TOPCon battery หมายถึงอะไร?
ชื่อเต็มของ TOPCon คือ Tunnel Oxide Passivating Contacts ซึ่งแปลว่า Tunneling Oxide Passivated Contacts เป็นเทคโนโลยีเซลล์เวเฟอร์ซิลิคอนชนิด N ที่เสนอขึ้นในปี 2013 เซลล์ TOPCon หรือเซลล์แสงอาทิตย์แบบ Tunneling Oxide Passivated Contacts ถูกออกแบบมาเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์โดยการแก้ปัญหาการปิดกั้นตัวนำไฟฟ้าแบบเลือกเฉพาะในเซลล์
โครงสร้างด้านหน้าของเซลล์ TOPCon เหมือนกับโครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด N ทั่วไป ความแตกต่างหลักอยู่ที่ด้านหลังของเซลล์ซึ่งมีการเตรียมชั้นซิลิคอนออกไซด์บางพิเศษไว้ก่อน จากนั้นจึงเคลือบด้วยชั้นซิลิคอนเจือสารบางๆ ซึ่งทั้งสองอย่างรวมกันเป็นโครงสร้างหน้าสัมผัสแบบพาสซิเวต ช่วยลดการรบกวนของพื้นผิวและการรบกวนของโลหะได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เนื่องจากคุณสมบัติการพาสซิเวชันที่ดีของซิลิคอนออกไซด์บางเฉียบและฟิล์มซิลิคอนที่เจือสารอย่างหนาแน่น ทำให้แถบพลังงานบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเกิดการโค้งงอ ส่งผลให้เกิดผลการพาสซิเวชันสนามไฟฟ้า โอกาสที่อิเล็กตรอนจะทะลุผ่านเพิ่มขึ้นอย่างมาก ความต้านทานการสัมผัสลดลง และท้ายที่สุดก็ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน
เหตุใด TOPCon จึงเข้ามาแทนที่เทคโนโลยี PERC?
ในปี 2023 อุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ได้เห็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้วยการเพิ่มกำลังการผลิต TOPCon ใหม่มากกว่า 400 GW คาดว่าเทคโนโลยีเซลล์ TOPCon จะแซงหน้า PERC แบบดั้งเดิมและกลายเป็นเทคโนโลยีหลักใหม่ภายในปี 2024 ในแง่ของการผลิต คาดว่าการผลิต TOPCon จะอยู่ที่ประมาณ 100 GW ในปีนี้ คิดเป็น 20%-30% ของการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ทั้งหมด เซลล์ TOPCon เป็นเซลล์ชนิด N ที่คุ้มค่าที่สุด มีคุณภาพสูง และมีกำลังการผลิตจำกัด สถานการณ์ที่อุปทานเกินความต้องการจะยังคงดำเนินต่อไปตลอดทั้งปี ด้วยการพัฒนาประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ TOPCon อย่างต่อเนื่อง คาดว่าตลาดแบตเตอรี่ TOPCon ชนิด N จะขยายตัวต่อไป ซึ่งจะส่งผลดีต่อการเติบโตทางธุรกิจของบริษัทที่เกี่ยวข้อง
แบตเตอรี่ชนิด N ยังไม่สามารถขยายการผลิตในขนาดใหญ่ได้ เนื่องจากปัญหาสำคัญคือประสิทธิภาพยังไม่ลดลง และแบตเตอรี่ชนิด P ยังไม่สามารถลดช่องว่างด้านต้นทุนลงได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยต้นทุนที่ไม่ใช้ซิลิคอนของแบตเตอรี่ PERC สูงกว่าถึง 30%-40% ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ PERC ใกล้ถึงขีดจำกัดแล้ว พื้นที่ในการลดต้นทุนจึงมีจำกัด แต่ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ TOPCon ยังมีศักยภาพในการพัฒนาอีกมาก จากข้อมูลของ PV Infolink ต้นทุนที่ไม่ใช้ซิลิคอนของเซลล์ TOPCon ในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 0.3 ดอลลาร์ต่อวัตต์ เมื่อเทียบกับต้นทุนของเซลล์ PERC ขนาดใหญ่ที่อยู่ระหว่าง 0.21-0.23 ดอลลาร์ต่อวัตต์ ซึ่งยังคงมีช่องว่างอยู่ อย่างไรก็ตาม ด้วยความพยายามอย่างต่อเนื่อง ต้นทุนการผลิตของเซลล์ TOPCon จะค่อยๆ เข้าใกล้ระดับของเซลล์ PERC ในที่สุด
แบตเตอรี่ TOPCon มีข้อดีอย่างไรบ้าง?
1. ข้อดีของการสร้างชั้นป้องกันการกัดกร่อน: ประสิทธิภาพการสร้างชั้นป้องกันการกัดกร่อนบนพื้นผิวส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการสร้างชั้นป้องกันการกัดกร่อนทางเคมีและการสร้างชั้นป้องกันการกัดกร่อนด้วยสนามไฟฟ้า การเจริญเติบโตของ SiO2 ด้วยความร้อนมีคุณสมบัติในการสร้างชั้นป้องกันการกัดกร่อนทางเคมีที่ดีเยี่ยม การเติมสารเจือปนในปริมาณมากในโพลีซิลิคอนสามารถเหนี่ยวนำให้แถบพลังงานของซิลิคอนโค้งงอ ส่งผลให้เกิดการรวมตัวของพาหะส่วนใหญ่และการลดลงของพาหะส่วนน้อยที่ส่วนต่อประสาน ลดการเกิดสารประกอบเชิงซ้อน และทำหน้าที่เหมือนการสร้างชั้นป้องกันการกัดกร่อนด้วยสนามไฟฟ้า
2. ข้อดีของวัสดุคอมโพสิตหน้าสัมผัสโลหะ: วัสดุคอมโพสิตหน้าสัมผัสโลหะเป็นอุปสรรคสำคัญที่จำกัดประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์โครงสร้างแบบดั้งเดิม การผลิตโลหะในระดับอุตสาหกรรมมักใช้การพิมพ์สกรีนหลังจากการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง ซึ่งกระบวนการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงจะ "กัดกร่อน" โพลีซิลิคอน (poly-Si) ทำให้เกิด "รูพรุน" (Spiking) ทำลายชั้นพาสซิเวชันของโครงสร้างหน้าสัมผัส ส่งผลให้ค่า J0c ในบริเวณหน้าสัมผัสโลหะสูงกว่าในบริเวณพาสซิเวชัน แต่สำหรับวัสดุคอมโพสิตหน้าสัมผัสโลหะแบบ p + poly และ n + poly แม้ว่า "รูพรุน" จะทำลายโครงสร้างหน้าสัมผัสพาสซิเวชัน แต่ก็สามารถทำให้ค่า J0c ต่ำกว่าวัสดุคอมโพสิตหน้าสัมผัสโลหะแบบดั้งเดิมได้มาก
3. ข้อดีของความต้านทานการสัมผัสโลหะ: นอกเหนือจากวัสดุผสมสำหรับการสัมผัสโลหะแล้ว ความต้านทานการสัมผัสระหว่างโลหะกับสารกึ่งตัวนำ (ρc) ก็มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึกเช่นกัน การสร้างการสัมผัสโอห์มิกที่ดีระหว่างโลหะกับสารกึ่งตัวนำจะช่วยลดการสูญเสียความต้านทานและปรับปรุงค่าแฟคเตอร์การเติม (fill factor)
