ما معنى بطارية TOPCon؟
الاسم الكامل لـ TOPCon هو Tunnel Oxide Passivating Contacts، والذي يترجم إلى Tunneling Oxide Passivated Contacts، وهي تقنية خلايا رقائق السيليكون من النوع N تم اقتراحها في عام 2013. تم تصميم خلايا TOPCon، أي خلايا Tunneling Oxide Passivated Contacts الشمسية، لتحسين كفاءة الخلايا الشمسية من خلال حل مشكلة التخميل الانتقائي لحاملات الشحنة في الخلية.
إن السطح الأمامي لخلية TOPCon وبنية الخلية الشمسية التقليدية من النوع N متماثلة، والفرق الرئيسي يكمن في الجزء الخلفي من الخلية في تحضير طبقة من أكسيد السيليكون الرقيق للغاية، ثم ترسيب طبقة رقيقة من السيليكون المطعّم، ويشكل الاثنان معًا بنية تلامس مخملة، مما يقلل بشكل فعال من تلامس السطح المركب والتلامس المعدني المركب.
بسبب تأثير التخميل الجيد لأكسيد السيليكون الرقيق للغاية وفيلم السيليكون المشوب بشدة، فإن نطاقات طاقة سطح رقاقة السيليكون تنتج انحناءً، مما يؤدي إلى تكوين تأثير تخميل المجال، وتزداد فرص نفق الإلكترون بشكل كبير، وتقل مقاومة التلامس، وفي النهاية تتحسن كفاءة التحويل.
لماذا تحل تقنية TOPCon محل تقنية PERC؟
شهد قطاع الطاقة الشمسية الكهروضوئية في عام 2023 طفرةً هامةً بإضافة أكثر من 400 جيجاواط من طاقة إنتاج خلايا TOPCon الجديدة. ومن المتوقع أن تتجاوز تقنية خلايا TOPCon تقنية PERC التقليدية لتصبح التقنية السائدة الجديدة بحلول عام 2024. أما من حيث الإنتاج، فمن المتوقع أن يصل إنتاج خلايا TOPCon إلى حوالي 100 جيجاواط هذا العام، ما يمثل 20-30% من إجمالي إنتاج خلايا الطاقة الشمسية الكهروضوئية. وباعتبارها الخيار الأمثل من حيث التكلفة لخلايا النوع N، تُعتبر خلايا TOPCon عالية الجودة وذات طاقة إنتاجية محدودة، ومن المتوقع أن يستمر فائض العرض عن الطلب طوال العام. ومع التحسين المستمر لكفاءة بطاريات TOPCon، من المتوقع أن يتوسع سوق بطاريات TOPCon من النوع N، ما سيكون له أثر إيجابي على ازدهار أعمال الشركات المعنية.
لم تُحقق بطاريات النوع N بعدُ الهدفَ الرئيسي من التوسع في الإنتاج على نطاق واسع، وهو أن كفاءتها لم تُحقق فارقًا كبيرًا عن بطاريات النوع P، حيث تزيد تكلفتها بنسبة 30-40% عن بطاريات PERC. وقد وصلت كفاءة بطاريات PERC إلى حدها الأقصى تقريبًا، مما يحدّ من إمكانية خفض تكلفتها، بينما لا تزال كفاءة بطاريات TOPCon قابلة للتحسين بشكل كبير. ووفقًا لبيانات PV Infolink، تبلغ التكلفة الحالية لخلايا TOPCon غير السيليكونية حوالي 0.3 دولار أمريكي لكل واط، مقارنةً بتكلفة خلايا PERC كبيرة الحجم التي تتراوح بين 0.21 و0.23 دولار أمريكي لكل واط، ولا يزال هناك فارق. ومع ذلك، ومع الجهود المتواصلة، ستقترب تكلفة إنتاج خلايا TOPCon تدريجيًا من مستوى خلايا PERC.
ما هي مزايا بطارية توبكون؟
1. ميزة التخميل: يعتمد أداء تخميل السطح بشكل أساسي على التخميل الكيميائي والتخميل الميداني، ويتمتع النمو الحراري لثاني أكسيد السيليكون بقدرة تخميل كيميائي ممتازة. يمكن أن يؤدي التطعيم المكثف في السيليكون متعدد التبلور إلى انحناء نطاق طاقة السيليكون، مما ينتج عنه تجمع حاملات الشحنة الرئيسية واستنزاف حاملات الشحنة الثانوية عند السطح البيني، مما يقلل من السماكة ويلعب دور التخميل الميداني.
٢. ميزة التلامس المعدني المركب: يُعد التلامس المعدني المركب عاملًا مُحددًا لكفاءة الخلايا الشمسية ذات البنية التقليدية. عادةً ما تتم عملية التمعدن صناعيًا باستخدام الطباعة الحريرية بعد التلبيد بدرجة حرارة عالية، حيث تعمل عجينة المعدن أثناء عملية التلبيد على "حفر" السيليكون متعدد التبلور مُشكلةً "ثقوبًا" (نتوءات)، مما يُدمر طبقة التخميل في بنية التلامس، وبالتالي تكون كثافة التيار عند نقطة التلامس (J0c) أعلى في منطقة التلامس المعدني مقارنةً بالمنطقة المُخملة. أما في حالة التلامس المعدني المركب من نوع p + بولي سيليكون أو n + بولي سيليكون، فعلى الرغم من أن "الثقوب" تُدمر طبقة التخميل، إلا أن كثافة التيار عند نقطة التلامس المعدني المركب أقل بكثير من كثافة التيار عند نقطة التلامس التقليدية بين الباعث والمجال الخلفي.
3. ميزة مقاومة التلامس المعدني: بالإضافة إلى مركب التلامس المعدني، فإن مقاومة التلامس بين المعدن وشبه الموصل (ρc) تعتبر أيضًا أمرًا بالغ الأهمية لأداء جهاز الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري، حيث يشكل المعدن وشبه الموصل اتصالًا أوميًا جيدًا للمساعدة في تقليل فقدان المقاومة وتحسين عامل الملء.
