Inhaltsverzeichnis:
- Grundlegende Unterschiede zwischen N-Typ und P-Typ Solarzellen
- Vor- und Nachteile von N-Typ und P-Typ Solarzellen
- Vergleich N-Typ Solarzellen vs. P-Typ Solarzellen
- Anwendungen von N-Typ und P-Typ Solarzellen
- N-Typ oder P-Typ Solarmodul: Welches sollten wir wählen?
Grundlegende Unterschiede zwischen N-Typ und P-Typ Solarzellen
Eine Standard-kristalline Silizium (c-Si) Solarzelle ist ein Siliziumwafer, der mit verschiedenen Chemikalien dotiert wurde, um die Stromerzeugung zu fördern. Der grundlegende Unterschied zwischen P-Typ und N-Typ Solarzellen ist die Anzahl der Elektronen. Eine P-Typ-Zelle dotiert ihren Siliziumwafer oft mit Bor, das ein Elektron weniger hat als Silizium (was die Zelle positiv geladen macht). Eine N-Typ-Zelle ist mit Phosphor dotiert, der ein zusätzliches Elektron im Vergleich zu Silizium enthält (was die Zelle negativ geladen macht).
Was sind N-Typ und P-Typ Solarzellen?
N-Typ Solarzellen
N-Typ-Solarzellen verwenden N-Typ-Siliziumwafer als Rohstoff und werden mit verschiedenen Techniken hergestellt, einschließlich TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), HJT (Heterojunction mit intrinsischer Dünnschicht), PERT/PERL (Passivierter Emitter Rear Totally Diffused/Passivierter Emitter Rear Locally Diffused), IBC (Interdigitated Back Contact) und so weiter. Der Haupt-c-Si-Bereich eines N-Typ-Solarmoduls ist aufgrund der Phosphordotierung des Wafers negativ geladen. Seine obere Emitter-Schicht ist aufgrund der Bor-Dotierung negativ geladen.
P-Typ Solarzellen
P-Typ-Solarzellen verwenden P-Typ-Siliziumwafer als Rohstoff und werden hauptsächlich mit der traditionellen Al-BSF (Aluminium Back Surface Field) Technologie und PERC (Passivated Emitter Rear Contact) Technologie hergestellt. P-Typ-Solarmodule haben einen ausgeprägten Haupt-c-Si-Bereich, der aufgrund der Bor-Dotierung negativ geladen ist. Seine obere Emitter-Schicht ist aufgrund der Phosphor-Dotierung positiv geladen. PERC wird auf dem Markt häufiger eingesetzt.
Vorteile und Nachteile von N-Typ Solarzellen
N-Typ-Zellen haben insgesamt folgende Vor- und Nachteile:
Vorteile:
- Nicht anfällig für lichtinduzierte Degradation
- Lange Lebensdauer
- Höhere Umwandlungseffizienz als P-Typ-Zellen
Nachteile:
- Teurer
- Kleiner Marktanteil
Vorteile und Nachteile von P-Typ Solarzellen
Kurz zusammengefasst haben P-Typ-Zellen folgende Vor- und Nachteile:
Vorteile:
- Geringere Kosten
- Weit verbreitete Verwendung
- Hohe Beständigkeit gegen Strahlung
Nachteile:
- Leiden unter dem Defekt der lichtinduzierten Degradation (LID)
- Nicht so langlebig wie N-Typ-Solarzellen
N-Typ Solarzellen vs. P-Typ Solarzellen:
(1) Hinsichtlich der bifazialen Rate haben N-Typ-Solarzellen eine höhere bifaziale Rate als P-Typ-Solarzellen. Die PERC (P-Typ) Zelle hat eine bifaziale Rate von 75%, TOPCon (N-Typ) hat eine bifaziale Rate von 85% und HJT (N-Typ) hat eine bifaziale Rate von ungefähr 95%. Je höher die bifaziale Rate, desto größer ist der Energiegewinn auf der Rückseite des Moduls, insbesondere in PV-Kraftwerken mit hoher Oberflächenreflexion.
(2) In Bezug auf den Temperaturkoeffizienten haben PERC-Zellen einen der niedrigsten Werte von -0,37%/°C, TOPCon-Zellen einen der höchsten Werte von -0,29%/°C und HJT-Zellen einen der niedrigsten Werte von -0,24%/°C. N-Typ-Zellen haben einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten als P-Typ-Zellen, daher werden sie von hohen Temperaturen weniger beeinflusst, was zu einer besseren Energieerzeugungsleistung und Eignung für Orte mit überlegenen Bestrahlungsbedingungen führt.
(3) In Bezug auf die Dämpfung sind N-Typ-Siliziumwafer mit Phosphor dotiert und haben einen sehr geringen Bor-Gehalt, so dass die durch Bor und Sauerstoffpaare erzeugte Lichtdegradation (LID) praktisch nicht vorhanden ist. Das PERC-Modul zeigt im ersten Jahr 2%-2,5% Dämpfung und 0,45%-0,55% Dämpfung Jahr für Jahr, das TOPCon-Modul zeigt im ersten Jahr 1% Dämpfung und 0,40% Dämpfung Jahr für Jahr, und das HJT-Modul zeigt im ersten Jahr 1% Dämpfung und 0,25% Dämpfung Jahr für Jahr. Bei gleicher Gesamtleistung ist die Lebenszyklusenergieerzeugung eines N-Typ-Moduls höher als die eines PERC-Moduls, und der Prämienraum ist größer.
(4) In Bezug auf die Energieerzeugungseffizienz haben N-Typ-Zellen eine längere Oligomer-Lebensdauer als P-Typ-Zellen, was die Leerlaufspannung der Batterie erheblich verbessern kann und zu einer höheren Batterieumwandlungseffizienz führt. Bor, das in P-Typ-Zellen verwendet wird, funktioniert gut genug, hat aber erhebliche Nachteile. Ein Grund dafür ist, dass es die lichtinduzierte Degradation (LID) verursacht, welche die Effektivität von Solarmodulen um etwa 1,5% nach ihren ersten Tagen in der Sonne beeinflusst. Dieser LID-Effekt ist kein Betrug. Es wird in die Leistung der Paneele einbezogen. Es reduziert jedoch die Effizienz und ist einer der Gründe, warum Menschen oft zu optimistisch sind, wie viel Strom ihre neuen Solaranlagen erzeugen würden. N-Typ-Solarmodule können Effizienzniveaus von bis zu 25,7% erreichen, verglichen mit 23,6% von P-Typ-Paneelen. Hohe Umwandlungseffizienz kann die Energieerzeugung pro Flächeneinheit erhöhen und die Herstellungskosten von PV-Stromerzeugung senken.
(5) In Bezug auf den Niedriglichteffekt haben N-Typ-Batterien eine bessere spektrale Reaktion unter Niedriglichtbedingungen, eine längere effektive Arbeitszeit und können in Zeiten geringer Bestrahlungsintensität wie Morgen und Abend, bewölkten und regnerischen Tagen Strom erzeugen, mit besserer Wirtschaftlichkeit als P-Typ-Batterien.
(6) In Bezug auf die Kosten sind die Preise für Solarzellen in letzter Zeit gesunken, wobei P-Typ-Zellen etwa 0,081 Euro/W kosten und N-Typ-Zellen etwa 0,088 Euro/W. P-Typ-Solarzellen haben einen Preisvorteil gegenüber N-Typ-Solarzellen. Dies liegt daran, dass P-Typ-Solarmodule schon viel länger existieren und mehr Fertigungstechnologie zur Verfügung steht, um diese P-Typ-Solarmodule zu niedrigeren Kosten als N-Typ-Solarmodule herzustellen.
(7) Wenn man die Gesamtlebensdauer vergleicht, haben N-Typ-Solarmodule aufgrund ihrer Konstruktion eine längere Lebensdauer als P-Typ-Solarmodule. N-Typ-Si (Silizium) Solarzellenmaterialien haben einen extrem niedrigen Bor-Gehalt, und die durch Bor-Sauerstoff-Paare verursachten lichtinduzierten Degradationseffekte können weitgehend vernachlässigt werden. Infolgedessen besitzen N-Typ-Si-Solarzellen eine längere Lebensdauer für Minderheitsträger im Vergleich zu P-Typ-Si-Solarzellen. Diese Vorteile führen dazu, dass N-Typ-Si-Solarzellen eine längere Lebensdauer und höhere Effizienz haben.
(8) Obwohl die erste 1954 von Bell Labs erfundene Solarzelle vom Typ N war, wurde die P-Typ-Struktur aufgrund der Nachfrage nach Solartechnologien im Weltraum dominanter. P-Typ-Zellen erwiesen sich als resistenter gegen Weltraumstrahlung und Degradation.
Erstellung eines Solarmoduls vom Rohmaterial bis zum fertigen Produkt.
Bild mit freundlicher Genehmigung von PVInsights.com.
Anwendungen von N-Typ Solarzellen und P-Typ Solarzellen
Vor 2016 lag der Marktanteil der Aluminium-Rückseitenfeld (BSF) Zelltechnologie als erste Generation der PV-Zelltechnologie bei über 90%. Ab 2016 begannen PERC-Zellen aufzusteigen, und bis 2019 hatten sie die BSF-Technologie übertroffen, um zur zweiten Generation der Mainstream-PV-Zelltechnologie zu werden, mit einem Marktanteil von bis zu 65%.
PERC-Zellen sind Emitter- und Rückseitenpassivierungszelltechnologien, die Passivierungsfilme verwenden, um die Rückseite zu passivieren, wodurch die innere Rückreflexion des Lichts in der Siliziumbasis verstärkt, die Rückseitenverbindungsrate verringert und die Zelleffizienz erhöht wird. Derzeit ist die PERC-Batterietechnologie ausgereifter und kostengünstiger, aber die Massenproduktionseffizienz hat 23,2% erreicht, sich allmählich der theoretischen Grenzeffizienz von etwa 24,5% nähernd. Die Effizienz des schmalen Raums für aufwärts Bewegung und P-Typ-Batterien wegen des Bor-Sauerstoff-reichen Lichtdämpfungsphänomens kann nicht vollständig gelöst werden, sodass die Hersteller vor der Investition in den Grenznutzen mit abnehmender Rate stehen. Der Entwicklungsspielraum für P-Typ-Batterien ist daher sehr begrenzt.
Mit wachsender Marktnachfrage nach Batterieumwandlungseffizienz begannen Photovoltaikhersteller, eine höhere Umwandlungseffizienzgrenze der nächsten Generation der Batterietechnologie zu schaffen - N-Typ-Hocheffizienzbatterien. N-Typ-Batterien mit TOPCon, HJT, IBC als Vertreter der hocheffizienten Umwandlung, Anti-Degradation, niedriger Temperaturkoeffizient, hohe doppelseitige Rate haben Vorteile, die dazu beitragen, den Photovoltaik-Stromerzeugungsgewinn zu verbessern und die Stromkosten zu senken. Es ist förderlich für die Steigerung des PV-Stromerzeugungsgewinns und die Senkung der Stromerzeugungskosten und hat ein großes Entwicklungspotenzial, befindet sich aber aufgrund hoher Investitionskosten noch in den Anfangsstadien der Industrialisierung.
Laut der China Photovoltaic Industry Association wurde die neue Produktionslinie 2022 immer noch von PERC-Zellproduktionslinien dominiert. In der zweiten Jahreshälfte jedoch wurde ein Teil der N-Typ-Zellproduktionskapazität freigesetzt, und der Marktanteil der P-Typ-Zellen wurde auf 87,5% reduziert, während der Marktanteil der N-Typ-Zellen allmählich auf 9,1% anstieg. Da die Vorteile von N-Typ-Zellen immer bekannter wurden, wurden sie immer beliebter und von immer mehr Menschen verwendet. Daher wurde erwartet, dass die Anwendung von N-Typ-Zellen in naher Zukunft die von P-Typ-Zellen übertreffen wird.
Laut dem Internationalen Technologiefahrplan für Photovoltaik (ITRPV) wird P-Typ-mono-c-Si bis 2028 etwa 30% des Marktes kontrollieren, während N-Typ-mono-c-Si auf etwa 28% von kaum 5% im Jahr 2017 steigen wird. Dies entspricht dem Branchenwunsch nach zusätzlichen hocheffizienten Modulen, sodass Solar-Kunden mehr N-Typ-Designs auf dem Markt erwarten können.
Der Marktanteil von P-Typ- und N-Typ-Solarzellendesigns. Quelle: ITRPV.
N-Typ oder P-Typ Solarmodul, welches sollten wir wählen?
Bei der Auswahl der Komponenten für Ihr neues Solarenergiesystem müssen Sie zuerst entscheiden, ob N-Typ- oder P-Typ-Solarmodule für Sie geeignet sind. Bei der Entscheidung zwischen P-Typ- und N-Typ-Solarmodulen sollten Sie Ihr Budget, Ihre Energieanforderungen und den verfügbaren Installationsraum berücksichtigen.
Was die einfachen Installationskosten betrifft, werden N-Typ-Solarmodule teurer sein als P-Typ-Module. In Bezug auf die Energiebedürfnisse werden N-Typ-Solarmodule aufgrund ihres höheren Effizienzniveaus mehr Energie produzieren können als P-Typ-Module.
Die verfügbare Fläche für die Installation der Module wird einen erheblichen Einfluss auf den Typ haben, den Sie auswählen. Wenn Sie nicht viel Platz haben, aber einen hohen Energiebedarf haben, sollten Sie das N-Typ-Solarmodul wählen, das mit einem höheren Wirkungsgrad arbeitet.
Wenn Sie mehr Installationsraum zur Verfügung haben und sich mehr um Ihren Preis sorgen, könnten Sie sich für P-Typ-Solarmodule entscheiden, die etwas weniger effizient, aber für den durchschnittlichen Hausbesitzer günstiger sind.
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Referenzen:
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