PERC vs TOPCon vs HJT vs BC: почему солнечные элементы так различаются
Содержание
Краткий ответ: PERC, TOPCon, HJT и BC различаются главным образом тем, что происходит на поверхности ячейки и тыльном контакте, а не в кремниевой пластине под ними. PERC пассивирует тыльную сторону p-типа ячейки и открывает локальные контакты через неё. TOPCon размещает ультратонкий туннельный оксид, примерно 2 нм, под легированным слоем поликремния, так что носители туннелируют через пассивированную поверхность, что повышает напряжение холостого хода. HJT осаждает тонкие слои аморфного кремния на обеих сторонах и использует более низкие температуры процесса. BC переносит оба контакта на тыльную сторону, полностью устраняя затенение от фронтальных шин. Следствие для производителя состоит в том, что каждый маршрут подразумевает свой набор дополнительных технологических операций и свой уровень совместимости с существующими линиями — TOPCon требует в основном дополнительной диффузии и осаждения, тогда как HJT заменяет всю термическую последовательность. Это различие в совместимости с линиями объясняет, почему отрасль сошлась именно так.
Производство PV-модулей · от Джерри, Ooitech
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 задачи они решают и на что должны обращать внимание специалисты по цепочкам поставок при их выборе?
Поставщик A говорит: «Наш модуль TOPCon достигает эффективности 22,5%, на один пункт выше, чем PERC». Поставщик B говорит: «Наш модуль HJT имеет лучший температурный коэффициент и вырабатывает 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 упустите то, что действительно важно:
Различные 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 риски поставок.
Механизмы деградации различаются (у P-типа есть LID, у N-типа — LeTID), что влияет на гарантийные претензии.
Температуры процессов различаются (HJT — это низкотемпературный процесс), что влияет на оборудование, пороги инвестиций и общий ландшафт поставщиков.
Этот выпуск поможет вам создать полную систему 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 тыльную сторону как эстетичное решение. Они решают одну и ту же проблему с разных сторон: снижение потерь эффективности.
Простая аналогия
Потери эффективности солнечных элементов подобны пятиэтажному дому, где на каждом этаже протекает вода:
Протечка на первом этаже (потери на поглощение): свет проходит насквозь, не поглощаясь.
Утечка на втором этаже (потери на термализацию): избыточная энергия высокоэнергетических фотонов превращается в тепло.
Утечка на третьем этаже (потери на рекомбинацию): электроны и дырки рекомбинируют до разделения.
Утечка на четвертом этаже (омические потери): ток встречает сопротивление в ячейке и электродах и превращается в тепло.
Утечка на пятом этаже (потери на затенение): фронтальные электроды блокируют часть солнечного света.
PERC в основном устраняет утечку на третьем этаже (рекомбинация на тыльной стороне). TOPCon в основном устраняет контактную часть третьего этажа (контактная рекомбинация). HJT почти полностью решает проблему третьего этажа (пассивация интерфейсов). BC в основном устраняет утечку на пятом этаже (перенос электродов на тыльную сторону для устранения затенения).
Примечание по цепочке поставок: разные технологии устраняют разные утечки, но стоимость и сложность устранения каждой утечки различаются. Ваш выбор — это не просто цифра КПД, а компромисс: «куда вкладываться, сколько потерь можно сэкономить и какую цену заплатить».
Профессиональные принципы
P-тип против N-типа: выбор подложки
| Позиция | Пластина P-типа | Пластина N-типа |
|---|---|---|
| Легирование | Бор | Фосфор |
| Основные носители | Дырки | Электроны |
| Деградация LID | Более заметная (бор-кислородная рекомбинация) | Ниже |
| Чувствительность к примесям | Выше | Ниже (выше время жизни неосновных носителей) |
| Представительные технологии | PERC | TOPCon, HJT, некоторые BC |
Тенденция: N-тип вытесняет P-тип как основной, потому что время жизни неосновных носителей в пластинах N-типа выше (электроны «живут» дольше), и в сочетании с более совершенной пассивацией это позволяет достичь более высокого КПД.
PERC: добавление защитной пленки на тыльную сторону
PERC расшифровывается как Passivated Emitter and Rear Cell. На тыльную сторону традиционной ячейки P-типа добавляется:
Слой пассивации Al2O3 (оксид алюминия) для снижения рекомбинации на задней поверхности.
Слой защиты SiNx (нитрид кремния) для увеличения отражения от тыльной стороны, возвращая непоглощенные фотоны для второй попытки поглощения.
Основные потери, которые устраняются: рекомбинация на тыльной стороне плюс потери на пропускание с тыльной стороны.
Особенности цепочки поставок: самая зрелая технология, самая полная цепочка поставок, самая низкая стоимость, но предел эффективности около 23,5%. Это самая большая установленная база, с самыми легкими запасными частями и заменой.
TOPCon: прецизионный контактный затвор
TOPCon расшифровывается как туннельный оксидный пассивированный контакт. Ключевая структура: на тыльной стороне кремниевой пластины N-типа создается очень тонкий слой оксида (SiO2, около 1-2 нм), затем он покрывается легированным слоем поликремния.
Слой оксида действует как затвор, блокируя рекомбинацию неосновных носителей (дырок), позволяя основным носителям (электронам) туннелировать (это и есть «туннелирование»).
Легированный слой поликремния обеспечивает хороший электрический контакт и снижает контактное сопротивление.
Основные потери, которые устраняются: рекомбинация в области металлического контакта плюс контактное сопротивление.
Особенности цепочки поставок: высокая совместимость с линиями PERC (возможна модернизация) и в настоящее время основной маршрут массового производства N-типа. Следите за расходом серебряной пасты, выходом годных при процессе оксидного слоя и данными о деградации.
HJT: два защитных слоя, окружающие пластину
HJT расшифровывается как гетеропереходная технология. Структура: с обеих сторон кристаллической пластины N-типа осаждается слой собственного аморфного кремния (i-a-Si:H) для пассивации, затем он покрывается легированным слоем аморфного кремния и, наконец, прозрачным проводящим оксидом (TCO).
«Гетеро» означает, что кристаллический кремний и аморфный кремний — это два разных полупроводниковых материала.
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 потери, которые устраняются: поверхностная рекомбинация плюс температурные потери (низкий температурный коэффициент, лучшие характеристики при нагреве).
Особенности цепочки поставок: высокая эффективность и хорошее поведение при температуре, но большие инвестиции в оборудование, высокий расход серебряной пасты и потребность в мишенях (ITO для TCO). Низкотемпературный процесс означает несовместимость с существующими высокотемпературными линиями и требует новых мощностей.
BC / IBC: перемещение электродов на тыльную сторону
BC означает Back Contact (тыльный контакт), а IBC — Interdigitated Back Contact (взаимопроникающий тыльный контакт). Лицевая сторона традиционной ячейки имеет металлические линии (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 расположены на тыльной стороне, образуя локальные PN-переходы, с положительными и отрицательными электродами, расположенными вперемежку.
Основные устраняемые потери: затенение лицевых электродов.
Особенности цепочки поставок: чистая лицевая сторона (без линий) и высокая эффективность, но сложный процесс, большие проблемы с выходом годных и множество патентных барьеров. Это 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 | Нет затенения лицевой стороны |
| 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 дизайна |
| Потери на сопротивление | Нагрев пути тока | Стандартный | Ниже (поликремниевый контакт) | Зависит от качества TCO | Более длинный тыльный путь |
| Потери на затенение | Затенение лицевых электродов | Да | Да | Да | Почти нет |
| Температурные потери | Снижение эффективности при высокой температуре | Средние | Лучше | Лучшая | Лучше |
Иллюстрированное руководство
Рисунок 1: Сравнение P-типа и N-типа
Левая колонка (синие тона): пластина P-типа, легирование бором, основные носители — дырки, более заметная деградация LID, типичная технология PERC. Правая колонка (зеленые тона): пластина N-типа, легирование фосфором, основные носители — электроны, более высокое время жизни неосновных носителей, типичные технологии TOPCon/HJT/BC. Фундаментальное различие между P-типом и N-типом заключается в элементе легирования и типе основных носителей, и N-тип может достигать 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, с положением PN-перехода, отмеченным красным пунктирным кружком. 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 касается улучшения потерь во втором и третьем кольцах. Ни одна технология не может идеально решить все потери сразу. Чтение для цепочки поставок: когда вы сравниваете разрыв в эффективности между двумя технологиями, четко спрашивайте, из какого слоя потерь происходит разница, потому что это определяет, является ли разрыв реальным или только лабораторным результатом, и сохраняется ли он в различных условиях, таких как высокая температура или слабое освещение.
Ключевые термины в этом выпуске
| Термин | Английский | Краткое объяснение | Почему это важно для цепочки поставок |
|---|---|---|---|
| PERC | Пассивированный эмиттер и тыльный контакт (PERC) | Пассивационный слой, добавленный на тыльную сторону ячейки P-типа для уменьшения рекомбинации | Крупнейшая установленная база, наиболее зрелая цепочка поставок, самая простая замена |
| TOPCon | Туннельный оксидный пассивированный контакт (TOPCon) | Ячейка N-типа, использующая туннельный оксид для уменьшения контактной рекомбинации | Текущий основной маршрут N-типа, следите за выходом годных и серебряной пастой |
| HJT | Гетеропереходная технология (HJT) | Кристаллическо-аморфный кремниевый гетеропереход с двусторонней пассивацией | Высокий потенциал эффективности, большие инвестиции в оборудование, расход серебра и мишеней |
| BC/IBC | Тыловой контакт / Гребенчатый тыловой контакт | Электроды полностью перенесены на тыльную сторону для устранения затенения | Сложный процесс, проблемы с выходом годных, 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 токопроводящих линий электродов | Цена на серебро влияет на стоимость ячеек, расход серебра в HJT является ключевым вопросом |
| LID | Светоиндуцированная деградация | Свет вызывает снижение эффективности P-типа модулей | LID необходимо учитывать при гарантии на P-тип модулей |
| LeTID | Свето- и температурно-индуцированная деградация | Деградация под воздействием света и высокой температуры, которая может возникать и у N-типа | Ключевой аспект деградации для N-типа модулей |
Распространенные 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 есть свои подходящие сценарии и группы клиентов.
Заблуждение 3: Технология с самой высокой эффективностью обязательно лучшая. Правильное понимание: необходимо учитывать общую стоимость, включая выход годных при массовом производстве, стоимость материалов (особенно серебра и мишеней), деградацию, температурный коэффициент, реакцию при слабом освещении и стабильность поставок. Номинальная эффективность — лишь одно из измерений технической оценки.
Заблуждение 4: У BC-модуля нет лицевых токосъемных шин, поэтому его эффективность должна быть самой высокой. Правильное понимание: BC переносит электроды на тыльную сторону, устраняя потери от затенения лицевой стороны, но тыловой процесс сложнее, а путь тылового сопротивления длиннее. Преимущество BC в эффективности очевидно в определенных условиях, но оно не является оптимальным в каждом сценарии.
Ключевые моменты цепочки поставок
Выбор технологического маршрута означает выбор стабильности поставок на ближайшие 5-10 лет.
Мощность и поставки: PERC имеет наибольшую мощность, но заменяется TOPCon. При оценке поставщиков обращайте внимание на их долю N-типа и прогресс в наращивании мощностей.
Зависимость от серебряной пасты: серебро — вторая по величине статья затрат в ячейке после пластины. Расход серебра в HJT — это узкое место 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 конструкциями PN-переходов вызывает потери из-за рассогласования.
Патентный риск: патенты на технологию BC сконцентрированы у нескольких компаний, поэтому возможности для импортозамещения и рынок запасных частей для цепочки поставок могут быть ограничены.
Примечание по цепочке поставок: выбор технологического маршрута модулей — это не только сегодняшняя эффективность и цена, но и прогноз стабильности поставок и доступности запасных частей на ближайшие 25 лет. TOPCon в настоящее время — выбор с «высокой определенностью», HJT — с «высоким будущим потенциалом», а BC — с «высокой ценностью в конкретных сценариях».
Краткий вывод
PERC исправляет тыльную сторону, TOPCon исправляет контакт, HJT исправляет интерфейс, а BC исправляет затенение. Логика конкуренции этих четырех технологий заключается в «заплатках» на разных участках карты потерь эффективности, а 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 одним показателем эффективности, а четыре разных «заплатки» на карте потерь эффективности, и разумный выбор — тот, который балансирует зрелость, стоимость, эффективность и долгосрочную безопасность поставок.
