Τι είναι τα ηλιακά κύτταρα TOPCon;

Οι κατασκευαστές φωτοβολταϊκών (PV) μονάδων προσπαθούν πάντα να βρουν νέες, πιο προηγμένες εναλλακτικές λύσεις για την αύξηση της απόδοσης των ηλιακών πάνελ. Βελτιώσεις απόδοσης μπορούν να επιτευχθούν με καινοτόμες τεχνολογίες κατασκευής κυψελών, και τώρα, υπάρχουν μερικές ανταγωνιστικές στην αγορά ηλιακών φωτοβολταϊκών.

Η τελευταία τάση των μονάδων αναμένει ότι η ανάπτυξη της αγοράς θα επικεντρωθεί στα ηλιακά κύτταρα HJT και TOPCon.

Η έκθεση του 2022 από τον Διεθνή Οδικό Χάρτη Τεχνολογίας για τα Φωτοβολταϊκά (ITRPV) δείχνει ορισμένες αναμενόμενες τάσεις για τα επόμενα 10 χρόνια:

♦ ΠΕΡΚΗ τεχνολογία ηλιακών κυψελών (Passivated Emitter Rear Contact) είναι επί του παρόντος ο ηγέτης της αγοράς με μερίδιο αγοράς περίπου 75%. Αλλά η πρόβλεψη είναι ότι το μερίδιο των κυψελών mono-Si PERC τύπου p θα μειωθεί σε περίπου 10% μέσα στα επόμενα 10 χρόνια.

♦ TOPCon τύπου NΗ τεχνολογία (Tunnel Oxide Passivated Contact) θα κερδίσει μερίδιο αγοράς από περίπου 10% το 2022 σε 60% το 2033, καθιστώντας τον κύριο τύπο γκοφρέτας πυριτίου. Προβλέπεται ότι η μεγαλύτερη αύξηση θα συμβεί από το 2024.

♦ HJT τύπου N(Ηλιακά κύτταρα Heterojunction) αναμένεται να αυξηθεί από περίπου 9% (2023) σε πάνω από 25% μερίδιο μέσα στα επόμενα δέκα χρόνια. Η εφαρμογή της τεχνολογίας κυψελών HJT εξακολουθεί να αντιμετωπίζει δυσκολίες λόγω του υψηλότερου κόστους παραγωγής για ηλιακά κύτταρα και της ασύμβατης γραμμής παραγωγής με τις τρέχουσες τεχνολογίες. Αυτή η διαδικασία δεν θα καλύπτεται σε αυτό το άρθρο.

PERC τύπου P έναντι TopCon τύπου N

Η τεχνολογία PERC είναι ένας οικονομικός συμβιβασμός μεταξύ της αποδοτικότητας και της μαζικής παραγωγής. Αλλά η αύξηση της απόδοσης των ηλιακών πάνελ χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο συμβαίνει με αργό ρυθμό. Οι σημερινές κύριες μονάδες τύπου P φτάνουν σε απόδοση περίπου 21,4%, η οποία θα αυξηθεί στο 22,75% μέσα στα επόμενα 10 χρόνια.

Ένα ηλιακό στοιχείο TOPCon τύπου N που είναι εγκατεστημένο σε μια φωτοβολταϊκή μονάδα μοιάζει πανομοιότυπο με ένα στοιχείο PERC. Τα ηλιακά κύτταρα τύπου P και τύπου N κατασκευάζονται και τα δύο από γκοφρέτα πυριτίου. Η διαφορά μεταξύ τους έγκειται στον τρόπο με τον οποίο οι γκοφρέτες είναι ντοπαρισμένες με χημικά για τη βελτίωση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Με λίγα λόγια, τα κύτταρα τύπου Ρ είναι ντοπαρισμένα με βόριο, ενώ τα κύτταρα τύπου Ν με φώσφορο. Συγκριτικά, ο φώσφορος αποικοδομείται λιγότερο από το βόριο όταν εκτίθεται στο οξυγόνο. Επιπλέον, το ντόπινγκ φωσφόρου προσθέτει ελεύθερα ηλεκτρόνια στη γκοφρέτα, γεγονός που αυξάνει την απόδοση.

Έτσι, οι μονάδες που βασίζονται σε N-τύπου μπορούν να επιτύχουν υψηλότερη απόδοση. Οι σημερινές αποδόσεις κοντά στο 22,5% θα αυξηθούν έως και 24% μέσα στα επόμενα 10 χρόνια σύμφωνα με εκτιμήσεις.

Το πρόβλημα με τη διαδικασία κατασκευής τύπου Ν είναι ότι είναι ακόμα πιο ακριβή.

Πλεονεκτήματα της τεχνολογίας TOPCon;

1- Διαδικασία παραγωγής

Οι μονάδες TOPCon μπορούν να κατασκευαστούν με σχεδόν τις ίδιες μηχανές με τις μονάδες τύπου P, πράγμα που σημαίνει ότι η χρήση κυψελών TOPCon δεν απαιτεί υψηλές επενδύσεις κεφαλαίου για τους κατασκευαστές.

2- Υψηλότερη απόδοση

Σύμφωνα με το ινστιτούτο Fraunhofer ISE, η απόδοση μπορεί να υπερβεί το 25%. Η μέγιστη θεωρητική απόδοση κυψελών PERC είναι περίπου 24%.

3- Χαμηλότερη υποβάθμιση

Οι μονάδες TOPCon έχουν χαμηλότερη ισχύ υποβάθμισης ισχύος κατά το 1ο έτος και κατά τη διάρκεια των 30 ετών χρήσης των φωτοβολταϊκών πάνελ, σε σύγκριση με τα πάνελ PERC.

4- Χαμηλότερος συντελεστής θερμοκρασίας

Οι κυψέλες TOPCon έχουν καλύτερη αντίσταση σε ακραία καιρικά σενάρια.

5- Ποσοστό διπροσωπικότητας

Ο συντελεστής διπλής όψης για τις φωτοβολταϊκές μονάδες PERC έχει προσδιοριστεί κατά μέσο όρο ότι είναι περίπου 70% σε σύγκριση με έως και 85% για τα πάνελ TOPCon. Συλλέγουν περισσότερη ενέργεια από την πίσω πλευρά σε σύγκριση με τις διπρόσωπες μονάδες PERC, κάτι που είναι ευνοϊκό για έργα κοινής ωφέλειας στο έδαφος. Αισθητικά, μπορούν επίσης να είναι πιο ελκυστικά από τα ηλιακά πάνελ PERC.

6- Απόδοση σε χαμηλό φωτισμό

Οι μονάδες TOPcon έχουν υψηλότερη απόδοση σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, γεγονός που παρατείνει την περίοδο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας και βελτιώνει την απόδοση της εγκατάστασης με την πάροδο του χρόνου.

Μειονεκτήματα της τεχνολογίας TOPCon;

Ένα από τα κύρια ζητήματα των κυττάρων TOPCon σε σύγκριση με τα κύτταρα PERC είναι ότι απαιτούν μεγαλύτερη ποσότητα αργύρου (Ag) για παραγωγή.

Τόσο το TOPCon όσο και το PERC χρησιμοποιούν ασημένια πάστα κατά την παραγωγή. Ωστόσο, το TOPCon χρησιμοποιεί ασημένια πάστα και στις δύο πλευρές των κελιών. Αυτό σημαίνει ότι το κόστος δεν θα είναι ποτέ χαμηλότερο από αυτό του PERC.

Οι νέες διαδικασίες παραγωγής μπορεί να είναι αποτελεσματικές για τη μείωση της απαιτούμενης ποσότητας αργύρου, παρέχοντας παράλληλα παρόμοια ή υψηλότερη απόδοση. Το χαμηλότερο κόστος, σε αντάλλαγμα, θα επιτρέψει σε αυτήν την τεχνολογία να κυκλοφορήσει στην αγορά σε λογικές τιμές.

Υπάρχουν άλλα τεχνικά ζητήματα που αναφέρονται αλλού: εναπόθεση βορίου, διαφορετικές απαιτήσεις για συνθήκες καθαρού δωματίου που πρέπει να πληρούνται και αδυναμία του τρέχοντος επιλεκτικού εκπομπού να εφαρμοστεί στον μπροστινό πομπό TOPCon. Αυτά τα ζητήματα δεν εμπίπτουν στο πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου.