مقایسه عملکرد در نور کم: TOPCon، BC
فهرست مطالب
پاسخ سریع: عملکرد در نور کم جایی است که خروجی واقعی یک ماژول تعیین می‌شود، زیرا بیشتر ساعات نصب‌شده در 1000 W/m2 نیستند. در مقایسه‌ای میان TOPCon، BC و معماری‌های قابل‌قیاس، تفاوت بین انواع سلول به‌صورت درصدی از خروجی در تابش کم ظاهر می‌شود: تحت شرایط تقریباً 100 W/m2، یک معماری حدود 4.38% خروجی نسبی در برابر 2.33% برای معماری دیگر اندازه‌گیری کرد. این شکاف از تفاوت پلاک نامی کوچک‌تر و از آنچه به نظر می‌رسد بزرگ‌تر است، زیرا بر هر ساعت کم‌نوری سال اعمال می‌شود. سازوکار آن مقاومت شنت و بازترکیب در غلظت حامل کم است — سلولی با بازترکیب بیشتر به‌طور متناسب در نور ضعیف بیشتر از دست می‌دهد. به همین دلیل ماژولی که در توان نامی تحت شرایط آزمون استاندارد برنده می‌شود، می‌تواند در مناطق دارای غبار، ابر یا تولید در اوایل صبح و اواخر بعدازظهر در بازده سالانه بازنده باشد.
تولید ماژول PV · توسط جری، Ooitech
مقدمه
توان نامی یک مقدار نامی است؛ پاسخ به نور کم عملکرد واقعی است. در بیشتر مناطق جهان، تابش برای بیش از ۹۰٪ زمان زیر ۱۰۰۰ وات بر متر مربع باقی می‌ماند. تنها دو یا سه ساعت حول ظهر خورشیدی به شرایط STC نزدیک می‌شود. طلوع خورشید، غروب، آسمان ابری، باران - سلول‌ها بیشتر عمر کاری خود را در نور کم سپری می‌کنند. بازده نامی بالا تضمین‌کننده خروجی واقعی بالا نیست. امروز پاسخ به نور کم را تجزیه و تحلیل می‌کنیم: چه کسی از نظر فیزیک برنده است، چه کسی در میدان قوی‌تر است، و چگونه کیفیت نور کم یک سلول را درست روی خط تولید قضاوت کنیم.
فیزیک پاسخ به نور کم: چه کسی کمتر نشت و بازترکیب می‌کند
از مدار معادل دیود، علت ریشه‌ای افت بازده در نور کم ساده است: جریان تولید شده نوری کوچک می‌شود، اما نشت و بازترکیب به طور متناسب کوچک نمی‌شوند، بنابراین سهم نسبی آنها افزایش می‌یابد.
مهم‌ترین عامل: مقاومت شنت Rsh
در نور کم، جریان تولید شده نوری به شدت کاهش می‌یابد، اما جریان نشت تقریباً ثابت می‌ماند (به ولتاژ و Rsh بستگی دارد). سهم بیشتر جریان نشت Voc را پایین می‌کشد، که FF را پایین می‌کشد، که بازده را کاهش می‌دهد.
هرچه Rsh بالاتر باشد (نشت کمتر)، پاسخ به نور کم بهتر است. این عامل فیزیکی اصلی است.
| نوع سلول | ویژگی‌های Rsh | عملکرد در نور کم |
|---|---|---|
| HJT | لایه غیرفعال‌سازی i-a-Si:H با عایق‌بندی عالی، بازترکیب سطحی بسیار کم | بهترین |
| TOPCon | قطب‌های مثبت و منفی در جلو و پشت تقسیم شده، مناطق جداسازی لبه کم، مسیرهای نشت قابل کنترل | خوب |
| BC | ساختار بین‌انگشتی پشتی، ترانشه‌های ایزولاسیون P⁺/N⁺ زیاد، افزایش خطر نشت لبه‌ای | ضعیف‌تر |
عامل ثانویه: ضریب ایده‌آلی n
ضریب ایده‌آلی مکانیسم بازترکیب را منعکس می‌کند: n=1 برای جریان انتشار ایده‌آل، n=2 زمانی که بازترکیب ناحیه تهی غالب است. هرچه n بزرگ‌تر باشد، تلفات بازترکیب در نور کم سنگین‌تر است. ساختار تماس غیرفعال TOPCon n≈1.1-1.2 می‌دهد، اتصال PN بین‌انگشتی پشتی BC کانال‌های بازترکیب سطح مشترک بیشتری در n≈1.2-1.4 دارد، و غیرفعال‌سازی سیلیکون آمورف HJT در n≈1.0-1.1 عالی است.
مقاومت سری Rs در اینجا اهمیت کمتری دارد. تلفات توان در Rs برابر I²R است؛ در نور کم جریان کوچک است، بنابراین تأثیر نسبی آن کاهش می‌یابد.
چرا BC در نور کم ضعیف‌تر است: یک دلیل ساختاری
BC هر دو الکترود مثبت و منفی را در پشت قرار می‌دهد و نیاز به ترانشه‌های ایزولاسیون متعدد بین نواحی P⁺ و N⁺ برای جداسازی الکتریکی دارد. این ترانشه‌ها دو مشکل ایجاد می‌کنند:
خطر نشت لبه‌ای: حکاکی ترانشه می‌تواند به زیرلایه سیلیکون آسیب زده و مسیرهای نشتی ایجاد کند. یک سطح پشتی BC دارای صدها ترانشه ایزولاسیون است که هر کدام یک مسیر نشت بالقوه هستند.
بازترکیب سطح مشترک: ناحیه سطح مشترک P⁺/N⁺ ساختار بین‌انگشتی پشتی بزرگ‌تر می‌شود و مراکز بازترکیب را اضافه کرده و ضریب ایده‌آلی n را افزایش می‌دهد.
این یک چالش ساختاری ذاتی است، نه یک سوال از "چه کسی آن را بد انجام داده است." بهینه‌سازی فرآیند (کنترل مورفولوژی ترانشه، بهبود لایه‌های غیرفعال‌سازی) می‌تواند کمک کند، اما ساختار BC را در این نقطه در معرض یک disadvantage طبیعی قرار می‌دهد.
دلیل عملکرد بهتر HJT در نور کم برعکس است: لایه غیرفعال‌سازی i-a-Si:H آمورف ذاتی، غیرفعال‌سازی سطحی عالی، چگالی حالت سطحی کم، بالاترین Rsh و کوچکترین ضریب ایده‌آلی را ارائه می‌دهد.
شواهد میدانی: TOPCon در خروجی بر وات در نور کم از BC بهتر است
داده‌های میدانی از چندین موسسه آزمایشی در یک جهت ثابت است:
| موسسه آزمایشی | مکان | سناریو | بهره TOPCon در مقابل BC در نور کم |
|---|---|---|---|
| CPVT | یینچوان، نینگشیا | دوره‌های نور کم صبح/عصر | ابری +3.89٪، آفتابی +2.33٪ |
| CPVT | یینچوان، نینگشیا | تابش بسیار کم (0-100 وات/متر مربع) | +4.38% |
| TÜV Nord | کاگوشیما، ژاپن | <400 وات/متر مربع | +10.79% |
| TÜV Rheinland | چنگدو | 90٪ روزهای ابری/بارانی | +2.37٪، اوج صبح/عصر +7.18٪ |
| CGC | هاینان | 127 روز شامل 76 روز بارانی | +7.83% |
| State Grid | ژانگبی | 200 وات/متر مربع | +2.6% |
در شرایط نور کم، خروجی برق به ازای هر وات TOPCon از BC بیشتر است و هرچه تابش کمتر باشد، شکاف بیشتر می‌شود.
اما تنوع درون یک مسیر فناوری نیز زیاد است. آزمایش مقایسه‌ای چندتأمین‌کننده توسط آزمایشگاه ارزیابی Carbon Search نشان می‌دهد که محصولات BC 2.78٪ تا 6.57٪ در تابش کم 200 وات/متر مربع از دست می‌دهند، در حالی که TOPCon از 2.14٪ تا 4.72٪. شکاف بین "بهترین محصولات" سه فناوری کمتر از شکاف بین "محصولات خوب در مقابل محصولات ضعیف" در یک مسیر است.
نتیجه عملی: هنگام انتخاب، سطح فرآیند یک تولیدکننده به اندازه انتخاب مسیر فناوری اهمیت دارد.
ضریب دما را با پاسخ نور کم اشتباه نگیرید
ضریب دما و پاسخ نور کم دو پارامتر مستقل هستند، اما به راحتی با هم اشتباه گرفته می‌شوند.
| پارامتر | سناریوی مرتبط | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| ضریب دما | سناریوهای دمای بالا (ماژول >50 درجه سانتی‌گراد) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| پاسخ نور کم | سناریوهای تابش کم (<400 وات/متر مربع) | بهترین | خوب | ضعیف‌تر |
در یک روز گرم تابستانی ابری، دمای بالا و نور کم با هم ترکیب می‌شوند و HJT در هر دو برتری دارد و مزیت آن را تشدید می‌کند. در یک روز سرد زمستانی ابری، دمای پایین تأثیر ضریب دما را کاهش می‌دهد و پاسخ نور کم پیشتاز می‌شود. از ضریب دما برای توضیح عملکرد نور کم استفاده نکنید و ضریب دما را از عملکرد نور کم استنباط نکنید—آنها دو کمیت فیزیکی مجزا هستند.
بهینه‌سازی نور کم و مقاومت در برابر UVID نیز ذاتاً از نظر فیزیکی لزوماً متقابلاً ناسازگار نیستند. نور کم به مکانیزم‌های تلفات الکتریکی (Rsh، n) بستگی دارد، در حالی که UVID به پایداری مواد (پیوندهای شیمیایی لایه غیرفعال‌سازی، لایه محافظ فیلم) وابسته است. این دو می‌توانند به‌طور جداگانه از طریق بهینه‌سازی مستقل بهبود یابند.
چگونه کیفیت نور کم یک سلول را در خط تولید قضاوت کنیم
مستقیم‌ترین شاخص: مقاومت شنت Rsh.
در تست I-V، هرچه Rsh سلول بالاتر باشد، احتمال عملکرد خوب آن در نور کم بیشتر است. اگر یک دسته توزیع گسترده Rsh با نسبت بالایی از سلول‌های Rsh پایین نشان دهد، قطعاً خروجی در نور کم آسیب خواهد دید.
نکته ویژه برای خطوط BC: سلول‌هایی که در تصاویر EL در نواحی ترانشه جداسازی لکه‌های روشن غیرعادی نشان می‌دهند، احتمالاً Rsh پایینی دارند. این مربوط به «نشت لبه ترانشه» است که قبلاً ذکر شد - مشکلی که ساختار به طور طبیعی مستعد آن است.
خطوط TOPCon: Rsh بالای 1000 Ω·cm² به طور کلی نرمال است؛ زیر 500 نیاز به بررسی جداسازی لبه یا سوراخ‌های ریز در لایه غیرفعال‌ساز دارد. سلول‌های با رفتار نور کم عالی معمولاً Rsh بالای 3000 نشان می‌دهند.
خطوط HJT: Rsh به طور طبیعی بالا است و بالای 5000 رایج است. اما Rsh پایین در سلول HJT معمولاً به معنای بروز مشکل در رابط TCO و a-Si:H است.
خلاصه
دفترچه فیزیک پاسخ نور کم: HJT بهترین است، TOPCon خوب است، BC با چالش‌های ساختاری مواجه است. دفترچه میدانی: در نور کم، خروجی بر وات TOPCon واقعاً از BC بیشتر است و هرچه تابش کمتر باشد، شکاف بیشتر می‌شود. اما صرفاً بر اساس مسیر فناوری قضاوت نکنید - شکاف بین محصولات خوب و بد در یک مسیر حتی بزرگ‌تر از شکاف بین مسیرها است.
منابع داده: آزمایش میدانی CPVT یینچوان (2025)، آزمایش میدانی TÜV Nord کاگوشیما، آزمایش میدانی TÜV Rheinland چنگدو، آزمایش میدانی CGC هاینان، آزمایش میدانی State Grid ژانگبی، آزمایش مقایسه‌ای چند تأمین‌کننده آزمایشگاه ارزیابی کربن (2025).
دیدگاه Ooitech: خروجی واقعی در نور کم، نه راندمان نامی، معیار واقعی یک سلول خورشیدی است و مقاومت شنت تنها عاملی است که بیش از همه آن را تعیین می‌کند.
