Фотоелектричні (ФЕ) елементи зазвичай виготовляються з напівпровідникових матеріалів, таких як кремній, і мають як позитивні, так і негативні електроди. Під впливом сонячного світла виникає фотоелектричний ефект, який миттєво перетворює світлову енергію на електричну у формі постійного струму (DC). Цю електроенергію можна або зберігати в батареях, або перетворювати на змінний струм (AC) за допомогою інвертора для задоволення різноманітних енергетичних потреб. Фотоелектричні елементи часто з'єднуються послідовно або паралельно, утворюючи модулі, які потім збираються в масиви для отримання більшої енергії.
1. Алюмінієві комірки з заднім поверхневим полем (BSF)
Структура та принцип
Елементи BSF – це поширений тип сонячних елементів, у яких як задній електрод використовується алюмінієве покриття. Це формує заднє електричне поле, яке допомагає перенаправляти електрони до заднього електрода, підвищуючи ефективність перетворення енергії. Процес виробництва включає легування кремнієвої поверхні фосфором для створення області N-типу, нанесення плівки або покриття для формування області P-типу на передній стороні та формування pn-переходу. Нарешті, для збору струму додаються металеві сітки.
Історія розвитку
Вперше запропоновані в 1973 році, елементи BSF були найпершою комерціалізованою структурою кристалічних кремнієвих елементів. До 2016 року вони займали понад 90% ринку.
Переваги
Комірки BSF відрізняються своєю простотою, економічною ефективністю та зрілою технологією.
2. PERC-елементи
Походження назви
PERC розшифровується як пасивований випромінювач та задня комірка.
Процес та продуктивність
Спираючись на традиційні елементи BSF, технологія PERC додає два ключові етапи: пасивацію задньої поверхні та лазерне розкриття, що значно підвищує ефективність. Виробничий процес включає очищення та текстурування пластини, дифузію для створення p-n переходів, лазерне легування для селективних емітерів, задню пасивацію, лазерне свердління, трафаретний друк, спікання та тестування.
Переваги
PERC-елементи мають просту структуру, короткий виробничий процес та високу зрілість обладнання.
3. Гетероперехідні (HJT) клітини
Структура
HJT-елементи – це гібридні сонячні елементи, що поєднують кристалічні кремнієві підкладки та аморфні кремнієві плівки. Вони містять власні шари аморфного кремнію на межі гетеропереходу для пасивації передньої та задньої поверхонь. Симетрична структура включає кристалічну кремнієву підкладку N-типу, шар аморфного кремнію Pi на стороні, зверненій до світла, шар аморфного кремнію iN на задній стороні, а також прозорі електроди та шини з обох боків. Це двосторонні елементи.
Переваги
Комірки HJT можуть похвалитися високою ефективністю, низькою деградацією, низьким температурним коефіцієнтом, високою двосторонністю, спрощеними процесами та придатністю для тонших пластин.
4. Клітини TOPCon
Технічний принцип
Комірки TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) базуються на принципі селективного носія заряду. Вони мають надтонкий шар оксиду кремнію та легований шар кремнію на задній стороні, що утворює пасивовану контактну структуру. Це зменшує рекомбінацію поверхневих контактів та контактів металу, створюючи значний потенціал для підвищення ефективності N-PERT-комірок.
Особливості процесу
Комірки TOPCon використовують кремнієві підкладки N-типу та потребують мінімальних змін до існуючих виробничих ліній P-типу, таких як додавання обладнання для дифузії бору та нанесення тонких плівок. Вони усувають необхідність у задніх отворах та вирівнюванні, спрощуючи виробництво та підвищуючи сумісність з процесами PERC та N-PERT комірок.
Переваги
Елементи TOPCon демонструють низьку деградацію, високу двосторонність та низький температурний коефіцієнт, що забезпечує чудову продуктивність у сонячних електростанціях.
5. Клітини IBC
Структура та принцип
Комірки з переплетеними зворотними контактами (IBC) переміщують усі лінії сітки передніх електродів назад, розташовуючи p-n-переходи та металеві контакти у переплетеному візерунку. Це зменшує затінення та збільшує поглинання світла. Без передніх металевих контактів комірки IBC забезпечують більшу активну площу для перетворення фотонів.
Інтеграція технологій
Комірки IBC можуть інтегруватися з іншими технологіями, такими як PERC, TOPCon, HJT та перовскіт, утворюючи вдосконалені гібридні комірки, такі як "TBC" (TOPCon-IBC) та "HBC" (HJT-IBC).
Потенціал застосування
Завдяки своєму естетично привабливому дизайну, IBC-елементи добре підходять для інтегрованих у будівлі фотоелектричних систем (BIPV) та мають високі комерційні перспективи.
Висновок
Кожен тип фотоелектричних елементів пропонує унікальні переваги та відіграє ключову роль у розвитку технологій сонячної енергетики. Завдяки постійним інноваціям ці технології стимулюють зростання та трансформацію фотоелектричної галузі.
