Wat betekent TOPCon-batterij?
De volledige naam van TOPCon is Tunnel Oxide Passivating Contacts, wat zich vertaalt naar Tunneling Oxide Passivated Contacts, een N-type silicium waferceltechnologie die in 2013 werd voorgesteld. TOPCon-cellen, oftewel Tunneling Oxide Passivated Contacts-zonnecellen, zijn ontworpen om de efficiëntie van zonnecellen te verbeteren door het probleem van selectieve passivering van de ladingsdragers in de cel op te lossen.
De voorkant van een TOPCon-cel is identiek aan de structuur van een conventionele N-type zonnecel. Het belangrijkste verschil is dat aan de achterkant van de cel een laag ultradun siliciumoxide wordt aangebracht, gevolgd door een dunne laag gedoteerd silicium. Deze twee lagen vormen samen een gepassiveerde contactstructuur, waardoor de oppervlaktecomposiet en de metaalcontactcomposiet effectief worden verminderd.
Door het goede passiverende effect van ultradun siliciumoxide en een sterk gedoteerde siliciumfilm ondergaan de oppervlakte-energiebanden van de siliciumwafel een buiging, waardoor een veldpassiverend effect ontstaat. Hierdoor neemt de kans op elektronentunneling dramatisch toe, daalt de contactweerstand en verbetert uiteindelijk het conversierendement.
Waarom vervangt TOPCon de PERC-technologie?
In 2023 beleefde de PV-industrie een belangrijke doorbraak met de toevoeging van meer dan 400 GW aan nieuwe TOPCon-productiecapaciteit. Naar verwachting zal de TOPCon-celtechnologie de traditionele PERC-technologie inhalen en tegen 2024 de nieuwe gangbare technologie worden. Qua productie wordt verwacht dat de TOPCon-productie dit jaar ongeveer 100 GW zal bereiken, goed voor 20% tot 30% van de totale PV-celproductie. TOPCon-cellen, de meest kosteneffectieve N-type celproductieroute, worden beschouwd als hoogwaardige cellen met een beperkte productiecapaciteit, waardoor het aanbod het hele jaar door groter zal zijn dan de vraag. Met de continue verbetering van de efficiëntie van TOPCon-batterijen zal de markt voor premium N-type TOPCon-batterijen naar verwachting verder groeien, wat een positieve invloed zal hebben op de groei van de bedrijven in deze sector.
De belangrijkste uitdaging voor grootschalige productie van N-type batterijen is nog niet het bereiken van hun maximale potentieel. Het verschil tussen de efficiëntie en die van P-type batterijen, met name de niet-siliciumkosten, ligt 30% tot 40% hoger dan die van PERC-batterijen. De efficiëntie van PERC-batterijen heeft zijn plafond bijna bereikt en de mogelijkheden om de productiekosten verder te verlagen zijn beperkt. De efficiëntie van TOPCon-batterijen heeft echter nog een groot potentieel. Volgens gegevens van PV Infolink bedragen de huidige niet-siliciumkosten van TOPCon-cellen ongeveer $ 0,3 per watt, vergeleken met de kosten van grootschalige PERC-cellen tussen $ 0,21 en $ 0,23 per watt. Met voortdurende inspanningen zullen de productiekosten van TOPCon-cellen echter geleidelijk het niveau van PERC-cellen benaderen.
Wat zijn de voordelen van de TOPCon-batterij?
1. Het voordeel van passivering: de oppervlaktepassivering is voornamelijk afhankelijk van chemische passivering en veldpassivering. Thermische groei van SiO2 heeft een uitstekend chemisch passiveringsvermogen. Sterke dotering in polysilicium kan de energieband van silicium doen buigen, wat resulteert in de aggregatie van meerderheidsladingsdragers en de uitputting van minderheidsladingsdragers aan het grensvlak, waardoor de composiet wordt gereduceerd en veldpassivering optreedt.
2. Het voordeel van metaalcontactcomposieten: metaalcontactcomposieten vormen de bottleneck die de efficiëntie van conventionele zonnecellen beperkt. Bij industrialisatie van metaalcontacten vindt meestal zeefdruk plaats na sinteren bij hoge temperatuur. Tijdens dit sinteringsproces etst de metaalpasta het poly-Si, waardoor er gaatjes (pieken) ontstaan die de passivering van de contactstructuur aantasten. Hierdoor is de J0c-waarde hoger in het metaalcontactgebied dan in het gepassiveerde gebied. Bij p+poly en n+poly metaalcontactcomposieten is de J0c-waarde echter, zelfs als de gaatjes de passivering van de contactstructuur aantasten, aanzienlijk lager dan bij conventionele emitter/backfield-systemen.
3. Het voordeel van metaalcontactweerstand: naast metaalcontactcomposieten is ook de metaal-halfgeleidercontactweerstand (ρc) cruciaal voor de prestaties van kristallijne siliciumzonnecellen. Een goed ohmisch contact tussen metaal en halfgeleider helpt het weerstandsverlies te verminderen en de vulfactor te verbeteren.
