Сравнение производительности при слабом освещении: TOPCon, BC и HJT на основе реальных данных
Введение
Номинальная мощность — это паспортное значение; реакция на низкую освещенность — 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 низкой освещенности. Высокая номинальная эффективность не гарантирует высокую реальную отдачу. 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 коренная причина падения эффективности при низкой освещенности проста: фотогенерированный ток уменьшается, но утечка и рекомбинация не уменьшаются пропорционально, поэтому их относительная доля растет.
Наиболее критический фактор: шунтирующее сопротивление Rsh
При низкой освещенности 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 низкую освещенность. Это основной физический фактор.
| Тип ячейки | Характеристики Rsh | Производительность при низкой освещенности |
|---|---|---|
| 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 |
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 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 с 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 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 аспекте.
Причина, по которой HJT работает лучше всего при слабом освещении, противоположна: собственный 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 | Прирост TOPCon vs 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 TOPCon на ватт превышает выработку BC, и чем ниже освещенность, тем больше разрыв.
Но разброс внутри одного технологического маршрута 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 маршрута.
Вывод для производства: при выборе уровень технологического процесса производителя так же важен, как и выбор технологического маршрута.
Не путайте температурный коэффициент с реакцией на низкую освещенность
Температурный коэффициент и реакция на низкую освещенность — два независимых параметра, но их 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 выводите температурный коэффициент из работы при низкой освещенности — это две разные физические величины.
Оптимизация слабой освещенности и устойчивость к UVID не являются по своей сути взаимоисключающими. Слабая 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 слабой 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 слабом освещении. Если в партии наблюдается широкое распределение Rsh с высокой долей ячеек с низким Rsh, выходная мощность при слабом освещении обязательно пострадает.
Особое примечание для линий BC: ячейки с аномальными яркими пятнами в областях изолирующих 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 считается нормальным; ниже 500 требует исследования краевой изоляции или проколов в пассивирующем слое. Ячейки с отличным поведением при слабом освещении обычно показывают Rsh выше 3000.
Линии HJT: Rsh естественно высок, и значения выше 5000 обычны. Но низкий Rsh на ячейке HJT обычно означает, что что-то пошло не так на интерфейсе TCO и a-Si:H.
Резюме
Физический баланс отклика при слабом освещении: HJT лучший, TOPCon хороший, BC сталкивается со структурными проблемами. Полевой баланс: при слабом освещении 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 еще 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 слабом освещении, а не паспортная эффективность, является истинной мерой солнечного элемента, и шунтирующее сопротивление — единственный фактор, который определяет это больше всего.
