Сравнение производительности при слабом освещении: TOPCon, BC
Содержание
Краткий ответ: Низкая освещённость — это то, где решается реальная производительность модуля, поскольку большинство часов работы приходится не на 1000 Вт/м2. В сравнении TOPCon, BC и аналогичных архитектур разница между типами ячеек проявляется как процент выходной мощности при низкой освещённости: в условиях примерно 100 Вт/м2 одна архитектура показала около 4,38% относительной выходной мощности против 2,33% у другой. Этот разрыв меньше, чем разница в номинальной мощности, и больше, чем кажется, потому что он применяется к каждому часу низкой освещённости в году. Механизм — это шунтирующее сопротивление и рекомбинация при низкой концентрации носителей: ячейка с большей рекомбинацией теряет пропорционально больше, когда света мало. Именно поэтому модуль, выигрывающий по номинальной мощности при стандартных условиях испытаний, может проигрывать по годовой выработке в регионе с дымкой, облачностью или генерацией ранним утром и поздним днём.
Производство PV-модулей · от Джерри, Ooitech
Введение
Номинальная мощность — это паспортное значение; реакция на низкую освещенность — это реальная производительность. В большинстве регионов мира интенсивность солнечного излучения 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 низкой освещенности. Высокая номинальная эффективность не гарантирует высокую реальную производительность. Сегодня мы разбираем реакцию на низкую освещенность: кто выигрывает по физике, кто оказывается сильнее в полевых условиях и как оценить качество элемента при низкой освещенности прямо на производственной линии.
Физика реакции на низкую освещенность: кто меньше утекает и рекомбинирует
Из эквивалентной схемы диода следует, что коренная причина снижения эффективности при низкой освещенности проста: фотогенерируемый ток уменьшается, но утечка и рекомбинация не уменьшаются пропорционально, поэтому их относительная доля растет.
Самый критический фактор: шунтирующее сопротивление Rsh
При низкой освещенности фотогенерируемый 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 низкую освещенность. Это основной физический фактор.
| Тип элемента | Характеристики Rsh | Производительность при низкой освещенности |
|---|---|---|
| HJT | i-a-Si:H пассивирующий слой 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 межпальцевая структура, множество изоляционных канавок P⁺/N⁺, повышенный риск краевой утечки | Слабее |
Второстепенный 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 тяжелее потери на рекомбинацию при низком освещении. Пассивирующая контактная структура TOPCon дает n≈1.1-1.2, у BC задняя междигитальная PN-структура 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 составляют I²R; при низком освещении ток мал, поэтому его относительное влияние ослабевает.
Почему BC слабее при низком освещении: структурная причина
BC размещает как положительные, так и отрицательные электроды на задней стороне, что требует множества изолирующих канавок между областями P⁺ и N⁺ для достижения электрической изоляции. Эти канавки создают две проблемы:
Риск утечки по краям: Травление канавок может повредить кремниевую подложку и создать пути утечки. На одной задней поверхности BC находятся сотни изолирующих канавок, каждая из которых является потенциальным путем утечки.
Рекомбинация на границе раздела: Площадь границы P⁺/N⁺ задней междигитальной структуры становится больше, добавляя центры рекомбинации и увеличивая 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 вопросе.
Причина, по которой HJT работает лучше всего при низком освещении, противоположна: встроенный слой пассивации из аморфного кремния i-a-Si:H обеспечивает выдающуюся поверхностную пассивацию, низкую плотность состояний на границе раздела, самое высокое Rsh и наименьший коэффициент идеальности.
Полевые данные: TOPCon превосходит BC по выработке на ватт при низком освещении
Полевые данные нескольких испытательных институтов указывают в одном направлении:
| Испытательный институт | Местоположение | Сценарий | Выигрыш TOPCon vs BC при низком освещении |
|---|---|---|---|
| CPVT | Иньчуань, Нинся | Утренние/вечерние периоды низкой освещенности | Пасмурно +3.89%, солнечно +2.33% |
| CPVT | Иньчуань, Нинся | Экстремально низкая облученность (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 дней | +7.83% |
| Государственная электросетевая корпорация | Чжанбэй | 200 Вт/м² | +2.6% |
В условиях низкой освещённости удельная мощность TOPCon превышает показатели BC, и чем ниже освещённость, тем больше разрыв.
Однако разброс внутри одного технологического направления также велик. Сравнительные испытания нескольких поставщиков, проведённые Carbon Search Evaluation Lab, показывают, что продукция BC теряет от 2,78% до 6,57% при низкой освещённости 200 Вт/м², в то время как TOPCon показывает диапазон от 2,14% до 4,72%. Разрыв между «лучшими продуктами» трёх технологий меньше, чем разрыв между «хорошими и плохими продуктами» внутри одного направления.
Вывод для производства: при выборе уровень технологического процесса производителя не менее важен, чем выбор технологического направления.
Не путайте температурный коэффициент с реакцией на низкую освещённость
Температурный коэффициент и реакция на низкую освещённость — это два независимых параметра, которые легко перепутать.
| Параметр | Соответствующий сценарий | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| Температурный коэффициент | Сценарии с высокой температурой (модуль >50°C) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| Реакция на низкую освещённость | Сценарии с низкой освещённостью (<400 Вт/м²) | Лучшая | Хорошая | Слабее |
В жаркий пасмурный летний день высокая температура и низкая освещённость叠加, и HJT лидирует по обоим параметрам, что усиливает его преимущество. В холодный пасмурный зимний день низкая температура снижает влияние температурного коэффициента, и на первый план выходит реакция на низкую освещённость. Не используйте температурный коэффициент для объяснения характеристик при низкой освещённости и не делайте выводов о температурном коэффициенте на основе характеристик при низкой освещённости — это две разные физические величины.
Оптимизация для слабого освещения и устойчивость к UVID также не являются физически взаимоисключающими по своей природе. Слабое освещение зависит от механизмов электрических потерь (Rsh, n), тогда как UVID зависит от стабильности материала (химические связи пассивирующего слоя, инкапсулянт плёнка). Эти два параметра можно улучшать по отдельности посредством независимой оптимизации.
Как оценить качество работы ячейки при низкой освещенности на производственной линии
Самый прямой показатель: шунтирующее сопротивление Rsh.
При I-V тестировании, чем выше Rsh ячейки, тем более вероятно, что она хорошо работает 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 по краю канавки" — проблеме, к которой структура естественно предрасположена.
Линии TOPCon: Rsh выше 1000 Ом·см² обычно нормально; ниже 500 требует расследования краевой изоляции или точечных отверстий в пассивирующем слое. Ячейки с отличным поведением при низкой освещенности обычно показывают Rsh выше 3000.
Линии HJT: Rsh естественно высокое, и выше 5000 является обычным. Но низкое Rsh на ячейке HJT обычно означает, что что-то пошло не так на границе раздела TCO и a-Si:H.
Резюме
Физический баланс реакции на низкую освещенность: HJT лучший, TOPCon хороший, BC сталкивается с структурными проблемами. Полевой баланс: при низкой освещенности выходная мощность TOPCon на ватт 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: Полевые испытания CPVT в Иньчуане (2025), полевые испытания TÜV Nord в Кагосиме, полевые испытания TÜV Rheinland в Чэнду, полевые испытания CGC на Хайнане, полевые испытания State Grid в Чжанбэе, сравнительные испытания нескольких поставщиков в лаборатории оценки Carbon Search (2025).
Мнение Ooitech: Реальная выходная мощность при низкой освещенности, а не паспортная эффективность, является истинным показателем солнечной ячейки, и шунтирующее сопротивление — единственный фактор, который определяет это больше всего.
