Fotovoltaïsche (PV) cellen worden doorgaans gemaakt van halfgeleidermaterialen zoals silicium en hebben zowel positieve als negatieve elektroden. Wanneer ze aan zonlicht worden blootgesteld, treedt het fotovoltaïsche effect op, waarbij lichtenergie direct wordt omgezet in elektrische energie in de vorm van gelijkstroom (DC). Deze elektriciteit kan worden opgeslagen in batterijen of via een omvormer worden omgezet in wisselstroom (AC) om aan diverse energiebehoeften te voldoen. PV-cellen worden vaak in serie of parallel geschakeld om modules te vormen, die vervolgens worden samengevoegd tot arrays voor een grotere energieopbrengst.
1. Aluminium Back Surface Field (BSF) cellen
Structuur en principe
BSF-cellen zijn een veelvoorkomend type zonnecel dat een aluminiumcoating als achterelektrode gebruikt. Deze coating creëert een elektrisch veld aan de achterzijde dat elektronen naar de achterelektrode drijft, waardoor de energieomzettingsrendement wordt verbeterd. Het productieproces omvat het doteren van het siliciumoppervlak met fosfor om een N-type gebied te creëren, het aanbrengen van een film of coating om een P-type gebied aan de voorzijde te vormen, en het vormen van een pn-overgang. Ten slotte worden metalen roosters toegevoegd om stroom op te vangen.
Ontwikkelingsgeschiedenis
De BSF-cellen, die voor het eerst werden voorgesteld in 1973, waren de eerste commercieel verkrijgbare kristallijne siliciumcelstructuur. In 2016 vertegenwoordigden ze meer dan 90% van het marktaandeel.
Voordelen
BSF-cellen onderscheiden zich door hun eenvoud, kosteneffectiviteit en vol成熟e technologie.
2. PERC-cellen
Naamgeving oorsprong
PERC staat voor Passivated Emitter and Rear Cell (gepassiveerde emitter- en achtercel).
Proces en prestatie
Voortbouwend op traditionele BSF-cellen voegt de PERC-technologie twee belangrijke stappen toe: passivering van het achteroppervlak en laseropening, wat de efficiëntie aanzienlijk verhoogt. Het productieproces omvat het reinigen en textureren van de wafer, diffusie om pn-overgangen te creëren, laserdoping voor selectieve emitters, passivering van het achteroppervlak, laserboren, zeefdrukken, sinteren en testen.
Voordelen
PERC-cellen kenmerken zich door een eenvoudige structuur, een kort productieproces en een hoge mate van apparatuurvolwassenheid.
3. Heterojunctiecellen (HJT-cellen)
Structuur
HJT-cellen zijn hybride zonnecellen die een combinatie zijn van kristallijne siliciumsubstraten en amorfe siliciumfilms. Ze bevatten intrinsieke amorfe siliciumlagen op het grensvlak van de heteroverbinding om de voor- en achterzijde te passiveren. De symmetrische structuur omvat een N-type kristallijn siliciumsubstraat, een Pi amorfe siliciumlaag aan de lichtzijde, een iN amorfe siliciumlaag aan de achterzijde en transparante elektroden en busbars aan beide zijden. Dit zijn bifaciale cellen.
Voordelen
HJT-cellen kenmerken zich door een hoog rendement, lage degradatie, een lage temperatuurcoëfficiënt, hoge bifacialiteit, vereenvoudigde processen en geschiktheid voor dunnere wafers.
4. TOPCon-cellen
Technisch principe
TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) cellen zijn gebaseerd op het principe van selectieve ladingsdragers. Ze hebben een ultradunne siliciumoxidelaag en een gedoteerde siliciumlaag aan de achterzijde, waardoor een gepassiveerde contactstructuur ontstaat. Dit vermindert recombinatie aan het oppervlak en tussen de metalen contacten, wat een aanzienlijk potentieel biedt voor een verbetering van de efficiëntie in N-PERT-cellen.
Proceskenmerken
TOPCon-cellen maken gebruik van N-type siliciumsubstraten en vereisen minimale aanpassingen aan bestaande P-type productielijnen, zoals het toevoegen van apparatuur voor boordiffusie en dunnefilmdepositie. Ze maken openingen aan de achterzijde en uitlijning overbodig, wat de productie vereenvoudigt en de compatibiliteit met PERC- en N-PERT-celprocessen verbetert.
Voordelen
TOPCon-cellen vertonen een lage degradatie, een hoge bifacialiteit en een lage temperatuurcoëfficiënt, wat resulteert in uitstekende prestaties in zonne-energiecentrales.
5. IBC-cellen
Structuur en principe
IBC-cellen (Interdigitated Back Contact) verplaatsen alle elektrode-rasterlijnen aan de voorzijde naar de achterzijde, waardoor de pn-overgangen en metalen contacten in een in elkaar grijpend patroon worden gerangschikt. Dit vermindert schaduwvorming en verhoogt de lichtabsorptie. Doordat er geen metalen contacten aan de voorzijde zijn, bieden IBC-cellen een groter actief oppervlak voor fotonconversie.
Technologie-integratie
IBC-cellen kunnen worden geïntegreerd met andere technologieën zoals PERC, TOPCon, HJT en perovskiet, waardoor geavanceerde hybride cellen ontstaan zoals "TBC" (TOPCon-IBC) en "HBC" (HJT-IBC).
Toepassingspotentieel
Met hun esthetisch aantrekkelijke ontwerp zijn IBC-cellen zeer geschikt voor in gebouwen geïntegreerde fotovoltaïsche systemen (BIPV) en hebben ze sterke commerciële vooruitzichten.
Conclusie
Elk type PV-cel biedt unieke voordelen en speelt een cruciale rol in de ontwikkeling van zonne-energietechnologieën. Door voortdurende innovatie stimuleren deze technologieën de groei en transformatie van de fotovoltaïsche industrie.
