Ogniwa fotowoltaiczne (PV) są zazwyczaj wykonane z materiałów półprzewodnikowych, takich jak krzem, i posiadają zarówno elektrody dodatnie, jak i ujemne. Pod wpływem światła słonecznego następuje efekt fotowoltaiczny, który natychmiast przekształca energię świetlną w energię elektryczną w postaci prądu stałego (DC). Energia ta może być magazynowana w akumulatorach lub przetwarzana na prąd przemienny (AC) za pomocą falownika, co pozwala zaspokoić zróżnicowane zapotrzebowanie na energię. Ogniwa fotowoltaiczne są często łączone szeregowo lub równolegle w moduły, które następnie są łączone w układy w celu uzyskania większej mocy.
1. Komórki aluminiowe z tylnym polem powierzchniowym (BSF)
Struktura i zasada
Ogniwa BSF to popularny typ ogniw słonecznych, w których tylna elektroda jest pokryta powłoką aluminiową. Tworzy ona tylne pole elektryczne, które wspomaga dopływ elektronów do tylnej elektrody, zwiększając wydajność konwersji energii. Proces produkcji obejmuje domieszkowanie powierzchni krzemu fosforem w celu utworzenia obszaru typu N, nałożenie folii lub powłoki w celu utworzenia obszaru typu P z przodu oraz utworzenie złącza p-n. Na koniec dodawane są metalowe siatki w celu zbierania prądu.
Historia rozwoju
Ogniwa BSF, zaproponowane po raz pierwszy w 1973 roku, były najwcześniejszą komercjalną strukturą ogniw z krzemu krystalicznego. Do 2016 roku stanowiły ponad 90% udziału w rynku.
Zalety
Ogniwa BSF wyróżniają się prostotą, opłacalnością i zaawansowaną technologią.
2. Komórki PERC
Pochodzenie nazwy
PERC to skrót od Passivated Emitter and Rear Cell (Passivated Emitter and Rear Cell).
Proces i wydajność
Bazując na tradycyjnych ogniwach BSF, technologia PERC dodaje dwa kluczowe etapy: pasywację tylnej powierzchni i laserowe otwieranie, co znacznie zwiększa wydajność. Proces produkcyjny obejmuje czyszczenie i teksturowanie płytek, dyfuzję w celu utworzenia złącz pn, domieszkowanie laserowe dla selektywnych emiterów, pasywację tylną, wiercenie laserowe, sitodruk, spiekanie i testowanie.
Zalety
Ogniwa PERC charakteryzują się prostą konstrukcją, krótkim procesem produkcyjnym i wysoką dojrzałością sprzętu.
3. Komórki heterozłączowe (HJT)
Struktura
Ogniwa HJT to hybrydowe ogniwa słoneczne, łączące podłoża z krzemu krystalicznego i warstwy krzemu amorficznego. Zawierają one wewnętrzne warstwy krzemu amorficznego na styku heterozłącza, aby pasywować powierzchnię przednią i tylną. Symetryczna struktura obejmuje podłoże z krzemu krystalicznego typu N, warstwę krzemu amorficznego Pi po stronie światła, warstwę krzemu amorficznego iN po stronie tylnej oraz przezroczyste elektrody i szyny zbiorcze po obu stronach. Są to ogniwa bifacjalne.
Zalety
Ogniwa HJT charakteryzują się wysoką wydajnością, niską degradacją, niskim współczynnikiem temperaturowym, wysoką bifacjalnością, uproszczonymi procesami i możliwością stosowania w cieńszych waflach.
4. Komórki TOPCon
Zasada techniczna
Ogniwa TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) oparte są na zasadzie selektywnego nośnika. Charakteryzują się ultracienką warstwą tlenku krzemu i domieszkowaną warstwą krzemu z tyłu, tworząc pasywowaną strukturę styku. Zmniejsza to rekombinację powierzchni i styku metalu, stwarzając znaczny potencjał poprawy wydajności ogniw N-PERT.
Cechy procesu
Ogniwa TOPCon wykorzystują podłoża krzemowe typu N i wymagają minimalnych zmian w istniejących liniach produkcyjnych ogniw typu P, takich jak dodanie urządzeń do dyfuzji boru i osadzania cienkich warstw. Eliminują one potrzebę wykonywania otworów z tyłu i regulacji, upraszczając produkcję i zwiększając kompatybilność z procesami produkcji ogniw PERC i N-PERT.
Zalety
Ogniwa TOPCon charakteryzują się niskim stopniem degradacji, wysoką bifacjalnością i niskim współczynnikiem temperaturowym, co przekłada się na doskonałą wydajność w elektrowniach słonecznych.
5. Komórki IBC
Struktura i zasada
Ogniwa IBC (Interdigitated Back Contact) przenoszą wszystkie linie siatki elektrod przedniej strony do tyłu, układając złącza pn i metalowe styki w przeplatający się wzór. Zmniejsza to zacienienie i zwiększa absorpcję światła. Brak metalowych styków przedniej strony sprawia, że ogniwa IBC zapewniają większą powierzchnię aktywną do konwersji fotonów.
Integracja technologii
Ogniwa IBC można integrować z innymi technologiami, takimi jak PERC, TOPCon, HJT i perowskit, tworząc zaawansowane ogniwa hybrydowe, takie jak „TBC” (TOPCon-IBC) i „HBC” (HJT-IBC).
Potencjał zastosowania
Dzięki estetycznemu wyglądowi ogniwa IBC doskonale nadają się do stosowania w systemach fotowoltaicznych zintegrowanych z budynkami (BIPV) i mają duże perspektywy komercyjne.
Wniosek
Każdy typ ogniwa fotowoltaicznego oferuje unikalne zalety i odgrywa kluczową rolę w rozwoju technologii energii słonecznej. Dzięki ciągłym innowacjom technologie te napędzają rozwój i transformację branży fotowoltaicznej.
