PERC در مقابل TOPCon در مقابل HJT در مقابل BC: چرا سلول‌های خورشیدی این‌قدر متفاوت هستند
فهرست مطالب
پاسخ سریع: PERC، TOPCon، HJT و BC عمدتاً در آنچه در سطح سلول و تماس پشتی رخ می‌دهد متفاوت هستند، نه در ویفر سیلیکونی زیرین. PERC پشت یک سلول نوع p را غیرفعال می‌کند و تماس‌های موضعی را از طریق آن باز می‌کند. TOPCon یک اکسید تونل فوق‌نازک، حدود 2 nm، زیر یک لایه پلی‌سیلیکون دوپ‌شده قرار می‌دهد تا حامل‌ها از یک سطح غیرفعال‌شده تونل بزنند، که ولتاژ مدار باز را افزایش می‌دهد. HJT لایه‌های نازک سیلیکون آمورف را روی هر دو وجه رسوب می‌دهد و از دمای فرآیند پایین‌تر استفاده می‌کند. BC هر دو تماس را به پشت منتقل می‌کند و سایه‌اندازی شینه جلویی را کاملاً حذف می‌کند. پیامد برای یک تولیدکننده این است که هر مسیر مجموعه متفاوتی از مراحل فرآیند افزوده‌شده و سطح متفاوتی از سازگاری با خطوط موجود را ایجاب می‌کند — TOPCon عمدتاً به دیفیوژن و رسوب‌دهی افزوده نیاز دارد، در حالی که HJT کل توالی حرارتی را جایگزین می‌کند. این تفاوت سازگاری خط توضیح می‌دهد که چرا صنعت به شکلی که converged کرد.
تولید ماژول PV · توسط جری، Ooitech
سوال اصلی این شماره
از نوع P تا نوع N، از PERC تا TOPCon، HJT و BC، این حروف واقعاً به چه معنا هستند؟ چه مشکلات متفاوتی را حل می‌کنند و متخصصان زنجیره تأمین هنگام انتخاب آنها باید به چه نکاتی توجه کنند؟
تامین‌کننده A می‌گوید: «ماژول TOPCon ما به بازدهی ۲۲.۵٪ می‌رسد، یک درصد بالاتر از PERC.» تامین‌کننده B می‌گوید: «ماژول HJT ما ضریب دمایی بهتری دارد و در شرایط گرم توان بیشتری تولید می‌کند.» تامین‌کننده C می‌گوید: «ماژول BC ما هیچ خط شبکه‌ای در جلو ندارد، تمیزتر به نظر می‌رسد و برای پروژه‌های توزیع‌شده مناسب است.»
پس چگونه باید آنها را مقایسه کنید؟ اگر فقط به قیمت و بازدهی اسمی نگاه کنید، مواردی را که واقعاً مهم هستند از دست می‌دهید:
مسیرهای فناوری مختلف بازده تولید انبوه متفاوتی دارند که بر ثبات تحویل تأثیر می‌گذارد.
مصرف خمیر نقره متفاوت است (HJT بیشتر است) که بر روند هزینه و ریسک تامین تأثیر می‌گذارد.
مکانیسم‌های تخریب متفاوت هستند (نوع P دارای LID، نوع N دارای LeTID) که بر ادعاهای گارانتی تأثیر می‌گذارد.
دمای فرآیند متفاوت است (HJT یک فرآیند دمای پایین است) که بر تجهیزات، آستانه سرمایه‌گذاری و چشم‌انداز کلی تامین‌کننده تأثیر می‌گذارد.
این شماره به شما کمک می‌کند یک چارچوب کامل برای مقایسه مسیرهای فناوری بسازید.
درک آن در یک جمله
PERC اوج فناوری نوع P (غیرفعال‌سازی پشتی) است، TOPCon مسیر اصلی تولید انبوه نوع N (غیرفعال‌سازی تماسی) است، HJT مسیر با عملکرد بالا و دمای پایین (غیرفعال‌سازی پیوندگاه ناهمگن) است، و BC الکترودها را به پشت منتقل می‌کند به عنوان یک راه‌حل زیبایی‌شناختی. آنها مشکل یکسانی را از زوایای مختلف حل می‌کنند: کاهش تلفات بازدهی.
یک تشبیه ساده
کاهش بازده سلول خورشیدی مانند یک ساختمان پنج طبقه است که در هر طبقه آب نشت می‌کند:
نشت طبقه اول (تلفات جذب): نور مستقیماً عبور می‌کند بدون اینکه جذب شود.
نشت طبقه دوم (تلفات گرمایشی): انرژی اضافی فوتون‌های پرانرژی به گرما تبدیل می‌شود.
نشت طبقه سوم (تلفات بازترکیب): الکترون‌ها و حفره‌ها قبل از جداسازی بازترکیب می‌شوند.
نشت طبقه چهارم (تلفات مقاومتی): جریان در سلول و الکترودها با مقاومت مواجه شده و به گرما تبدیل می‌شود.
نشت طبقه پنجم (تلفات سایه): الکترودهای جلویی بخشی از نور خورشید را مسدود می‌کنند.
PERC عمدتاً طبقه سوم (بازترکیب پشتی) را تعمیر می‌کند. TOPCon عمدتاً بخش تماس طبقه سوم (بازترکیب تماسی) را تعمیر می‌کند. HJT تقریباً به طور کامل طبقه سوم (غیرفعال‌سازی سطح مشترک) را بازسازی می‌کند. BC عمدتاً طبقه پنجم (انتقال الکترودها به پشت برای حذف سایه) را تعمیر می‌کند.
نکته زنجیره تأمین: مسیرهای مختلف طبقات متفاوتی را تعمیر می‌کنند، اما هزینه و دشواری تعمیر هر طبقه متفاوت است. چیزی که انتخاب می‌کنید فقط یک عدد بازده نیست، بلکه یک معامله است: «کجا سرمایه‌گذاری کنید، چقدر تلفات را می‌توانید ذخیره کنید و چه قیمتی می‌پردازید.»
اصول حرفه‌ای
نوع P در مقابل نوع N: انتخاب زیرلایه
| مورد | ویفر نوع P | ویفر نوع N |
|---|---|---|
| دوپینگ | بور | فسفر |
| حامل اکثریت | حفره | الکترون |
| تخریب LID | محسوس‌تر (بازترکیب بور-اکسیژن) | کمتر |
| حساسیت به ناخالصی | بیشتر | کمتر (عمر حامل اقلیت بالاتر) |
| فناوری نماینده | PERC | TOPCon, HJT, برخی BC |
روند: نوع N در حال جایگزینی نوع P به عنوان جریان اصلی است، زیرا عمر حامل اقلیت ویفرهای نوع N بالاتر است (الکترون‌ها «طولانی‌تر» زندگی می‌کنند) و همراه با غیرفعال‌سازی پیشرفته‌تر می‌تواند به بازده بالاتری دست یابد.
PERC: افزودن یک لایه محافظ در پشت
PERC مخفف سلول با امیتر غیرفعال و پشت سلول است. در پشت یک سلول نوع P سنتی، موارد زیر را اضافه می‌کند:
یک لایه غیرفعال‌سازی Al2O3 (اکسید آلومینیوم) برای کاهش بازترکیب پشتی.
یک لایه محافظ SiNx (نیترید سیلیکون) برای افزایش بازتاب پشتی، که فوتون‌های جذب‌نشده را برای شانس دوم جذب بازمی‌گرداند.
تلفات اصلی برطرف‌شده: بازترکیب پشتی و تلفات انتقال پشتی.
ویژگی‌های زنجیره تأمین: بالغ‌ترین فناوری، کامل‌ترین زنجیره تأمین، کمترین هزینه، اما سقف بازدهی حدود 23.5%. بزرگترین پایگاه نصب‌شده با آسان‌ترین قطعات یدکی و جایگزینی.
TOPCon: یک گیت تماس دقیق
TOPCon مخفف تماس غیرفعال‌شده با اکسید تونلی است. ساختار کلیدی: در پشت یک ویفر نوع N، یک لایه اکسید بسیار نازک (SiO2، حدود 1-2 نانومتر) ساخته می‌شود، سپس با یک لایه پلی‌سیلیکون دوپ‌شده پوشانده می‌شود.
لایه اکسید مانند یک گیت عمل می‌کند و حامل‌های اقلیت (حفره‌ها) را از بازترکیب مسدود می‌کند در حالی که به حامل‌های اکثریت (الکترون‌ها) اجازه تونل‌زنی می‌دهد (این همان "تونل‌زنی" است).
لایه پلی‌سیلیکون دوپ‌شده تماس الکتریکی خوبی فراهم می‌کند و مقاومت تماس را کاهش می‌دهد.
تلفات اصلی برطرف‌شده: بازترکیب در ناحیه تماس فلزی و مقاومت تماس.
ویژگی‌های زنجیره تأمین: سازگاری بالا با خطوط PERC (قابل ارتقا) و در حال حاضر مسیر اصلی تولید انبوه نوع N. مراقب مصرف خمیر نقره، بازده فرآیند لایه اکسید و داده‌های تخریب باشید.
HJT: دو لایه محافظ که یک ویفر را در میان گرفته‌اند
HJT مخفف فناوری هتروجانکشن است. ساختار: در دو طرف یک ویفر کریستالی نوع N، یک لایه سیلیکون آمورف ذاتی (i-a-Si:H) به عنوان غیرفعال‌سازی رسوب داده می‌شود، سپس با یک لایه سیلیکون آمورف دوپ‌شده و در نهایت یک اکسید رسانای شفاف (TCO) پوشانده می‌شود.
"هترو" به معنای دو ماده نیمه‌هادی متفاوت (سیلیکون کریستالی و سیلیکون آمورف) است.
دو لایه i-a-Si:H غیرفعال‌سازی سطحی عالی فراهم می‌کنند.
کل فرآیند در دمای پایین (کمتر از 200 درجه سانتی‌گراد، در حالی که PERC/TOPCon به 800+ درجه سانتی‌گراد نیاز دارند) انجام می‌شود.
تلفات اصلی برطرف‌شده: بازترکیب سطحی و تلفات دما (ضریب دمایی پایین‌تر، عملکرد بهتر در گرما).
ویژگی‌های زنجیره تأمین: راندمان بالا و رفتار دمایی خوب، اما سرمایه‌گذاری تجهیزات زیاد، مصرف بالای خمیر نقره و نیاز به هدف‌ها (ITO برای TCO). فرآیند دمای پایین به این معنی است که با خطوط دمای بالا موجود ناسازگار است و نیاز به ظرفیت جدید دارد.
BC / IBC: انتقال الکترودها به پشت
BC مخفف Back Contact و IBC مخفف Interdigitated Back Contact است. جلوی یک سلول سنتی دارای خطوط شبکه فلزی (الکترود) است که حدود 5-7٪ از نور خورشید را مسدود می‌کند. فناوری BC تمام الکترودهای مثبت و منفی را در پشت قرار می‌دهد و جلو را کاملاً بدون سایه می‌گذارد.
نحوه کار: نواحی P+ و N+ به طور متناوب در پشت قرار می‌گیرند تا اتصالات PN موضعی تشکیل دهند، با الکترودهای مثبت و منفی به صورت درهم‌رفته.
تلفات اصلی برطرف شده: سایه‌اندازی الکترود جلو.
ویژگی‌های زنجیره تأمین: جلوی تمیز (بدون خطوط شبکه) و راندمان بالا، اما فرآیند پیچیده، چالش‌های بازدهی زیاد و موانع ثبت اختراع فراوان. مناسب بازار توزیع‌شده سطح بالا است.
نمای کلی نقشه تلفات راندمان
| نوع تلفات | اصل | PERC | TOPCon | HJT | BC |
|---|---|---|---|---|---|
| تلفات جذب | فوتون‌ها عبور/بازتاب می‌کنند | بازتاب پشت بهبود یافته | یکسان | یکسان | بدون سایه‌اندازی جلو |
| تلفات گرمایشی | انرژی اضافی فوتون‌های پرانرژی به گرما تبدیل می‌شود | یکسان (وابسته به شکاف باند، تغییر آن با مسیر دشوار است) | یکسان | یکسان | یکسان |
| بازترکیب سطحی | نقص‌های سطحی حامل‌ها را به دام می‌اندازند | غیرفعال‌سازی جلو | جلو + پشت | غیرفعال‌سازی عالی دو طرفه | بستگی به زیرلایه دارد |
| بازترکیب تماسی | بازترکیب در تماس فلزی | — | اکسید تونلی | جداسازی سیلیکون آمورف | بستگی به طراحی دارد |
| تلفات مقاومتی | گرمایش مسیر جریان | استاندارد | کمتر (تماس پلی‌سیلیکون) | بستگی به کیفیت TCO دارد | مسیر پشت طولانی‌تر |
| تلفات سایه‌اندازی | سایه‌اندازی الکترود جلو | بله | بله | بله | تقریبا هیچ |
| افت دما | کاهش راندمان در دمای بالا | متوسط | بهتر | بهترین | بهتر |
راهنمای تصویری
شکل 1: مقایسه نوع P و نوع N
ستون چپ (رنگ‌های آبی): ویفر نوع P، دوپینگ بور، حامل‌های اکثریت حفره‌ها، تخریب LID قابل توجه‌تر، فناوری نماینده PERC. ستون راست (رنگ‌های سبز): ویفر نوع N، دوپینگ فسفر، حامل‌های اکثریت الکترون‌ها، طول عمر حامل اقلیت بالاتر، فناوری نماینده TOPCon/HJT/BC. تفاوت اساسی بین نوع P و نوع N در عنصر دوپینگ و نوع حامل اکثریت است و نوع N به دلیل طول عمر حامل بیشتر همراه با غیرفعال‌سازی پیشرفته می‌تواند به راندمان بالاتری دست یابد.
شکل 2: مقایسه مقطع عرضی PERC / TOPCon / HJT / BC
چهار ستون، هر یک مقطع عرضی یک سلول را نشان می‌دهد، با موقعیت اتصال PN که با دایره خط چین قرمز مشخص شده است. PERC و TOPCon اتصال PN خود را در جلو دارند، HJT دارای هتروجانکشن در هر دو طرف است و BC اتصال PN خود را کاملاً در پشت دارد. خواندن زنجیره تامین: لایه‌های بیشتر به معنای مراحل فرآیند بیشتر و چالش‌های بازدهی بیشتر است. HJT کمترین لایه را دارد اما از فیلم‌های نازک دمای پایین استفاده می‌کند، TOPCon تعداد لایه‌های متوسطی دارد که نزدیک‌ترین به خطوط موجود است و BC پیچیده‌ترین ساختار پشتی را دارد.
شکل 3: نقشه تلفات راندمان خورشیدی
نبرد مسیرهای فناوری عمدتاً در مورد بهبود تلفات در حلقه‌های دوم و سوم است. هیچ فناوری واحدی نمی‌تواند همه تلفات را به طور همزمان به طور کامل حل کند. خواندن زنجیره تامین: وقتی شکاف راندمان بین دو فناوری را مقایسه می‌کنید، به وضوح بپرسید که تفاوت از کدام لایه تلفات ناشی می‌شود، زیرا این تعیین می‌کند که آیا شکاف واقعی است یا فقط یک نتیجه آزمایشگاهی و آیا در شرایط مختلف مانند دمای بالا یا نور ضعیف پایدار است یا خیر.
اصطلاحات کلیدی در این شماره
| اصطلاح | انگلیسی | توضیح یک خطی | چرا زنجیره تامین باید بداند |
|---|---|---|---|
| PERC | سلول پشتی با امیتر غیرفعال | یک لایه غیرفعال‌سازی در پشت سلول نوع P برای کاهش بازترکیب اضافه شده است | بزرگترین پایگاه نصب شده، بالغ‌ترین زنجیره تامین، آسان‌ترین جایگزینی |
| TOPCon | تماس اکسید تونلی غیرفعال شده | یک سلول نوع N که از اکسید تونلی برای کاهش بازترکیب تماس استفاده می‌کند | مسیر اصلی فعلی نوع N، مراقب بازده و مصرف خمیر نقره باشید |
| HJT | فناوری هتروجانکشن | هتروجانکشن سیلیکون کریستالی-آمورف با غیرفعال‌سازی دوطرفه | پتانسیل بازده بالا، سرمایه‌گذاری تجهیزات زیاد، مراقب مصرف نقره و اهداف باشید |
| BC/IBC | تماس پشتی / تماس پشتی متقاطع | الکترودها کاملاً به پشت منتقل شده‌اند تا سایه‌اندازی حذف شود | فرآیند پیچیده، چالش بازده، محدودیت‌های ثبت اختراع |
| غیرفعال‌سازی | غیرفعال‌سازی | پوشش سطح سیلیکون با یک لایه ماده برای کاهش نقص‌ها و بازترکیب | کیفیت غیرفعال‌سازی تعیین‌کننده تخریب و عمر است |
| خمیر نقره | خمیر نقره | خمیر حاوی نقره برای ساخت خطوط شبکه الکترود رسانا | قیمت نقره بر هزینه سلول تأثیر می‌گذارد، مصرف نقره در HJT یک نگرانی است |
| LID | تخریب ناشی از نور | نور باعث افت بازده در ماژول‌های نوع P می‌شود | LID باید در گارانتی ماژول نوع P در نظر گرفته شود |
| LeTID | تخریب ناشی از نور و دمای بالا | تخریب ناشی از نور و دمای بالا که نوع N نیز ممکن است تجربه کند | یک نگرانی تخریب برای ماژول‌های نوع N |
باورهای غلط رایج
باور غلط 1: TOPCon فقط یک PERC ارتقا یافته است. درک صحیح: TOPCon از ویفرهای نوع N استفاده می‌کند (PERC از نوع P) و مفهوم طراحی تماس غیرفعال کاملاً با PERC متفاوت است. اگرچه برخی خطوط PERC می‌توانند به TOPCon ارتقا یابند، اما این دو نسل فناوری متفاوت هستند.
باور غلط 2: HJT می‌تواند به طور کامل جایگزین TOPCon شود. درک صحیح: HJT بازده بالا و دمای فرآیند پایینی دارد، اما سرمایه‌گذاری تجهیزات زیاد، مصرف خمیر نقره بالا (حدود دو برابر TOPCon) و نیاز به اهداف دارد. هر کدام سناریوهای مناسب و گروه‌های مشتری خود را دارند.
باور غلط ۳: فناوری با بالاترین بازده لزوماً بهترین است. درک صحیح: باید به هزینه کل نگاه کرد، از جمله بازده تولید انبوه، هزینه مواد (به ویژه نقره و هدف‌ها)، تخریب، ضریب دما، پاسخ در نور کم و پایداری عرضه. بازده نامی تنها یک بعد ارزیابی فنی است.
باور غلط ۴: ماژول BC خطوط شبکه جلویی ندارد، بنابراین بازده آن باید بالاترین باشد. درک صحیح: BC الکترودها را به پشت منتقل می‌کند و تلفات سایه‌اندازی جلو را حذف می‌کند، اما فرآیند پشت پیچیده‌تر و مسیر مقاومت پشت طولانی‌تر است. مزیت بازده BC در شرایط خاص واضح است، اما در هر سناریویی بهینه نیست.
نقاط تمرکز زنجیره تأمین
انتخاب مسیر فناوری به معنای انتخاب پایداری عرضه برای ۵-۱۰ سال آینده است.
ظرفیت و عرضه: PERC بیشترین ظرفیت را دارد اما با TOPCon جایگزین می‌شود. هنگام ارزیابی تأمین‌کنندگان، به سهم ظرفیت N-type و پیشرفت افزایش ظرفیت آنها توجه کنید.
وابستگی به خمیر نقره: نقره دومین هزینه بزرگ در سلول پس از ویفر است. مصرف نقره HJT یک گلوگاه هزینه است که صنعت زیر نظر دارد (خمیر نقره دمای پایین گران‌تر است).
تخریب و گارانتی: ماژول‌های N-type معمولاً تخریب کمتری نسبت به P-type دارند، اما عملکرد LeTID بین تولیدکنندگان متفاوت است. در مذاکرات گارانتی، منحنی تخریب خاص را دریافت کنید.
تطبیق قطعات یدکی: ماژول‌های جایگزین باید با مسیر فناوری اصلی و پارامترهای دسته مطابقت داشته باشند. اتصال ماژول‌هایی با طراحی‌های مختلف اتصال PN به صورت سری باعث تلفات عدم تطابق می‌شود.
ریسک ثبت اختراع: پتنت‌های فناوری BC در چند شرکت متمرکز است، بنابراین جایگزینی داخلی و بازار قطعات یدکی برای زنجیره تأمین ممکن است محدود باشد.
نکته زنجیره تأمین: انتخاب مسیر فناوری ماژول فقط مربوط به بازده و قیمت امروز نیست، بلکه پیش‌بینی پایداری عرضه و در دسترس بودن قطعات یدکی در ۲۵ سال آینده است. TOPCon در حال حاضر انتخاب "با قطعیت بالا"، HJT انتخاب "با پتانسیل آینده بالا" و BC انتخاب "با ارزش بالا در سناریوهای خاص" است.
یک جمله آن را ببرید
PERC پشت را تعمیر می‌کند، TOPCon تماس را تعمیر می‌کند، HJT رابط را تعمیر می‌کند و BC سایه‌اندازی را تعمیر می‌کند. منطق زیربنایی رقابت بین این چهار فناوری، وصله کردن نقاط مختلف روی نقشه تلفات بازده است و تصمیم خرید شما یک تعادل چندهدفه بین بلوغ، هزینه، بازده و امنیت عرضه است.
دیدگاه Ooitech
Ooitech معتقد است: PERC، TOPCon، HJT و BC یک مسابقه برای یک عدد بازدهی واحد نیستند، بلکه چهار وصله متفاوت روی نقشه تلفات بازدهی هستند و انتخاب هوشمندانه آن است که بلوغ، هزینه، بازدهی و امنیت تامین بلندمدت را متعادل کند.
