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Cos'è la tecnologia IBC per i moduli solari?
Cos'è la tecnologia IBC?
- l La cella IBC (Interdigitated Back Contact) è un tipo di giunzione posteriore in cui gli elettrodi metallici positivi e negativi sono disposti a forma di dita biforcute sul lato posteriore della cella, lontano dalla luce diretta.
- l Nella struttura di queste celle solari a contatto posteriore, la giunzione P-N è situata sul retro della cella, e la corrente segue un modello di trasmissione bidimensionale.
- l MWT (Metal Wrap Through) ed EWT (Emitter Wrap Through) rientrano anche nella categoria di celle solari a contatto posteriore. Tuttavia, poiché le loro giunzioni P-N sono sul lato anteriore della cella, vengono chiamate anche celle solari a contatto anteriore posteriore.
Struttura delle celle solari IBC
Lo strato principale delle celle solari IBC è il wafer di silicio c-Si di tipo n o p utilizzato come strato di assorbimento. Questo strato è creato dopando lo strato di silicio c-Si con boro o fosforo per produrre wafer dopati di tipo p o n. Successivamente, viene solitamente applicato uno strato antiriflesso e di passivazione fatto di SiO su uno o su entrambi i lati della cella solare.
Variazioni strutturali chiave nelle celle solari IBC includono l'introduzione di uno strato di diffusione caratterizzato dall'intersezione di strati di tipo n e p, consentendo l'installazione di contatti metallici sul retro.
Nell'ultimo passo, ciascun contatto metallico della cella solare IBC è posizionato sul retro della cella, garantendo che il fronte della cella sia completamente privo di materiale di ombreggiatura. Ciò consente anche una posizione più ampia dei contatti, riducendo così la resistenza in serie della cella.
La maggior parte delle celle solari IBC consiste principalmente di wafer di silicio c-Si come strato di assorbimento di tipo n, sebbene siano utilizzati anche wafer di tipo p. Il silicio monocristallino (mono c-Si) è la scelta più comune grazie alla sua maggiore efficienza, ma il silicio policristallino (poly c-Si) può essere utilizzato.
Viene applicato uno strato antiriflesso e di passivazione su uno o su entrambi i lati del wafer di silicio c-Si, utilizzando uno strato sottile di biossido di silicio (SiO2) applicato attraverso un processo di ossidazione termica. Altri materiali adatti come nitruro di silicio (SiNx) o nitruro di boro (BNx) possono essere utilizzati.
Per riposizionare i contatti anteriori sul retro della cella solare IBC, è necessario introdurre strati diffusi o intersecanti di tipo n+ e p+, noti anche come strati di diffusione. Per produrre questi strati, vengono applicati processi come la diffusione mascherata, l'impianto ionico o la dopatura laser con boro al wafer di tipo n, creando regioni dopate di tipo p mantenendo l'integrità dello strato di tipo n.
I contatti metallici possono essere posizionati utilizzando l’ablazione laser o metodi di deposizione chimica umida, con materiali metallici comunemente utilizzati come argento, nichel o rame, che fungono da contatti per le celle solari IBC.
Principio di funzionamento delle celle solari IBC
Le celle solari IBC, simili alle celle solari Al-BSF, generano energia solare attraverso l'effetto fotovoltaico. Il carico è collegato tra i terminali positivo e negativo del pannello solare IBC, convertendo i fotoni in energia elettrica, fornendo così energia solare al carico.
Come le normali celle solari, i fotoni impattano lo strato di assorbimento delle celle solari IBC, eccitando gli elettroni e creando coppie elettrone-buco (e-h). Poiché le celle solari IBC non hanno contatti metallici che ombreggiano il fronte del pannello, queste celle solari hanno una maggiore area per la conversione dell'impatto dei fotoni.
Le coppie elettrone-buco formate sul fronte delle celle solari IBC vengono quindi raccolte dallo strato interdigitato di tipo p sul retro. Gli elettroni raccolti fluiscono dal contatto metallico di tipo p al carico, generando elettricità, e poi ritornano alla cella solare IBC attraverso il contatto metallico di tipo n+, completando il ciclo e-h specifico.
Processi di produzione per celle IBC
Confronto tra le tecnologie dei pannelli solari PERC, TOPCon e IBC
Vantaggi della Tecnologia IBC
- l La parte anteriore della cella non ha uno schermo di linee metalliche, il che può eliminare la perdita di corrente dovuta all'ombreggiamento degli elettrodi metallici e massimizzare l'utilizzo dei fotoni incidenti. Rispetto alle celle solari convenzionali, la corrente di corto circuito può aumentare di circa il 7%.
- l Gli elettrodi positivi e negativi si trovano sul retro della cella, eliminando la necessità di uno schermo di linee di griglia. Le dimensioni delle linee di griglia possono essere opportunamente aumentate per ridurre la resistenza in serie e migliorare il fattore di riempimento (FF).
- l La passivazione superficiale e la struttura di trappola superficiale possono essere ottimizzate per ridurre il tasso di ricombinazione superficiale anteriore e la riflessione superficiale, migliorando così la tensione a circuito aperto (VOC) e la densità di corrente a corto circuito (ISC), poiché la parte anteriore non presenta problemi come ombreggiamento delle linee o contatto metallico.
- l Esteticamente gradevoli e particolarmente adatti per l'integrazione in edifici fotovoltaici, offrendo buone prospettive commerciali.
Sviluppo dell'efficienza delle
celle solari IBC
Le celle solari IBC utilizzano la tecnologia avanzata di Interdigitated Back Contact posizionando strategicamente i contatti sul retro per minimizzare l'ombreggiamento e le perdite di corrente, ottenendo così un'efficienza di conversione dell'energia senza pari.
Coefficiente di Temperatura Basso
I pannelli solari IBC mostrano una maggiore stabilità in ambienti ad alta temperatura rispetto ai pannelli tradizionali (coefficiente di temperatura di -0,29%/℃). Il loro design riduce al minimo la resistenza interna e la perdita di calore, contribuendo a mantenere un'efficienza di conversione più elevata in condizioni di temperatura elevata.
Prospettive Future dello Sviluppo delle Celle Solari IBC
Kopecek ha dichiarato a PV Magazine: "Entro il 2028, i moduli solari IBC potrebbero sostituire i TOPCon, attualmente il prodotto principale del mercato." La transizione verso i prodotti IBC potrebbe iniziare già nel 2025 e, entro il 2030, i prodotti tradizionali potrebbero gradualmente uscire dal mercato.
Kopecek ha espresso che la quota di mercato globale dei moduli solari IBC dovrebbe salire dal circa 2% nel 2022 al 6% circa nel 2026, raggiungendo potenzialmente il 20% entro il 2028 e superare il 50% entro il 2030.
Riferimenti:
https://www.pv-magazine.de/2022/11/03/zelltechnologie-ibc-koennte-topcon-bis-2028-vom-markt-verdraengen/
https://solarmagazine.com/solar-panels/ibc-solar-cells/
https://www.energiemagazin.com/photovoltaik/ibc-technologie-solarzellen/
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