Principio di funzionamento e caratteristiche strutturali delle celle solari TOPCon

Le celle solari TOPCon utilizzano uno strato di ossido ultrasottile (1~2 nm) per consentire un tunneling efficace dei portatori maggioritari, riducendo significativamente il tasso di ricombinazione dei portatori minoritari, migliorando così efficacemente la tensione a circuito aperto e la corrente di cortocircuito della cella e aumentando ulteriormente l'efficienza di conversione della cella.

Strutturalmente, il design anteriore delle celle solari TOPCon è simile alle celle solari convenzionali di tipo N o N-PERT, ma l'innovazione tecnologica chiave risiede nella struttura di contatto passivata posteriore. Questa struttura comprende uno strato di ossido di silicio ultrasottile e una pellicola sottile mista di silicio microcristallino-amorfo drogato con fosforo. La prestazione di passivazione viene attivata attraverso un processo di ricottura, durante il quale la cristallinità del film sottile di silicio subisce una trasformazione da una fase mista microcristallina-amorfa a una fase policristallina, potenziando ulteriormente le prestazioni della cella. In una condizione di ricottura a 850°C, la cella mostra eccellenti effetti di passivazione, con una tensione a circuito aperto superiore a 710 mV e un tasso di ricombinazione elettronica ridotto a 9-13 fA/cm^2, aumentando significativamente l'efficienza della cella.

Processo di produzione delle celle solari N-TOPCon

Le celle solari TOPCon utilizzano uno strato di ossido ultrasottile (1~2 nm) per consentire un tunneling efficace dei portatori maggioritari, riducendo significativamente i tassi di ricombinazione dei portatori minoritari. Ciò aumenta efficacemente la tensione a circuito aperto e la corrente di cortocircuito della cella, aumentando così l'efficienza di conversione della cella. Strutturalmente, il design frontale delle celle solari TOPCon ricorda quello delle celle solari convenzionali di tipo N o N-PERT. L'innovazione chiave risiede nella struttura dei contatti passivati ​​posteriori, che comprende uno strato ultrasottile di ossido di silicio e uno strato di pellicola di silicio microcristallino amorfo drogato con fosforo. Attraverso il processo di ricottura si attivano le proprietà di passivazione e la cristallinità del film di silicio si trasforma da una miscela microcristallina-amorfa a fase policristallina, migliorando ulteriormente le prestazioni della cella. Con la ricottura a 850°C, le celle mostrano eccellenti effetti di passivazione, con tensioni a circuito aperto superiori a 710 mV e velocità di ricombinazione elettronica che scendono a 9-13 fA/cm^2, migliorando significativamente l'efficienza della cella.

Il processo di produzione delle celle solari TOPCon massimizza l'uso dei metodi di produzione tradizionali esistenti per le celle di tipo P, richiedendo solo l'aggiunta di apparecchiature per la diffusione del boro e la deposizione di film sottile, senza la necessità di apertura e allineamento sul retro. Ciò semplifica notevolmente il processo di produzione delle cellule e riduce la difficoltà della produzione di massa. Il processo produttivo delle celle TOPCon comprende:

1.Texturizzazione (Texture): utilizzo di metodi fisici o chimici per strutturare la superficie del wafer di silicio, migliorando l'assorbimento della luce.

2. Diffusione del boro (Diffusione LP-BBr₃): utilizzo di gas tribromuro di boro a bassa pressione per la diffusione del boro di tipo P per formare la zona di emettitore.

3.Emettitore selettivo laser: applicazione della tecnologia laser per trattare la superficie del wafer di silicio, creando aree di emettitore selettivo.

4. Isolamento chimico dei bordi: rimozione del materiale in eccesso sui bordi del wafer di silicio mediante mezzi chimici, per ridurre i difetti superficiali.

5.Ossidazione TOPCon: crescita di uno strato di ossido sulla superficie del wafer di silicio per la passivazione superficiale e la riduzione della ricombinazione della coppia elettrone-lacuna.

6.TOPCon PECVD: Deposizione di uno strato di ossido tunnel e di uno strato di silicio policristallino utilizzando la tecnologia PECVD per formare contatti passivati.

7.TOPCon ricottura ad alta temperatura (TOPCon: ricottura ad alta T): attivazione dello strato di ossido tunnel e dello strato di silicio policristallino attraverso un trattamento di ricottura ad alta temperatura per migliorare l'efficienza della cella.

8.Deposizione di allumina (fronte Al₂O₃): Deposizione di uno strato di allumina sul lato anteriore del wafer per migliorare ulteriormente la passivazione superficiale.

9. Deposizione di nitruro di silicio (PECVD SiNx anteriore e posteriore): deposizione di strati di nitruro di silicio sui lati anteriore e posteriore del wafer per passivazione e antiriflesso.

10.Stampa: utilizzo della tecnologia serigrafica per stampare elettrodi metallici sul wafer di silicio.

11. Sinterizzazone: incollaggio degli elettrodi metallici con il wafer di silicio mediante sinterizzazione ad alta temperatura per formare collegamenti elettrici.

12.Test e selezione: testare le prestazioni delle celle finite e selezionarle in base all'efficienza.

Questo processo massimizza l'utilizzo dei metodi di produzione tradizionali esistenti per le celle di tipo P, richiedendo solo l'aggiunta di apparecchiature per la diffusione del boro e la deposizione di film sottile, semplificando il processo di produzione delle celle e riducendo la difficoltà della produzione di massa. La tecnologia TOPCon è altamente compatibile con le linee di produzione PERC, aggiungendo i processi di diffusione del boro e tunnel layer + p-Poly layer, mentre gli altri passaggi continuano essenzialmente quelli delle linee di produzione PERC.

Confronto tra la tecnologia N-TOPCon e PERC

Vantaggi della tecnologia TOPCon

• Alta efficienza di conversione: le celle TOPCon si distinguono per l'elevata efficienza di conversione. L’efficienza della produzione di massa delle celle TOPCon può attualmente raggiungere il 24,5%-25%, che è superiore all’attuale efficienza media di conversione della produzione di massa del 23,2% per le celle PERC. Dato che il limite teorico di efficienza di conversione è superiore al 24,5%, ciò suggerisce che le celle TOPCon hanno un potenziale di miglioramento maggiore.
• Generazione di energia complessiva migliorata: rispetto alle celle PERC, le celle TOPCon hanno un fattore bifacciale più elevato, che può migliorare la generazione di energia complessiva. Il fattore bifacciale dei pannelli solari TOPCon può arrivare fino all'85%, significativamente superiore al 70% dei componenti PERC. Ciò significa che il guadagno di potenza può aumentare fino al 2%.
• Periodo di garanzia di potenza esteso: il substrato in silicio delle celle di tipo N è drogato con fosforo, evitando la perdita di cattura di elettroni causata dalle coppie boro-ossigeno, eliminando quasi del tutto la degradazione indotta dalla luce e garantendo un periodo di garanzia di potenza più lungo.
• Compatibilità di aggiornamento con investimenti ridotti in attrezzature: TOPCon è compatibile con le linee di produzione PERC e può essere aggiornato in base alle linee PERC. Rispetto al PERC, l'attrezzatura aggiunta o sostituita include la diffusione del boro per la preparazione di strati di ossido di tunnel e polisilicio, mentre il resto del processo è ampiamente compatibile con le linee di produzione del PERC.

Applicazioni dei moduli solari TOPCon

Alta efficienza per uso residenziale e commerciale : adatto per sistemi solari montati su tetto o a terra, fornisce energia pulita e rinnovabile per case, aziende o strutture industriali.

Centrali solari su scala industriale : nei grandi campi di energia solare, i pannelli solari TOPCon, grazie alla loro elevata efficienza, possono generare più energia in uno spazio limitato, rendendoli ideali per applicazioni di generazione di energia su larga scala, contribuendo a ridurre il costo per unità di energia. elettricità.

Applicazioni agricole : i pannelli TOPCon possono alimentare attrezzature agricole, come pompe dell'acqua e sistemi di irrigazione, soprattutto in aree remote o off-grid, fungendo da soluzione energetica indipendente per aiutare gli agricoltori ad aumentare la produttività agricola.

Stazioni di ricarica per veicoli elettrici : con la crescente popolarità dei veicoli elettrici, la domanda di soluzioni energetiche sostenibili è in crescita. I pannelli solari TOPCon possono fornire energia pulita per le stazioni di ricarica dei veicoli elettrici, promuovendo lo sviluppo del trasporto verde.

Fotovoltaico integrato negli edifici (BIPV) : i pannelli solari che utilizzano la tecnologia TOPCon possono essere integrati nella progettazione degli edifici, fungendo da materiali da costruzione, non solo fornendo energia ma anche migliorando l'aspetto estetico degli edifici.

Aree costiere: grazie alla loro elevata durata, i pannelli solari TOPCon sono adatti anche per l'uso in aree offshore o costiere, dove possono essere presenti livelli più elevati di nebbia salina e umidità.

Previsioni di sviluppo futuro per i moduli solari TOPCon

Si prevede che le celle solari TOPCon registreranno una crescita significativa del mercato tra il 2023 e il 2030, grazie alla loro elevata efficienza di conversione e prestazioni durevoli. Man mano che la tecnologia matura e la produzione aumenta, si prevede che i costi diminuiranno ulteriormente, aumentando la penetrazione nel mercato dei moduli TOPCon nelle grandi centrali elettriche fotovoltaiche e nelle applicazioni commerciali. Il supporto politico e le tendenze dello sviluppo sostenibile stanno accelerando ulteriormente l’adozione della tecnologia TOPCon. Si prevede che la domanda globale per la tecnologia TOPCon continuerà a crescere con la crescente necessità di soluzioni energetiche pulite, soprattutto nelle regioni con abbondante luce solare. Ciò stimolerà l’innovazione tecnologica e l’espansione del mercato nel settore fotovoltaico.

Riferimento:

Prodotti TOPCon di Maysun Solar

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