PERC vs TOPCon vs HJT vs BC: почему солнечные элементы так сильно различаются по цене и эффективности
Содержание
Основной вопрос этого выпуска
От P-типа к N-типу, от PERC к TOPCon, HJT и BC — что на самом деле означают эти буквы? Какие разные проблемы они решают и на что следует обращать внимание специалистам по цепочкам поставок при их выборе?
Поставщик A говорит: «Наш модуль TOPCon достигает эффективности 22,5%, что на один пункт выше, чем PERC». Поставщик B говорит: «Наш модуль HJT имеет лучший температурный коэффициент и генерирует больше энергии в жарких условиях». Поставщик C говорит: «Наш модуль BC не имеет линий сетки на лицевой стороне, он выглядит чище и подходит для распределенных проектов».
Так как же их сравнивать? Если вы смотрите только на цену и номинальную эффективность, вы упускаете то, что действительно важно:
Разные технологические маршруты имеют разный выход годной продукции при массовом производстве, что влияет на стабильность поставок.
Расход серебряной пасты различается (у HJT он выше), что влияет на тенденции затрат и риск поставок.
Механизмы деградации различаются (у P-типа есть LID, у N-типа — LeTID), что влияет на гарантийные претензии.
Температуры процессов различаются (HJT — низкотемпературный процесс), что влияет на оборудование, пороги инвестиций и общий ландшафт поставщиков.
Этот выпуск поможет вам построить полную структуру для сравнения технологических маршрутов.
Понимание в одном предложении
PERC — это пик технологии P-типа (пассивация тыльной стороны), TOPCon — основной маршрут массового производства N-типа (контактная пассивация), HJT — высокопроизводительный низкотемпературный маршрут (пассивация гетероперехода), а BC перемещает электроды на заднюю сторону как эстетическое решение. Они решают одну и ту же проблему с разных сторон: снижение потерь эффективности.
Простая аналогия
Потери эффективности солнечных элементов похожи на пятиэтажный дом, где на каждом этаже протекает вода:
Протечка на первом этаже (потери на поглощение): свет проходит насквозь, не поглощаясь.
Протечка на втором этаже (потери на термализацию): избыточная энергия высокоэнергетических фотонов превращается в тепло.
Протечка на третьем этаже (потери на рекомбинацию): электроны и дырки рекомбинируют до разделения.
Протечка на четвертом этаже (потери на сопротивление): ток встречает сопротивление в ячейке и электродах, превращаясь в тепло.
Протечка на пятом этаже (потери на затенение): фронтальные электроды блокируют часть солнечного света.
PERC в основном ремонтирует третий этаж (тыльная рекомбинация). TOPCon в основном ремонтирует контактную часть третьего этажа (контактная рекомбинация). HJT почти полностью перестраивает третий этаж (пассивация интерфейсов). BC в основном ремонтирует пятый этаж (перенос электродов на тыльную сторону для устранения затенения).
Примечание по цепочке поставок: разные маршруты ремонтируют разные этажи, но стоимость и сложность ремонта каждого этажа различаются. Вы выбираете не просто цифру эффективности, а компромисс: «куда вложить, сколько потерь можно сэкономить и какую цену заплатить».
Профессиональные принципы
P-тип vs N-тип: выбор подложки
| Пункт | P-тип пластины | N-тип пластины |
|---|---|---|
| Легирование | Бор | Фосфор |
| Основные носители | Дырки | Электроны |
| Деградация LID | Более заметна (бор-кислородная рекомбинация) | Ниже |
| Чувствительность к примесям | Выше | Ниже (выше время жизни неосновных носителей) |
| Представительные технологии | PERC | TOPCon, HJT, некоторые BC |
Тенденция: N-тип заменяет P-тип в качестве основного, так как время жизни неосновных носителей в N-типе выше (электроны «живут» дольше), и в сочетании с более продвинутой пассивацией это позволяет достичь более высокой эффективности.
PERC: добавление защитной пленки на тыльную сторону
PERC расшифровывается как Passivated Emitter and Rear Cell. На обратной стороне традиционной P-типа ячейки он добавляет:
Слой пассивации Al2O3 (оксид алюминия) для уменьшения рекомбинации на тыльной стороне.
Слой защиты SiNx (нитрид кремния) для увеличения отражения на тыльной стороне, возвращая непоглощенные фотоны для второго шанса на поглощение.
Основные устраняемые потери: рекомбинация на тыльной стороне и потери на пропускание на тыльной стороне.
Особенности цепочки поставок: самая зрелая технология, самая полная цепочка поставок, самая низкая стоимость, но потолок эффективности около 23,5%. Это самая большая установленная база с самыми легкими запасными частями и заменой.
TOPCon: прецизионный контактный затвор
TOPCon расшифровывается как Tunnel Oxide Passivated Contact. Ключевая структура: на тыльной стороне N-типа пластины создается очень тонкий слой оксида (SiO2, около 1-2 нм), затем покрывается легированным поликремниевым слоем.
Оксидный слой действует как затвор, блокируя неосновные носители (дырки) от рекомбинации, позволяя основным носителям (электронам) туннелировать через него (это и есть "туннелирование").
Легированный поликремниевый слой обеспечивает хороший электрический контакт и снижает контактное сопротивление.
Основные устраняемые потери: рекомбинация в области металлического контакта и контактное сопротивление.
Особенности цепочки поставок: высокая совместимость с линиями PERC (возможность модернизации) и в настоящее время основной путь массового производства N-типа. Следите за расходом серебряной пасты, выходом оксидного слоя и данными о деградации.
HJT: два защитных слоя, между которыми находится пластина
HJT расшифровывается как Heterojunction Technology. Структура: с обеих сторон N-типа кристаллической пластины наносится слой собственного аморфного кремния (i-a-Si:H) в качестве пассивации, затем покрывается легированным слоем аморфного кремния и, наконец, прозрачным проводящим оксидом (TCO).
"Гетеро" означает, что кристаллический кремний и аморфный кремний являются двумя разными полупроводниковыми материалами.
Два слоя i-a-Si:H обеспечивают отличную пассивацию поверхности.
Весь процесс выполняется при низкой температуре (<200°C, тогда как PERC/TOPCon требуют 800°C+).
Основные устраняемые потери: поверхностная рекомбинация и температурные потери (более низкий температурный коэффициент, лучшая производительность в жару).
Особенности цепочки поставок: высокая эффективность и хорошее температурное поведение, но большие инвестиции в оборудование, высокий расход серебряной пасты и необходимость в мишенях (ITO для TCO). Низкотемпературный процесс означает несовместимость с существующими высокотемпературными линиями и требует новых мощностей.
BC / IBC: перенос электродов на тыльную сторону
BC означает Back Contact (тыльный контакт), а IBC - Interdigitated Back Contact (гребенчатый тыльный контакт). Лицевая сторона традиционной ячейки имеет металлические сетки (электроды), которые блокируют примерно 5-7% солнечного света. Технология BC размещает все положительные и отрицательные электроды на тыльной стороне, оставляя лицевую сторону полностью незатененной.
Как это работает: области P+ и N+ поочередно располагаются на тыльной стороне, образуя локальные PN-переходы, с положительными и отрицательными электродами, расположенными в шахматном порядке.
Основные устраняемые потери: затенение лицевыми электродами.
Особенности цепочки поставок: чистая лицевая сторона (без сеток) и высокая эффективность, но сложный процесс, большие проблемы с выходом годных и множество патентных барьеров. Подходит для высококлассного распределенного рынка.
Обзор карты потерь эффективности
| Тип потерь | Принцип | PERC | TOPCon | HJT | BC |
|---|---|---|---|---|---|
| Потери на поглощение | Фотоны проходят/отражаются | Улучшенное отражение от тыльной стороны | То же | То же | Отсутствие лицевого затенения |
| Потери на термализацию | Избыточная энергия высокоэнергетических фотонов превращается в тепло | То же самое (связано с шириной запрещенной зоны, трудно изменить маршрутом) | То же | То же | То же |
| Поверхностная рекомбинация | Поверхностные дефекты захватывают носители | Пассивация лицевой стороны | Лицевая + тыльная | Отличная двусторонняя пассивация | Зависит от подложки |
| Контактная рекомбинация | Рекомбинация на металлическом контакте | — | Туннельный оксид | Изоляция аморфным кремнием | Зависит от конструкции |
| Потери на сопротивление | Нагрев пути тока | Стандартный | Ниже (поликремниевый контакт) | Зависит от качества TCO | Более длинный тыльный путь |
| Потери на затенение | Затенение лицевыми электродами | Да | Да | Да | Почти нет |
| Потери температуры | Падение эффективности при высокой температуре | Средний | Лучше | Лучшая | Лучше |
Иллюстративное руководство
Рисунок 1: Сравнение P-типа и N-типа
Левая колонка (голубые тона): пластина P-типа, легирование бором, основные носители — дырки, более заметная деградация LID, репрезентативная технология PERC. Правая колонка (зеленые тона): пластина N-типа, легирование фосфором, основные носители — электроны, более высокое время жизни неосновных носителей, репрезентативные технологии TOPCon/HJT/BC. Фундаментальное различие между P-типом и N-типом заключается в элементе легирования и типе основных носителей, и N-тип может достичь более высокой эффективности благодаря более длительному времени жизни носителей в сочетании с передовой пассивацией.
Рисунок 2: Сравнение поперечных сечений PERC / TOPCon / HJT / BC
Четыре колонки, каждая показывает вертикальное поперечное сечение одной ячейки, положение PN-перехода отмечено красным пунктирным кругом. PERC и TOPCon имеют PN-переход на фронтальной стороне, HJT имеет гетеропереходы с обеих сторон, а BC имеет PN-переход полностью на тыльной стороне. Чтение для цепочки поставок: больше слоев означает больше технологических этапов, что означает большие проблемы с выходом годных. HJT имеет наименьшее количество слоев, но использует низкотемпературные тонкие пленки, TOPCon имеет умеренное количество слоев, наиболее близкое к существующим линиям, а BC имеет наиболее сложную тыльную структуру.
Рисунок 3: Карта потерь эффективности солнечных элементов
Борьба технологических маршрутов в основном заключается в улучшении потерь во втором и третьем кольцах. Ни одна технология не может идеально устранить все потери сразу. Чтение для цепочки поставок: когда вы сравниваете разницу в эффективности между двумя технологиями, четко спрашивайте, из какого слоя потерь происходит разница, потому что это определяет, является ли разница реальной или только лабораторным результатом, и сохраняется ли она в различных условиях, таких как высокая температура или слабый свет.
Ключевые термины в этом выпуске
| Термин | Английский | Краткое объяснение | Почему это важно для цепочки поставок |
|---|---|---|---|
| PERC | Пассивированный эмиттер и тыльная ячейка | Слой пассивации, добавленный на тыльную сторону ячейки P-типа для уменьшения рекомбинации | Крупнейшая установленная база, наиболее зрелая цепочка поставок, самая простая замена |
| TOPCon | Туннельный оксид пассивированный контакт | N-тип ячейка, использующая туннельный оксид для снижения рекомбинации на контакте | Текущий основной маршрут N-типа, следите за выходом и расходом серебряной пасты |
| HJT | Гетеропереходная технология | Кристаллический-аморфный кремниевый гетеропереход с двусторонней пассивацией | Высокий потенциал эффективности, большие инвестиции в оборудование, следите за расходом серебра и мишенями |
| BC/IBC | Задний контакт / Переплетённый задний контакт | Электроды полностью перенесены на заднюю сторону для устранения затенения | Сложный процесс, проблемы с выходом, патентные ограничения |
| Пассивация | Пассивация | Покрытие поверхности кремния слоем материала для уменьшения дефектов и рекомбинации | Качество пассивации определяет деградацию и срок службы |
| Серебряная паста | Серебряная паста | Паста, содержащая серебро, используемая для создания проводящих линий электродов | Цена серебра влияет на стоимость ячейки, расход серебра в HJT является ключевым |
| LID | Светоиндуцированная деградация | Свет вызывает падение эффективности в модулях P-типа | LID необходимо учитывать в гарантии на модули P-типа |
| LeTID | Свето- и температурно-индуцированная деградация | Деградация под воздействием света и высокой температуры, которая может возникать и в N-типе | Фокус деградации для модулей N-типа |
Распространённые заблуждения
Заблуждение 1: TOPCon — это просто улучшенный PERC. Правильное понимание: TOPCon использует пластины N-типа (PERC — P-типа), а концепция пассивированного контакта полностью отличается от PERC. Хотя некоторые линии PERC можно модернизировать до TOPCon, это два поколения технологий.
Заблуждение 2: HJT уже может полностью заменить TOPCon. Правильное понимание: HJT имеет высокую эффективность и низкую температуру процесса, но большие инвестиции в оборудование, высокий расход серебряной пасты (примерно вдвое больше, чем у TOPCon) и потребность в мишенях. У каждой технологии свои подходящие сценарии и группы клиентов.
Заблуждение 3: Технология с наивысшей эффективностью должна быть лучшей. Правильное понимание: нужно смотреть на общую стоимость, включая выход годного при массовом производстве, стоимость материалов (особенно серебра и мишеней), деградацию, температурный коэффициент, отклик при слабом освещении и стабильность поставок. Номинальная эффективность — лишь одно из измерений технической оценки.
Заблуждение 4: У BC-модуля нет лицевых шин, поэтому его эффективность должна быть самой высокой. Правильное понимание: BC переносит электроды на тыльную сторону, устраняя потери на затенение, но тыловой процесс сложнее, а путь тылового сопротивления длиннее. Преимущество BC по эффективности очевидно в определенных условиях, но не является оптимальным в каждом сценарии.
Ключевые моменты цепочки поставок
Выбор технологического маршрута означает выбор стабильности поставок на следующие 5-10 лет.
Мощность и поставки: PERC имеет наибольшую мощность, но заменяется TOPCon. При оценке поставщиков смотрите на их долю N-типа и прогресс в наращивании мощностей.
Зависимость от серебряной пасты: серебро — второй по величине затрат элемент в ячейке после пластины. Расход серебра в HJT является узким местом по стоимости, за которым следит отрасль (низкотемпературная серебряная паста дороже).
Деградация и гарантия: модули N-типа обычно деградируют меньше, чем P-типа, но характеристики LeTID различаются у разных производителей. При переговорах о гарантии запрашивайте конкретную кривую деградации.
Совместимость запасных частей: заменяемые модули должны соответствовать исходному технологическому маршруту и параметрам партии. Последовательное соединение модулей с разными PN-переходами вызывает потери из-за рассогласования.
Патентный риск: патенты на BC-технологию сконцентрированы у нескольких компаний, поэтому возможности импортозамещения и рынок запасных частей для цепочки поставок могут быть ограничены.
Примечание по цепочке поставок: выбор технологического маршрута модуля — это не только сегодняшняя эффективность и цена, но и прогноз стабильности поставок и доступности запасных частей на следующие 25 лет. TOPCon в настоящее время является выбором с «высокой определенностью», HJT — с «высоким будущим потенциалом», а BC — с «высокой ценностью в определенных сценариях».
Резюме одной фразой
PERC исправляет тыл, TOPCon исправляет контакт, HJT исправляет интерфейс, а BC исправляет затенение. Логика конкуренции этих четырех технологий заключается в «латании» разных участков карты потерь эффективности, и ваше решение о закупке — это многокритериальный баланс между зрелостью, стоимостью, эффективностью и безопасностью поставок.
Мнение Ooitech
Ooitech считает: PERC, TOPCon, HJT и BC — это не гонка за единственным показателем эффективности, а четыре разных участка на карте потерь эффективности, и разумный выбор — тот, который балансирует зрелость, стоимость, эффективность и долгосрочную безопасность поставок.
