PERC vs TOPCon vs HJT vs BC: perché le celle solari differiscono così tanto in prezzo ed efficienza
La domanda centrale di questo numero
Da P-type a N-type, da PERC a TOPCon, HJT e BC, cosa significano effettivamente queste lettere? Quali diversi problemi stanno risolvendo e cosa dovrebbero considerare i professionisti della supply chain nella loro scelta?
Il fornitore A dice: "Il nostro modulo TOPCon raggiunge un'efficienza del 22,5%, un punto in più rispetto a PERC." Il fornitore B dice: "Il nostro modulo HJT ha un coefficiente di temperatura migliore e genera più energia in condizioni calde." Il fornitore C dice: "Il nostro modulo BC non ha griglie sulla parte anteriore, ha un aspetto più pulito ed è adatto per progetti distribuiti."
Quindi come dovreste confrontarli? Se guardate solo al prezzo e all'efficienza nominale, perderete le cose che contano davvero:
Diverse rotte tecnologiche hanno diverse rese di produzione di massa, il che influisce sulla stabilità delle consegne.
Il consumo di pasta d'argento differisce (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 sulle attrezzature, sulle soglie di investimento e sul panorama complessivo dei fornitori.
Questo numero ti aiuta a costruire un quadro completo per confrontare le rotte tecnologiche.
Capirlo in una frase
PERC è il picco della tecnologia P-type (passivazione posteriore), TOPCon è la rotta di produzione di massa N-type mainstream (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 diverse angolazioni: ridurre le perdite di efficienza.
Una semplice analogia
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 di 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 ristruttura 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: percorsi diversi riparano piani diversi, ma il costo e la difficoltà di riparazione di ogni piano variano. La scelta non è solo un numero di efficienza, ma un compromesso su "dove investire, quanta perdita si può risparmiare e a quale prezzo."
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, alcune BC |
Tendenza: il tipo N sta sostituendo il tipo P come mainstream, perché la durata dei portatori minoritari dei wafer di tipo N è maggiore (gli elettroni vivono "più a lungo") e, combinata con una passivazione più avanzata, può raggiungere un'efficienza più elevata.
PERC: aggiunta di una pellicola protettiva sul retro
PERC sta per Passivated Emitter and Rear Cell. 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 protettivo di SiNx (nitruro di silicio) per aumentare la riflessione posteriore, rimbalzando i fotoni non assorbiti per una seconda possibilità di assorbimento.
Principali perdite affrontate: ricombinazione posteriore più perdita per trasmissione posteriore.
Caratteristiche della catena di fornitura: tecnologia più matura, catena di fornitura più completa, costo più basso, ma un tetto di efficienza intorno al 23,5%. È la base installata più ampia, con i ricambi e la sostituzione più facili.
TOPCon: un gate a contatto di precisione
TOPCon sta per Tunnel Oxide Passivated Contact. La struttura chiave: sul retro di un wafer di tipo N, viene realizzato uno strato di ossido molto sottile (SiO2, circa 1-2 nm), quindi coperto con uno strato di polisilicio drogato.
Lo strato di ossido agisce come un gate, bloccando i portatori minoritari (lacune) dalla ricombinazione mentre permette ai portatori maggioritari (elettroni) di attraversare 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 catena di fornitura: 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 un wafer
HJT sta per Heterojunction Technology. Struttura: su entrambi i lati di un wafer cristallino di tipo N, viene depositato uno strato di silicio amorfo intrinseco (i-a-Si:H) come passivazione, quindi coperto con uno strato di silicio amorfo drogato e infine un ossido conduttivo trasparente (TCO).
"Hetero" significa che il silicio cristallino e il silicio amorfo sono due diversi materiali semiconduttori.
I due strati di i-a-Si:H forniscono un'eccellente passivazione superficiale.
L'intero processo viene completato a bassa temperatura (<200°C, mentre PERC/TOPCon necessitano di 800°C+).
Principali perdite affrontate: ricombinazione superficiale più perdita di temperatura (coefficiente di temperatura più basso, migliori prestazioni in condizioni di calore).
Caratteristiche della supply-chain: alta efficienza e buon comportamento termico, ma grandi investimenti in attrezzature, elevato consumo di pasta d'argento e necessità di target (ITO per il TCO). Il processo a bassa temperatura lo rende incompatibile con le linee ad alta temperatura esistenti e richiede nuova capacità produttiva.
BC / IBC: spostamento degli elettrodi sul retro
BC sta per Back Contact e IBC per Interdigitated Back Contact. La parte anteriore 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 la parte anteriore completamente non ombreggiata.
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: ombreggiamento dell'elettrodo anteriore.
Caratteristiche della supply-chain: fronte pulito (senza linee metalliche) 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/riflettono | Riflessione posteriore migliorata | Stesso | Stesso | Nessun ombreggiamento anteriore |
| 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 | Difetti superficiali intrappolano i portatori | Passivazione anteriore | Anteriore + posteriore | Eccellente passivazione bifacciale | 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 ombreggiamento | Ombreggiamento dell'elettrodo anteriore | 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 al boro, portatori maggioritari lacune, degrado LID più evidente, tecnologia rappresentativa PERC. Colonna destra (toni verdi): wafer N-type, drogaggio al fosforo, portatori maggioritari elettroni, vita dei portatori minoritari più alta, tecnologie rappresentative TOPCon/HJT/BC. La differenza fondamentale tra P-type e N-type risiede nell'elemento drogante e nel tipo di portatore maggioritario; l'N-type può raggiungere efficienze più elevate grazie alla maggiore vita dei portatori combinata con una passivazione avanzata.
Figura 2: Confronto sezione trasversale 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 rosso tratteggiato. PERC e TOPCon hanno la giunzione PN sul fronte, HJT ha eterogiunzioni su entrambi i lati, e BC ha la giunzione PN interamente sul retro. Lettura della supply chain: più strati significano più fasi di processo e 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 contemporaneamente. Lettura della supply chain: quando si confronta il divario di efficienza tra due tecnologie, chiedere chiaramente da quale strato di perdita proviene la differenza, perché questo determina se il divario è reale o solo un risultato di laboratorio, e se si mantiene 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 posteriore con emettitore passivato | 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 | Cella di tipo N che utilizza un ossido tunnel per ridurre la ricombinazione dei contatti | Attuale via principale N-type, monitorare resa e pasta d'argento |
| HJT | Tecnologia eterogiunzione | Eterogiunzione silicio cristallino-amorfo con passivazione bifacciale | Alto potenziale di efficienza, grande investimento in attrezzature, monitorare uso d'argento e target |
| BC/IBC | Contatto posteriore / Contatto posteriore interdigitato | Elettrodi spostati interamente sul retro per eliminare l'ombreggiamento | Processo complesso, sfida di resa, vincoli di brevetto |
| Passivazione | Passivazione | Copertura della superficie di silicio con uno strato di materiale per ridurre difetti e ricombinazione | La qualità della passivazione determina degradazione e durata |
| Pasta d'argento | Pasta d'argento | Pasta contenente argento usata per creare linee di griglia conduttive degli elettrodi | Il prezzo dell'argento influisce sul costo della cella, l'uso d'argento in HJT è un punto focale |
| LID | Degradazione indotta dalla luce | La luce causa 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 anche il tipo N può subire | Un punto di attenzione sulla 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 da 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 grande investimento in attrezzature, alto consumo di pasta d'argento (circa il doppio di TOPCon) e necessità di target. Ciascuna ha i propri scenari applicativi e gruppi di clienti.
Falso mito 3: La tecnologia con la massima efficienza deve essere la migliore. Comprensione corretta: bisogna considerare il costo totale, inclusi la resa produttiva di massa, il costo dei materiali (soprattutto argento e target), il degrado, il coefficiente di temperatura, la risposta in condizioni di scarsa illuminazione e la stabilità dell'approvvigionamento. L'efficienza nominale è solo una dimensione della valutazione tecnica.
Falso mito 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 per 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 focali della catena di approvvigionamento
Scegliere una rotta tecnologica equivale a scegliere la stabilità dell'approvvigionamento per i prossimi 5-10 anni.
Capacità e approvvigionamento: PERC ha la capacità maggiore 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 degradano meno di quelli P-type, ma le prestazioni LeTID variano tra i produttori. Nelle negoziazioni di garanzia, ottenere la curva di degrado specifica.
Abbinamento dei pezzi di ricambio: i moduli di sostituzione devono corrispondere alla rotta tecnologica originale e ai parametri del lotto. Collegare in serie moduli con diversi progetti di giunzione PN causa perdite di disadattamento.
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 odierni, ma una previsione della stabilità dell'approvvigionamento e della disponibilità di pezzi di ricambio per i 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".
Riassunto 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 bilanciamento 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 corsa per un singolo numero di efficienza, ma quattro diverse patch sulla mappa delle perdite di efficienza, e la scelta intelligente è quella che bilancia maturità, costo, efficienza e sicurezza di approvvigionamento a lungo termine.
