Сравнение производительности при слабом освещении: TOPCon, BC и HJT на основе реальных данных
Содержание
Введение
Номинальная мощность — это паспортное значение; реакция на слабый свет — это реальная производительность. В большинстве регионов мира облученность остается ниже 1000 Вт/м² более 90% времени. Только два-три часа около солнечного полудня приближаются к условиям STC. Восход, закат, облачное небо, дождь — элементы проводят большую часть своей рабочей жизни при слабом освещении. Высокая номинальная эффективность не гарантирует высокую реальную отдачу. Сегодня мы разбираем реакцию на слабый свет: кто выигрывает по физике, кто оказывается сильнее в полевых условиях и как оценить качество элемента при слабом освещении прямо на производственной линии.
Физика реакции на слабый свет: кто меньше утекает и рекомбинирует
Из эквивалентной схемы диода коренная причина падения эффективности при слабом освещении проста: фотогенерированный ток уменьшается, но утечка и рекомбинация не уменьшаются пропорционально, поэтому их относительная доля растет.
Наиболее критический фактор: шунтирующее сопротивление Rsh
При слабом освещении фотогенерированный ток резко падает, но ток утечки остается примерно постоянным (он зависит от напряжения и Rsh). Большая доля тока утечки снижает Voc, что тянет вниз FF, что снижает эффективность.
Чем выше Rsh (чем меньше утечка), тем лучше реакция на слабый свет. Это основной физический фактор.
| Тип ячейки | Характеристики Rsh | Производительность при слабом освещении |
|---|---|---|
| HJT | Пассивирующий слой i-a-Si:H с отличной изоляцией, чрезвычайно низкая рекомбинация на границе раздела | Лучшая |
| TOPCon | Положительный и отрицательный полюса разделены по передней и задней сторонам, мало зон изоляции краев, контролируемые пути утечки | Хорошая |
| BC | Задняя интердигитальная структура, множество изолирующих канавок P⁺/N⁺, повышенный риск краевой утечки | Слабее |
Вторичный фактор: коэффициент идеальности n
Коэффициент идеальности отражает механизм рекомбинации: n=1 для идеального диффузионного тока, n=2, когда доминирует рекомбинация в области обеднения. Чем больше n, тем сильнее потери на рекомбинацию при слабом освещении. Пассивированный контакт TOPCon дает n≈1.1-1.2, задний интердигитальный PN-переход BC имеет больше каналов рекомбинации на границе раздела при n≈1.2-1.4, а пассивация аморфным кремнием HJT превосходна при n≈1.0-1.1.
Последовательное сопротивление Rs здесь менее важно. Потери мощности на Rs равны I²R; при слабом освещении ток мал, поэтому их относительное влияние ослабевает.
Почему BC слабее при слабом освещении: структурная причина
BC размещает как положительный, так и отрицательный электроды на задней стороне, что требует множества изолирующих канавок между областями P⁺ и N⁺ для электрической изоляции. Эти канавки создают две проблемы:
Риск краевой утечки: Травление канавок может повредить кремниевую подложку и создать пути утечки. Одна задняя поверхность BC содержит сотни изолирующих канавок, каждая из которых является потенциальным путем утечки.
Рекомбинация на границе раздела: Площадь границы раздела P⁺/N⁺ в задней интердигитальной структуре увеличивается, добавляя центры рекомбинации и повышая коэффициент идеальности n.
Это неотъемлемая структурная проблема, а не вопрос «кто сделал плохо». Оптимизация процесса (контроль морфологии канавок, улучшение пассивирующих слоев) может помочь, но структура ставит BC в естественное невыгодное положение в этом аспекте.
Причина, по которой HJT показывает наилучшие результаты при слабом освещении, противоположна: внутренний пассивирующий слой аморфного кремния i-a-Si:H обеспечивает выдающуюся поверхностную пассивацию, низкую плотность поверхностных состояний, самое высокое Rsh и наименьший коэффициент идеальности.
Полевые данные: TOPCon превосходит BC по выходной мощности на ватт при слабом освещении
Полевые данные нескольких испытательных институтов указывают в одном направлении:
| Испытательный институт | Местоположение | Сценарий | Выигрыш TOPCon над BC при слабом освещении |
|---|---|---|---|
| CPVT | Иньчуань, Нинся | Утренние/вечерние периоды слабого освещения | Облачность +3,89%, солнечно +2,33% |
| CPVT | Иньчуань, Нинся | Экстремально низкая освещенность (0-100 Вт/м²) | +4.38% |
| TÜV Nord | Кагосима, Япония | <400 Вт/м² | +10.79% |
| TÜV Rheinland | Чэнду | 90% пасмурных/дождливых дней | +2,37%, утренний/вечерний пик +7,18% |
| CGC | Хайнань | 127 дней, включая 76 дождливых | +7.83% |
| State Grid | Чжанбэй | 200 Вт/м² | +2.6% |
В условиях низкой освещенности выработка на ватт у TOPCon превышает показатели BC, и чем ниже освещенность, тем больше разрыв.
Но разброс внутри одного технологического направления также велик. Многостороннее сравнительное тестирование лаборатории Carbon Search Evaluation Lab показывает, что продукты BC теряют от 2,78% до 6,57% при низкой освещенности 200 Вт/м², в то время как TOPCon показывает от 2,14% до 4,72%. Разрыв между «лучшими продуктами» трех технологий меньше, чем разрыв между «хорошими и плохими продуктами» внутри одного направления.
Вывод для производства: при выборе уровень технологического процесса производителя так же важен, как и выбор технологического направления.
Не путайте температурный коэффициент с реакцией на низкую освещенность
Температурный коэффициент и реакция на низкую освещенность — два независимых параметра, которые легко перепутать.
| Параметр | Соответствующий сценарий | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| Температурный коэффициент | Высокотемпературные сценарии (модуль >50°C) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| Реакция на низкую освещенность | Сценарии низкой освещенности (<400 Вт/м²) | Лучшая | Хорошая | Слабее |
В жаркий пасмурный летний день высокая температура и низкая освещенность накладываются друг на друга, и HJT лидирует по обоим параметрам, усиливая свое преимущество. В холодный пасмурный зимний день низкая температура снижает влияние температурного коэффициента, и на первый план выходит реакция на низкую освещенность. Не используйте температурный коэффициент для объяснения работы при низкой освещенности и не делайте выводов о температурном коэффициенте на основе работы при низкой освещенности — это две разные физические величины.
Низкоосвещенная оптимизация и устойчивость к UVID не являются по своей сути взаимоисключающими. Низкая освещенность зависит от механизмов электрических потерь (Rsh, n), в то время как UVID зависит от стабильности материала (химические связи пассивирующего слоя, пленка инкапсулянта). Оба параметра могут быть улучшены отдельно путем независимой оптимизации.
Как оценить качество ячейки при низкой освещенности на производственной линии
Самый прямой показатель: шунтирующее сопротивление Rsh.
При I-V тестировании, чем выше Rsh ячейки, тем выше вероятность ее хорошей работы при низкой освещенности. Если в партии наблюдается широкое распределение Rsh с высокой долей ячеек с низким Rsh, выходная мощность при низкой освещенности обязательно пострадает.
Особое примечание для линий BC: ячейки с аномальными яркими пятнами в областях изоляционных канавок на EL-изображениях, скорее всего, имеют низкий Rsh. Это соответствует упомянутой ранее "утечке на краю канавки" — проблеме, к которой структура естественно предрасположена.
Линии TOPCon: Rsh выше 1000 Ом·см² обычно нормально; ниже 500 требует исследования краевой изоляции или проколов в пассивирующем слое. Ячейки с отличным поведением при низкой освещенности обычно показывают Rsh выше 3000.
Линии HJT: Rsh естественно высок, и выше 5000 — обычное дело. Но низкий Rsh на ячейке HJT обычно означает, что что-то пошло не так на интерфейсе TCO и a-Si:H.
Резюме
Физический баланс низкоосвещенного отклика: HJT — лучший, TOPCon — хороший, BC сталкивается со структурными проблемами. Полевой баланс: при низкой освещенности выходная мощность на ватт у TOPCon действительно превышает BC, и чем ниже освещенность, тем шире разрыв. Но не судите только по технологическому маршруту — разрыв между хорошими и плохими продуктами на одном маршруте даже больше, чем разрыв между маршрутами.
Источники данных: CPVT Yinchuan field test (2025), TÜV Nord Kagoshima field test, TÜV Rheinland Chengdu field test, CGC Hainan field test, State Grid Zhangbei field test, Carbon Search Evaluation Lab multi-supplier comparison testing (2025).
Мнение Ooitech: Реальная выходная мощность при низкой освещенности, а не паспортная эффективность, является истинной мерой солнечного элемента, и шунтирующее сопротивление — единственный фактор, который определяет это больше всего.
