Co oznacza bateria TOPCon?
Pełna nazwa technologii TOPCon to Tunnel Oxide Passivating Contacts, co można przetłumaczyć jako Tunneling Oxide Passivated Contacts. Jest to technologia ogniw krzemowych typu N zaproponowana w 2013 roku. Ogniwa TOPCon, czyli ogniwa słoneczne z technologią Tunneling Oxide Passivated Contacts, zostały zaprojektowane w celu zwiększenia wydajności ogniw słonecznych poprzez rozwiązanie problemu selektywnej pasywacji nośników w ogniwie.
Przednia powierzchnia ogniwa TOPCon i konwencjonalna struktura ogniwa słonecznego typu N są takie same. Główną różnicą jest tylna część ogniwa, w której przygotowywana jest warstwa ultracienkiego tlenku krzemu, a następnie cienka warstwa domieszkowanego krzemu. Razem tworzą one pasywowaną strukturę kontaktową, skutecznie redukując kompozyt powierzchniowy i kompozyt styku metalowego.
Dzięki dobremu efektowi pasywacji ultracienkiego tlenku krzemu i silnie domieszkowanej warstwy krzemu pasma energii powierzchniowej płytki krzemowej ulegają zgięciu, tworząc w ten sposób efekt pasywacji polowej, prawdopodobieństwo tunelowania elektronów drastycznie wzrasta, rezystancja styku maleje, a ostatecznie poprawia się wydajność konwersji.
Dlaczego TOPCon zastępuje technologię PERC?
W 2023 roku branża fotowoltaiczna odnotowała istotny przełom wraz z dodaniem ponad 400 GW nowych mocy produkcyjnych ogniw TOPCon. Oczekuje się, że technologia ogniw TOPCon wyprzedzi tradycyjne ogniwa PERC i stanie się nową, dominującą technologią do 2024 roku. Jeśli chodzi o produkcję, przewiduje się, że produkcja ogniw TOPCon osiągnie w tym roku około 100 GW, co stanowi 20–30% całkowitej produkcji ogniw fotowoltaicznych. Ogniwa TOPCon, jako najbardziej opłacalna technologia ogniw typu N, są uważane za wysokiej jakości i charakteryzują się ograniczoną zdolnością produkcyjną, a sytuacja podaży przewyższającej popyt utrzyma się przez cały rok. Dzięki ciągłej poprawie wydajności akumulatorów TOPCon, oczekuje się dalszego wzrostu rynku akumulatorów TOPCon typu N, co będzie miało pozytywny wpływ na rozwój firm z branży.
Akumulator typu N nie zrealizował jeszcze kluczowego problemu ekspansji produkcji na dużą skalę, jakim jest jego wydajność, a akumulatory typu P nie stworzyły znaczącej luki między kosztami bezkrzemowymi, które są o 30%-40% wyższe niż akumulatory PERC. Wydajność akumulatorów PERC była bliska sufitu, przestrzeń do obniżenia kosztów przestrzeni była ograniczona, ale wydajność akumulatora TOPCon nadal ma duży potencjał poprawy. Według danych PV Infolink, obecny koszt bezkrzemowych ogniw TOPCon wynosi blisko 0,3 USD za wat, w porównaniu z kosztem dużych ogniw PERC między 0,21-0,23 USD za wat, a różnica nadal istnieje. Jednak dzięki dalszym ciągłym wysiłkom koszt produkcji ogniw TOPCon będzie stopniowo zbliżał się do poziomu ogniw PERC.
Jakie są zalety akumulatora TOPCon?
1. Zaleta pasywacji: wydajność pasywacji powierzchni zależy głównie od pasywacji chemicznej i pasywacji polowej. Wzrost termiczny SiO2 charakteryzuje się doskonałą zdolnością do pasywacji chemicznej. Silne domieszkowanie polikrzemu może powodować zakrzywienie pasma energetycznego krzemu, co prowadzi do agregacji nośników większościowych i zubożenia nośników mniejszościowych na styku, redukując kompozyt i pełniąc rolę pasywacji polowej.
2. Zaleta kompozytu metalowego: kompozyt metalowy staje się wąskim gardłem ograniczającym wydajność konwencjonalnych ogniw słonecznych. Metalizacja przemysłowa polega zazwyczaj na sitodruku po spiekaniu w wysokiej temperaturze. Proces spiekania w wysokiej temperaturze powoduje „wytrawienie” pasty metalowej poli-Si, tworząc „przebicie” (tzw. „spiking”), niszcząc pasywację struktury styku. W rezultacie powierzchnia styku metalu w J0c jest większa niż w obszarze pasywowanym. Jednak kompozyt metalowy p+poli i n+poli, nawet jeśli „przebicie” zniszczy pasywację struktury styku obudowy, może sprawić, że kompozyt metalowy będzie miał znacznie niższe pole niż konwencjonalny emiter/pole tylne.
3. Zaleta w zakresie rezystywności styku metalowego: oprócz kompozytu styku metalowego, rezystywność styku metal-półprzewodnik (ρc) ma również kluczowe znaczenie dla wydajności urządzenia w postaci ogniw słonecznych z krzemu krystalicznego, a połączenie metalu i półprzewodnika umożliwia utworzenie dobrego styku omowego, co pomaga zmniejszyć straty rezystancji i poprawić współczynnik wypełnienia.
