparano diversi piani, ma il costo e la difficoltà di riparare ogni piano variano. Ciò che scegli non è solo un numero di efficienza, ma un compromesso su "dove investire, quanta perdita puoi risparmiare e quale prezzo paghi."
Principi Professionali
Tipo P vs Tipo N: la scelta del substrato
| Articolo | Wafer di tipo P | Wafer di tipo N |
|---|---|---|
| Drogaggio | Boro | Fosforo |
| Portatore maggioritario | Lacune | Elettroni |
| Degrado LID | Più evidente (ricombinazione boro-ossigeno) | Inferiore |
| Sensibilità alle impurità | Maggiore | Inferiore (maggiore durata dei portatori minoritari) |
| Tecnologia rappresentativa | PERC | TOPCon, HJT, alcuni BC |
Tendenza: il tipo N sta sostituendo il tipo P come mainstream, perché la durata dei portatori minoritari dei wafer di tipo N è più alta (gli elettroni vivono "più a lungo"), e combinata con una passivazione più avanzata può raggiungere efficienze più elevate.
PERC: aggiunta di una pellicola protettiva sul retro
PERC sta per Cella Posteriore Passivata con Emettitore. Sul retro di una cella tradizionale di tipo P aggiunge:
Uno strato di passivazione in Al2O3 (ossido di alluminio) per ridurre la ricombinazione posteriore.
Uno strato di protezione SiNx (nitruro di silicio) per aumentare la riflessione posteriore, rimbalzando i fotoni non assorbiti per dare loro una seconda possibilità di assorbimento.
Principali perdite affrontate: ricombinazione posteriore più perdita di trasmissione posteriore.
Caratteristiche della filiera: tecnologia più matura, filiera più completa, costo più basso, ma un tetto di efficienza intorno al 23,5%. È la base installata più ampia, con la più facile disponibilità di ricambi e sostituzioni.
TOPCon: un contatto a gate di precisione
TOPCon sta per Tunnel Oxide Passivated Contact. La struttura chiave: sul retro di una wafer di tipo N, viene creato uno strato di ossido molto sottile (SiO2, circa 1-2 nm), poi coperto con uno strato di polisilicio drogato.
Lo strato di ossido agisce come un gate, bloccando i portatori minoritari (lacune) dalla ricombinazione mentre consente ai portatori maggioritari (elettroni) di passare per effetto tunnel (questo è il "tunneling").
Lo strato di polisilicio drogato fornisce un buon contatto elettrico e riduce la resistenza di contatto.
Principali perdite affrontate: ricombinazione nella regione di contatto metallico più resistenza di contatto.
Caratteristiche della filiera: altamente compatibile con le linee PERC (aggiornabile) e attualmente la principale via di produzione di massa di tipo N. Attenzione al consumo di pasta d'argento, alla resa del processo dello strato di ossido e ai dati di degrado.
HJT: due strati protettivi che racchiudono una wafer
HJT sta per Heterojunction Technology. Struttura: su entrambi i lati di una wafer cristallina di tipo N, viene depositato uno strato di silicio amorfo intrinseco (i-a-Si:H) come passivazione, poi coperto con uno strato di silicio amorfo drogato, e infine un ossido conduttivo trasparente (TCO).
"Etero" significa che il silicio cristallino e il silicio amorfo sono due diversi materiali semiconduttori.
I due strati i-a-Si:H forniscono un'eccellente passivazione superficiale.
L'intero processo viene completato a bassa temperatura (<200°C, mentre PERC/TOPCon richiedono 800°C+).
Principali perdite affrontate: ricombinazione superficiale più perdita di temperatura (coefficiente di temperatura più basso, migliori prestazioni al caldo).
Caratteristiche della filiera: alta efficienza e buon comportamento termico, ma grande investimento in attrezzature, alto consumo di pasta d'argento e necessità di target (ITO per il TCO). Il processo a bassa temperatura significa che è incompatibile con le linee ad alta temperatura esistenti e richiede nuova capacità.
BC / IBC: spostare gli elettrodi sul retro
BC sta per Back Contact, e IBC per Interdigitated Back Contact. Il fronte di una cella tradizionale ha linee metalliche (elettrodi) che bloccano circa il 5%-7% della luce solare. La tecnologia BC posiziona tutti gli elettrodi positivi e negativi sul retro, lasciando il fronte completamente senza ombre.
Come funziona: le regioni P+ e N+ sono disposte alternativamente sul retro per formare giunzioni PN locali, con elettrodi positivi e negativi interdigitati.
Principali perdite affrontate: ombreggiatura dell'elettrodo frontale.
Caratteristiche della catena di approvvigionamento: fronte pulito (senza linee) e alta efficienza, ma processo complesso, grandi sfide di resa e molte barriere brevettuali. Si adatta al mercato distribuito di fascia alta.
Panoramica della mappa delle perdite di efficienza
| Tipo di perdita | Principio | PERC | TOPCon | HJT | BC |
|---|---|---|---|---|---|
| Perdita di assorbimento | I fotoni passano attraverso/riflettono | Riflessione posteriore migliorata | Stesso | Stesso | Nessuna ombreggiatura frontale |
| Perdita di termalizzazione | L'energia in eccesso dei fotoni ad alta energia diventa calore | Uguale (legato al bandgap, difficile da cambiare per via) | Stesso | Stesso | Stesso |
| Ricombinazione superficiale | I difetti superficiali intrappolano i portatori | Passivazione frontale | Fronte + retro | Eccellente passivazione a doppia faccia | Dipende dal substrato |
| Ricombinazione di contatto | Ricombinazione al contatto metallico | — | Ossido tunnel | Isolamento in silicio amorfo | Dipende dal design |
| Perdita di resistenza | Riscaldamento del percorso di corrente | Standard | Inferiore (contatto in polisilicio) | Dipende dalla qualità del TCO | Percorso posteriore più lungo |
| Perdita di ombreggiatura | Ombreggiatura dell'elettrodo frontale | Sì | Sì | Sì | Quasi nessuna |
| Perdita di temperatura | Calo di efficienza ad alta temperatura | Media | Migliore | Migliore | Migliore |
Guida illustrativa
Figura 1: Confronto P-type vs N-type
Colonna sinistra (toni blu): wafer P-type, drogaggio con boro, portatori di carica maggioritari sono le lacune, degrado LID più evidente, tecnologia rappresentativa PERC. Colonna destra (toni verdi): wafer N-type, drogaggio con fosforo, portatori di carica maggioritari sono gli elettroni, maggiore durata dei portatori minoritari, tecnologie rappresentative TOPCon/HJT/BC. La differenza fondamentale tra P-type e N-type risiede nell'elemento drogante e nel tipo di portatore maggioritario, e l'N-type può raggiungere efficienze più elevate grazie alla maggiore durata dei portatori combinata con una passivazione avanzata.
Figura 2: Confronto delle sezioni trasversali PERC / TOPCon / HJT / BC
Quattro colonne, ciascuna mostra la sezione trasversale verticale di una cella, con la posizione della giunzione PN contrassegnata da un cerchio tratteggiato rosso. PERC e TOPCon hanno la loro giunzione PN sul fronte, HJT ha eterogiunzioni su entrambi i lati, e BC ha la sua giunzione PN interamente sul retro. Lettura della supply chain: più strati significano più passaggi di processo, quindi maggiori sfide di resa. HJT ha il minor numero di strati ma utilizza film sottili a bassa temperatura, TOPCon ha un numero moderato di strati più vicino alle linee esistenti, e BC ha la struttura posteriore più complessa.
Figura 3: Mappa delle perdite di efficienza solare
La battaglia delle rotte tecnologiche riguarda principalmente il miglioramento delle perdite nel secondo e terzo anello. Nessuna singola tecnologia può risolvere perfettamente tutte le perdite in una volta. Lettura della supply chain: quando confronti il divario di efficienza tra due tecnologie, chiedi chiaramente da quale strato di perdita deriva la differenza, perché questo determina se il divario è reale o solo un risultato di laboratorio, e se regge in diverse condizioni come alta temperatura o luce debole.
Termini chiave in questo numero
| Termine | Inglese | Spiegazione in una riga | Perché la supply chain dovrebbe saperlo |
|---|---|---|---|
| PERC | Cella a emettitore passivato e retro | Uno strato di passivazione aggiunto sul retro di una cella P-type per ridurre la ricombinazione | Base installata più ampia, supply chain più matura, sostituzione più semplice |
| TOPCon | Contatto passivato a ossido tunnel | Una cella N-type che utilizza un ossido tunnel per ridurre la ricombinazione di contatto | Attuale rotta N-type mainstream, attenzione alla resa e alla pasta d'argento |
| HJT | Tecnologia a eterogiunzione | Eterogiunzione silicio cristallino-amorfo con passivazione su entrambi i lati | Elevato potenziale di efficienza, grandi investimenti in attrezzature, attenzione all'uso dell'argento e ai target |
| BC/IBC | Contatto posteriore / Contatto posteriore interdigitato | Elettrodi completamente spostati sul retro per eliminare l'ombreggiamento | Processo complesso, sfide di resa, vincoli di brevetto |
| Passivazione | Passivazione | Copertura della superficie del silicio con uno strato di materiale per ridurre difetti e ricombinazione | La qualità della passivazione determina degradazione e durata di vita |
| Pasta d'argento | Pasta d'argento | Pasta contenente argento utilizzata per creare linee di griglia conduttive degli elettrodi | Il prezzo dell'argento influisce sul costo delle celle, l'uso di argento nell'HJT è un punto focale |
| LID | Degradazione indotta dalla luce | La luce provoca un calo di efficienza nei moduli di tipo P | Il LID deve essere considerato nella garanzia dei moduli di tipo P |
| LeTID | Degradazione indotta da luce e temperatura elevata | Degradazione da luce più alta temperatura, che può verificarsi anche nel tipo N | Un punto focale di degradazione per i moduli di tipo N |
Idee sbagliate comuni
Idea sbagliata 1: TOPCon è solo un PERC aggiornato. Comprensione corretta: TOPCon utilizza wafer di tipo N (PERC usa tipo P), e il concetto di design del contatto passivato è completamente diverso dal PERC. Sebbene alcune linee PERC possano essere aggiornate a TOPCon, sono due generazioni di tecnologia.
Idea sbagliata 2: HJT può già sostituire completamente TOPCon. Comprensione corretta: HJT ha alta efficienza e bassa temperatura di processo, ma grandi investimenti in attrezzature, alto consumo di pasta d'argento (circa il doppio di TOPCon) e necessità di target. Ognuno ha i suoi scenari adatti e gruppi di clienti.
Idea sbagliata 3: La tecnologia con la massima efficienza deve essere la migliore. Comprensione corretta: bisogna guardare al costo totale, inclusi resa di produzione di massa, costo dei materiali (soprattutto argento e target), degradazione, coefficiente di temperatura, risposta alla luce debole e stabilità dell'approvvigionamento. L'efficienza nominale è solo una dimensione della valutazione tecnica.
Errore comune 4: Un modulo BC non ha linee di griglia frontali, quindi la sua efficienza deve essere la massima. Comprensione corretta: BC sposta gli elettrodi sul retro, eliminando la perdita di ombreggiatura frontale, ma il processo posteriore è più complesso e il percorso di resistenza posteriore è più lungo. Il vantaggio in efficienza di BC è chiaro in condizioni specifiche, ma non è ottimale in ogni scenario.
Punti chiave della catena di approvvigionamento
Scegliere una rotta tecnologica equivale a scegliere la stabilità dell'approvvigionamento per i prossimi 5-10 anni.
Capacità e fornitura: PERC ha la maggiore capacità ma sta venendo sostituito da TOPCon. Quando si valutano i fornitori, guardare alla loro quota di capacità N-type e ai progressi di ramp-up.
Dipendenza dalla pasta d'argento: l'argento è il secondo costo maggiore in una cella dopo il wafer. Il consumo di argento di HJT è un collo di bottiglia di costo che l'industria osserva (la pasta d'argento a bassa temperatura è più costosa).
Degrado e garanzia: i moduli N-type generalmente si degradano meno di quelli P-type, ma le prestazioni LeTID variano tra i produttori. Nelle negoziazioni di garanzia, ottenere la curva di degrado specifica.
Corrispondenza dei pezzi di ricambio: i moduli di ricambio devono corrispondere alla rotta tecnologica originale e ai parametri del lotto. Collegare in serie moduli con diversi design di giunzione PN causa perdite di disallineamento.
Rischio brevetti: i brevetti della tecnologia BC sono concentrati in poche aziende, quindi la sostituzione nazionale e il mercato dei pezzi di ricambio per la catena di approvvigionamento potrebbero essere limitati.
Nota sulla catena di approvvigionamento: scegliere una rotta tecnologica per i moduli non riguarda solo l'efficienza e il prezzo di oggi, ma una previsione della stabilità dell'approvvigionamento e della disponibilità di pezzi di ricambio nei prossimi 25 anni. TOPCon è attualmente la scelta ad "alta certezza", HJT è la scelta ad "alto potenziale futuro", e BC è la scelta ad "alto valore in scenari specifici".
In una frase
PERC ripara il retro, TOPCon ripara il contatto, HJT ripara l'interfaccia e BC ripara l'ombreggiatura. La logica sottostante alla competizione tra queste quattro tecnologie è il rattoppo di diversi punti sulla mappa delle perdite di efficienza, e la tua decisione di acquisto è un equilibrio multi-obiettivo tra maturità, costo, efficienza e sicurezza dell'approvvigionamento.
Il Punto di Vista di Ooitech
Ooitech crede: PERC, TOPCon, HJT e BC non sono una gara per un singolo numero di efficienza, ma quattro diversi rattoppi sulla mappa delle perdite di efficienza, e la scelta intelligente è quella che bilancia maturità, costo, efficienza e sicurezza dell'approvvigionamento a lungo termine.
