Τα φωτοβολταϊκά (Φ/Β) στοιχεία κατασκευάζονται συνήθως από ημιαγωγικά υλικά όπως το πυρίτιο και διαθέτουν τόσο θετικά όσο και αρνητικά ηλεκτρόδια. Όταν εκτίθενται στο ηλιακό φως, εμφανίζεται το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, μετατρέποντας άμεσα την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια με τη μορφή συνεχούς ρεύματος (DC). Αυτή η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί είτε να αποθηκευτεί σε μπαταρίες είτε να μετατραπεί σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) μέσω ενός μετατροπέα για την κάλυψη ποικίλων ενεργειακών αναγκών. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία συχνά συνδέονται σε σειρά ή παράλληλα για να σχηματίσουν μονάδες, οι οποίες στη συνέχεια συναρμολογούνται σε συστοιχίες για μεγαλύτερες ενεργειακές εξόδους.
1. Κυψέλες αλουμινίου με οπίσθιο πεδίο επιφάνειας (BSF)
Δομή και Αρχή
Τα στοιχεία BSF είναι ένας κοινός τύπος ηλιακού στοιχείου που χρησιμοποιεί μια επίστρωση αλουμινίου ως οπίσθιο ηλεκτρόδιο. Αυτό σχηματίζει ένα οπίσθιο ηλεκτρικό πεδίο που βοηθά στην οδήγηση ηλεκτρονίων στο οπίσθιο ηλεκτρόδιο, ενισχύοντας την απόδοση μετατροπής ενέργειας. Η διαδικασία παραγωγής περιλαμβάνει την προσθήκη φωσφόρου στην επιφάνεια του πυριτίου για τη δημιουργία μιας περιοχής τύπου Ν, την εφαρμογή μιας μεμβράνης ή επίστρωσης για τον σχηματισμό μιας περιοχής τύπου P στο μπροστινό μέρος και τον σχηματισμό μιας επαφής pn. Τέλος, προστίθενται μεταλλικά πλέγματα για τη συλλογή ρεύματος.
Ιστορικό Ανάπτυξης
Προτεινόμενα για πρώτη φορά το 1973, τα κύτταρα BSF ήταν η πρώτη εμπορευματοποιημένη δομή κυψελών κρυσταλλικού πυριτίου. Μέχρι το 2016, αντιπροσώπευαν πάνω από το 90% του μεριδίου αγοράς.
Φόντα
Τα στοιχεία BSF είναι αξιοσημείωτα για την απλότητα, την οικονομική αποδοτικότητα και την ώριμη τεχνολογία τους.
2. Κύτταρα PERC
Προέλευση ονομασίας
Το PERC σημαίνει Passivated Emitter και Rear Cell.
Διαδικασία και Απόδοση
Βασιζόμενη στα παραδοσιακά στοιχεία BSF, η τεχνολογία PERC προσθέτει δύο βασικά βήματα: παθητικοποίηση της οπίσθιας επιφάνειας και άνοιγμα με λέιζερ, ενισχύοντας σημαντικά την απόδοση. Η διαδικασία κατασκευής περιλαμβάνει καθαρισμό και υφή πλακιδίων, διάχυση για τη δημιουργία επαφών pn, πρόσμιξη με λέιζερ για επιλεκτικούς εκπομπούς, οπίσθια παθητικοποίηση, διάτρηση με λέιζερ, εκτύπωση με μεταξοτυπία, πυροσυσσωμάτωση και δοκιμές.
Φόντα
Τα στοιχεία PERC διαθέτουν απλή δομή, σύντομη διαδικασία κατασκευής και υψηλή ωριμότητα εξοπλισμού.
3. Κύτταρα ετεροεπαφής (HJT)
Δομή
Τα κύτταρα HJT είναι υβριδικά ηλιακά κύτταρα που συνδυάζουν υποστρώματα κρυσταλλικού πυριτίου και μεμβράνες άμορφου πυριτίου. Ενσωματώνουν εγγενή στρώματα άμορφου πυριτίου στη διεπαφή ετεροεπαφής για την παθητικοποίηση της μπροστινής και της πίσω επιφάνειας. Η συμμετρική δομή περιλαμβάνει ένα υπόστρωμα κρυσταλλικού πυριτίου τύπου Ν, ένα στρώμα άμορφου πυριτίου Pi στην πλευρά που βλέπει στο φως, ένα στρώμα άμορφου πυριτίου iN στο πίσω μέρος και διαφανή ηλεκτρόδια και ράβδους και στις δύο πλευρές. Αυτά είναι αμφίπλευρα κύτταρα.
Φόντα
Τα στοιχεία HJT διαθέτουν υψηλή απόδοση, χαμηλή υποβάθμιση, χαμηλό συντελεστή θερμοκρασίας, υψηλή αμφιφασικότητα, απλοποιημένες διαδικασίες και καταλληλότητα για λεπτότερα πλακίδια.
4. Κύτταρα TOPCon
Τεχνική Αρχή
Τα στοιχεία TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact - Παθητικοποιημένη Επαφή Οξειδίου Σήραγγας) βασίζονται στην αρχή του επιλεκτικού φορέα. Διαθέτουν ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα οξειδίου του πυριτίου και ένα στρώμα πυριτίου με πρόσμιξη στο πίσω μέρος, σχηματίζοντας μια παθητικοποιημένη δομή επαφής. Αυτό μειώνει τον ανασυνδυασμό επαφής επιφάνειας και μετάλλου, δημιουργώντας σημαντικές δυνατότητες βελτίωσης της απόδοσης στα στοιχεία N-PERT.
Χαρακτηριστικά Διαδικασίας
Τα στοιχεία TOPCon χρησιμοποιούν υποστρώματα πυριτίου τύπου N και απαιτούν ελάχιστες αλλαγές στις υπάρχουσες γραμμές παραγωγής τύπου P, όπως η προσθήκη εξοπλισμού διάχυσης βορίου και εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης. Εξαλείφουν την ανάγκη για οπίσθια ανοίγματα και ευθυγράμμιση, απλοποιώντας την κατασκευή και ενισχύοντας τη συμβατότητα με τις διαδικασίες στοιχείων PERC και N-PERT.
Φόντα
Τα στοιχεία TOPCon παρουσιάζουν χαμηλή υποβάθμιση, υψηλή διεπιφάνεια και χαμηλό συντελεστή θερμοκρασίας, αποδίδοντας εξαιρετική απόδοση σε ηλιακούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας.
5. Κύτταρα IBC
Δομή και Αρχή
Τα στοιχεία διασυνδεδεμένης οπίσθιας επαφής (IBC) μετακινούν όλες τις γραμμές πλέγματος ηλεκτροδίων της μπροστινής πλευράς προς τα πίσω, διατάσσοντας τις συνδέσεις pn και τις μεταλλικές επαφές σε ένα διασυνδεδεμένο μοτίβο. Αυτό μειώνει τη σκίαση και αυξάνει την απορρόφηση φωτός. Χωρίς μεταλλικές επαφές στην μπροστινή πλευρά, τα στοιχεία IBC παρέχουν μεγαλύτερη ενεργή περιοχή για μετατροπή φωτονίων.
Ενσωμάτωση Τεχνολογίας
Τα κύτταρα IBC μπορούν να ενσωματωθούν με άλλες τεχνολογίες όπως PERC, TOPCon, HJT και περοβσκίτη, σχηματίζοντας προηγμένα υβριδικά κύτταρα όπως τα "TBC" (TOPCon-IBC) και "HBC" (HJT-IBC).
Δυνατότητα εφαρμογής
Με τον αισθητικά ευχάριστο σχεδιασμό τους, τα στοιχεία IBC είναι ιδανικά για φωτοβολταϊκά ενσωματωμένα σε κτίρια (BIPV) και έχουν ισχυρές εμπορικές προοπτικές.
Σύναψη
Κάθε τύπος φωτοβολταϊκού στοιχείου προσφέρει μοναδικά πλεονεκτήματα και παίζει καθοριστικό ρόλο στην προώθηση των τεχνολογιών ηλιακής ενέργειας. Μέσω της συνεχούς καινοτομίας, αυτές οι τεχνολογίες οδηγούν την ανάπτυξη και τον μετασχηματισμό της φωτοβολταϊκής βιομηχανίας.
