מה המשמעות של סוללת TOPCon?
השם המלא של TOPCon הוא Tunnel Oxide Passivating Contacts, שמתורגם ל-Tunneling Oxide Passivated Contacts, טכנולוגיית תאי סיליקון מסוג N שהוצעה בשנת 2013. תאי TOPCon, כלומר תאי שמש מסוג Tunneling Oxide Passivated Contacts, נועדו לשפר את יעילות התאים הסולאריים על ידי פתרון בעיית הפסיבציה הסלקטיבית של נושאי הגלילים בתא.
מבנה תאי השמש מסוג N קונבנציונלי זהה לחזית תאי TOPCon. ההבדל העיקרי הוא בגב התא, בהכנת שכבה של תחמוצת סיליקון דקה במיוחד, ולאחר מכן שכבה דקה של סיליקון מסומם. שניהם יחד יוצרים מבנה מגע פסיבי, ובכך מפחיתים ביעילות את המגע בין פני השטח של תאי השמש מסוג N.
בשל אפקט הפסיבציה הטוב של תחמוצת סיליקון דקה במיוחד וסרט סיליקון מסומם בכבדות, רצועות האנרגיה על פני השטח של פרוסות הסיליקון מייצרות כיפוף, ובכך יוצרות אפקט פסיבציה של שדה, הסיכויים למנהור אלקטרונים גדלים באופן דרמטי, התנגדות המגע פוחתת ובסופו של דבר משפרים את יעילות ההמרה.
מדוע TOPCon מחליפה את טכנולוגיית PERC?
בשנת 2023, תעשיית הפוטו-וולטאי חוותה פריצת דרך חשובה עם הוספת יותר מ-400 ג'יגה-וואט של כושר ייצור חדש של TOPCon. הצפי הוא שטכנולוגיית תאי TOPCon תעקוף את טכנולוגיית PERC המסורתית ותהפוך לטכנולוגיה המרכזית החדשה עד 2024. מבחינת ייצור, צפוי שייצור TOPCon יגיע לכ-100 ג'יגה-וואט השנה, ומהווה 20%-30% מכלל ייצור תאי הפוטו-וולטאי. כתצור היעיל ביותר לייצור תאי N מסוג, תאי TOPCon נחשבים לאיכותיים ובעלי כושר ייצור נדיר, והמצב של היצע העולה על הביקוש יימשך לאורך כל השנה. עם השיפור המתמיד ביעילות סוללות TOPCon, צפוי ששוק הפרימיום של סוללות TOPCon מסוג N יתרחב עוד יותר, דבר שתשפיע לטובה על פריחת העסקים של החברות הרלוונטיות.
סוללות מסוג N טרם הבינה שהבעיה המרכזית בהרחבת ייצור בקנה מידה גדול היא שהיעילות שלהן וסוללות מסוג P לא יצרו פער משמעותי בין עלות הסוללות שאינן סיליקון, הגבוהה ב-30%-40% מסוללות PERC. יעילות סוללות PERC הייתה קרובה לתקרה, המרחב להפחתת עלות החלל היה מוגבל, אך לשיפור היעילות של סוללות TOPCon עדיין יש פוטנציאל גדול. על פי נתוני PV Infolink, העלות הנוכחית של תאי TOPCon שאינן סיליקון קרובה ל-0.3 דולר לוואט, בהשוואה לעלות של תאי PERC גדולים שבין 0.21-0.23 דולר לוואט, ועדיין קיים פער. עם זאת, עם מאמצים מתמשכים נוספים, עלות הייצור של תאי TOPCon תתקרב בהדרגה לרמת תאי PERC.
מהם היתרונות של סוללת TOPCon?
1. היתרון של פסיבציה: ביצועי הפסיבציה של פני השטח תלויים בעיקר בפסיביזציה הכימית ובפסיבציה בשדה, לצמיחה תרמית של SiO2 יש יכולת פסיבציה כימית מצוינת. סימום כבד בפוליסיליקון יכול לגרום לכיפוף רצועת האנרגיה של הסיליקון, וכתוצאה מכך לצבירה של נושאי רוב ודלדול של נושאי מיעוט בממשק, מה שמפחית את החומר המרוכב ומשחק תפקיד של פסיבציה בשדה.
2. היתרון של חומר מרוכב למגע מתכתי: חומר מרוכב למגע מתכתי הופך לצוואר בקבוק המגביל את יעילותם של תאי שמש בעלי מבנה קונבנציונלי. תיעוש המטליזציה הוא בדרך כלל הדפסת משי לאחר סינטור בטמפרטורה גבוהה. משחת מתכת בתהליך סינטור בטמפרטורה גבוהה "תחרוט" את הפולי-סיליקום ליצירת "דקירה" (Spiking), שתוריד את הפסיבציה של מבנה המגע, וכתוצאה מכך שטח המגע של המתכת של ה-J0c גבוה יותר באזור המגע המתכתי מאשר באזור הפסיבי. אבל חומר מרוכב למגע מתכתי p + poly ו-n + poly, גם אם "דקירה" תהרוס את מבנה המגע הפסיבטיבי של המארז, זה יכול לגרום לרמת הפליט/שדה האחורי של המתכת להיות נמוכה בהרבה מאשר השדה הפולט/האחורי הקונבנציונלי.
3. היתרון בהתנגדות מגע מתכתית: בנוסף למגע מתכתי מרוכב, התנגדות מגע מתכת-מוליך למחצה (ρc) היא גם קריטית לביצועי המכשיר של תאי סיליקון גבישיים, כאשר התנגדות מגע מתכת-מוליך למחצה יוצרת מגע אוהמי טוב כדי לסייע בהפחתת אובדן ההתנגדות ובשיפור גורם המילוי.
