Que signifie « batterie TOPCon » ?
Le nom complet de TOPCon est Tunnel Oxide Passivating Contacts, ce qui se traduit par Tunneling Oxide Passivated Contacts, une technologie de cellule à plaquette de silicium de type N proposée en 2013. Les cellules TOPCon, c'est-à-dire les cellules solaires à contacts passivés à l'oxyde tunnel, sont conçues pour améliorer l'efficacité des cellules solaires en résolvant le problème de la passivation sélective des porteurs dans la cellule.
La surface avant de la cellule TOPCon et la structure conventionnelle des cellules solaires de type N sont identiques. La principale différence réside dans la préparation, à l'arrière de la cellule, d'une couche d'oxyde de silicium ultra-mince, puis d'une fine couche de silicium dopé. L'ensemble forme une structure de contact passivée, réduisant efficacement le composite de surface et le composite de contact métallique.
Grâce au bon effet de passivation de l'oxyde de silicium ultra-mince et du film de silicium fortement dopé, les bandes d'énergie de surface de la plaquette de silicium se courbent, formant ainsi un effet de passivation de champ ; les chances de tunnelage des électrons augmentent considérablement, la résistance de contact diminue et, en fin de compte, l'efficacité de conversion est améliorée.
Pourquoi TOPCon remplace-t-il la technologie PERC ?
En 2023, l'industrie photovoltaïque a connu une avancée majeure avec l'ajout de plus de 400 GW de nouvelles capacités de production de cellules TOPCon. La technologie des cellules TOPCon devrait supplanter les cellules PERC traditionnelles et devenir la nouvelle technologie dominante d'ici 2024. En termes de production, on prévoit que la production de cellules TOPCon atteindra environ 100 GW cette année, représentant 20 à 30 % de la production totale de cellules photovoltaïques. Considérées comme la solution la plus rentable pour les cellules de type N, les cellules TOPCon sont réputées pour leur haute qualité et leur capacité de production limitée, ce qui entraînera une situation de surproduction tout au long de l'année. Grâce à l'amélioration continue du rendement des batteries TOPCon, le segment haut de gamme des batteries TOPCon de type N devrait encore se développer, ce qui aura un impact positif sur l'activité des entreprises du secteur.
La batterie de type N n'a pas encore atteint son plein potentiel. Le principal obstacle à son expansion à grande échelle réside dans son efficacité. Les batteries de type P, quant à elles, n'ont pas encore comblé l'écart significatif entre leur coût (hors silicium) et celui des batteries PERC (30 à 40 % plus élevé). L'efficacité des batteries PERC a quasiment atteint son maximum, limitant ainsi les possibilités de réduction des coûts. En revanche, le potentiel d'amélioration de l'efficacité des batteries TOPCon reste considérable. Selon les données de PV Infolink, le coût actuel des composants non silicium des cellules TOPCon avoisine 0,3 $ par watt, contre 0,21 à 0,23 $ par watt pour les cellules PERC de grande taille. Un écart subsiste donc. Toutefois, grâce à des efforts continus, le coût de production des cellules TOPCon devrait progressivement se rapprocher de celui des cellules PERC.
Quels sont les avantages de la batterie TOPCon ?
1. Avantage de la passivation : les performances de passivation de surface dépendent principalement de la passivation chimique et de la passivation par champ électrique. La croissance thermique de SiO₂ présente une excellente capacité de passivation chimique. Un dopage important du polysilicium peut induire une courbure de la bande d'énergie du silicium, entraînant l'agrégation des porteurs majoritaires et l'appauvrissement des porteurs minoritaires à l'interface, réduisant ainsi la porosité et jouant le rôle de passivation par champ électrique.
2. Avantage des composites à contact métallique : les composites à contact métallique constituent le principal facteur limitant l’efficacité des cellules solaires à structure conventionnelle. L’industrialisation de la métallisation se fait généralement par sérigraphie après frittage à haute température. Ce procédé de frittage à haute température provoque une attaque chimique de la pâte métallique sur le poly-Si, créant des perforations (pointes) et détruisant la passivation de la structure de contact. Il en résulte une densité de courant critique (Jc) plus élevée dans la zone de contact métallique que dans la zone passivée. En revanche, les composites à contact métallique de type p + poly et n + poly, même si ces perforations détruisent la structure de passivation, permettent d’obtenir une densité de courant critique (Jc) bien inférieure à celle des cellules solaires conventionnelles à émetteur/champ arrière.
3. L'avantage sur la résistivité du contact métallique : en plus du composite de contact métallique, la résistivité du contact métal-semiconducteur (ρc) est également essentielle aux performances des cellules solaires en silicium cristallin, le métal-semiconducteur formant un bon contact ohmique pour aider à réduire la perte de résistance et améliorer le facteur de remplissage.
