Die führenden PV-Hersteller brechen weiterhin den Wirkungsgrad von N-Typ Solarzellen. Es ist zum Konsens der Industrie geworden, dass die N-Typ-Technologie die neue Entwicklungsrichtung von Photovoltaikzellen ist. Dieser Artikel befasst sich mit den drei Haupttypen von N-Typ Zellen: TOPCon, HJT und IBC.
TOPCon-Solarzelle：Optimaler Übergang von p-Typ zum n-Typ
Technologie
Die Vorderseite von TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) unterscheidet sich nicht grundlegend von herkömmlichen N-Typ Solarzellen oder N-PERT Solarzellen. Die Kerntechnologie von TOPCon ist der passivierte Kontakt auf der Rückseite. Die Rückseite der Zelle besteht aus einer ultra dünnen Siliziumoxid-Schichten und Phosphor dotierten Polysiliziumschichten, die zusammen eine passivierte Kontaktstruktur bilden. TOPCon-Zellen haben gute Kontakteigenschaften und können den Wirkungsgrad von Solarzellen erheblich steigern.
Die TOPCon-Technologie wurde vom Fraunhofer ISE erstmals auf der 28th EU PVSEC (Europäische Konferenz und Ausstellung für photovoltaische Solarenergie) im Jahr 2013 vorgestellt. Jinko Solar erreicht 25,4 % Wirkungsgrad für Topcon-Solarzelle im Jahr 2021, der vom JET, einer führenden Zertifizierungsorganisation, zertifiziert wurde. JinkoSolar Solar wurde Rekordhalter für den Wirkungsgrad von kommerziellen n-Typ-TopCon-Zellen.
Vorteile von TOPCon Zellen
- Der theoretische Wirkungsgrad von TOPCon beträgt 28,7 % und liegt damit nahe an der Grenze zu kristallinem Silizium. Es ist deutlich über dem von PERC-Zellen.
- TOPCon ist mit bestehenden PERC-Produktionslinien kompatibel. Daher kann TOPCon auf der Grundlage bestehender PERC-Produktionslinien aufgerüstet werden. 60 % der chinesischen PERC-Kapazität kann in eine TOPCon-Linie umgewandelt werden.
- Keine LID (lichtinduzierte Degradation).
- Die Bifazialrate liegt bei über 85 %.
- Mit einem niedrigen Temperaturkoeffizient geeignet sich TOPCon für tropische Regionen
Der begrenzende Faktor für die Massenproduktion von TOPCon ist, dass die Erfolgsquote im Allgemeinen unter 95 % liegt. Die derzeitigen Kosten sind noch hoch und das Verfahren ist noch nicht vollständig festgelegt.
HJT-Solarzelle: Ein klarer Weg zu Kostensenkung und höhrer Effizienz
Technologie
Die HJT-Technologie steht für Heterojunction with Intrinsicthin-Layer. Der p-n-Übergang einer herkömmlichen kristallinen Silizium-Solarzelle besteht aus demselben Material, nämlich aus kristallinem Silizium. Ein Heterojunction hingegen ist ein Übergang, der aus zwei verschiedenen Halbleitermaterialien besteht. Das grundlegende Prinzip ist das gleiche wie bei einer normalen Solarzelle. Der Unterschied besteht darin, dass die emittierende Schicht einer HJT-Zelle aus eine dünne amorphe Silizium-Schicht besteht, was die Umwandlungseffizienz der Zelle erhöht.
Seit den 1980er Jahren untersuchen viele Labore Zellen, die mit kristallinem und amorphem Silizium gestapelt sind. Im Jahr 1990 wurde die Grundstruktur der Heterojunction erstmals von der japanischen Sanyo Corporation vorgeschlagen. Und der Wirkungsgrad konnte zu dieser Zeit 14,5% erreichen. Im Jahr 2022 stellte LONGi einen Weltrekord von 25,47% Wirkungsgrad auf einem M6 monokristallinen Wafer.
Vorteile von HJT-Zellen
- Hoher Wirkungsgrad.
- Niedrige Prozesstemperatur. Alle Produktionsprozesse für HJT-Zellen werden bei Temperaturen unter 250 °C durchgeführt. Die niedrige Prozesstemperatur ermöglicht eine präzisere Steuerung der optischen Bandlücke, der Abscheidungsrate, des Absorptionskoeffizienten und des Wasserstoffgehalts der a-Si-Schicht. Niedrige Prozesstemperaturen verhindern auch nachteilige Auswirkungen wie thermischen Stress aufgrund hohe Temperaturen.
- Die Zellen können dünner gemacht werden.
- Keine PID und LeTID. Die einzigartige Heteroübergang der HJT-Zelle ermöglicht es, dass die Passivierung des einkristallinen Siliziums gleichzeitig mit der Bildung des p-n-Übergangs abgeschlossen wird. Dies führt zu einer Leerlaufspannung von Voc>740mv, was den Wirkungsgrad erhöht. Die defektarme Passivierungsschicht und die hohe Leitfähigkeit der Metallelektroden verringern die Oberflächen- und Grenzflächenleckströme erheblich und erhöhen die Wirkungsgrad der Zellen.
- Der Temperaturkoeffizient von HJT-Zellen ist niedrig, etwa halb so hoch wie der von herkömmlichen kristallinen Siliziumzellen. In Hochtemperaturumgebungen können HJT-Zellen 6-10 % mehr Strom erzeugen als herkömmliche Zellen. Normalerweise produziert ein 320-Watt-HJT-Modul 15 Watt mehr als eine herkömmliche kristalline Siliziumzelle in einer 60°-Betriebsumgebung.
- Die Vorder- und Rückseite der HJT-Zellen können Strom erzeugen. 10-20% mehr Strom kann auf der Rückseite der HJT-Zellen erzeugt werden. Und der Gesamtwirkungsgrad beider Seiten kann 25-28% erreichen.
IBC-Solarzelle: Großes Potenzial
Technologie
Die IBC-Technologie (Interdigitaler Rückkontakt) ist eine Technologie, die bei der Herstellung von Rückseitenkontakten verwendet wird. Die IBC-Solarzelle hat auf der Vorderseite keine Elektroden. Die positiven und negativen Metallgitterlinien sind kreuzweise auf der Rückseite der Zelle angeordnet. Der Kern der IBC-Technologie liegt in der Herstellung von hochwertigen p- und n-Bereich mit Gabelfingerabstand auf der Rückseite der Zelle.
Die IBC-Technologie wurde erstmals 1975 von Lammert und Schwartz vorgestellt. Das amerikanische Unternehmen Sunpower war der Marktführer und Pionier der IBC-Solarzellen. Im März 2017 hat das japanische Unternehmen Kaneka eine HBC-Zelle mit einem Wirkungsgrad von 26,7 % durch Überlagerung der HJT- und IBC-Zelltechnologie entwickelt. Dieser Wirkungsgrad wird nun schon seit fünf Jahren gehalten.
Vorteile von IBC-Solarzelle
- Der größte Vorteil der IBC-Solarzelle ist, dass die Effizienz des Solarpanels steigt aufgrund der geringeren Abschattungsverluste deutlich an.
- Geringerer Serienwiderstand.
Schwierigkeiten bei der Massenproduktion von IBC-Solarzelle
Der Herstellungsprozess der IBC-Solarzelle ist komplex, da Halbleitertechnologien wie Maskierung und Photolithographie mehrfach eingesetzt werden. Die Kosten für IBC-Solarzelle sind fast doppelt so hoch wie die für herkömmliche Solarzellen.
Derzeit setzen die meisten führenden PV-Hersteller auf die TOPCon- und HJT-Solarzelle. Die IBC-Solarzelle sind aufgrund des übermäßig komplexen Herstellungsprozesses noch weit von einer Massenproduktion entfernt. Nach Einschätzung von JinkoSolar ist die TOPCon-Technologie zum jetzigen Zeitpunkt führend in Bezug auf Wirkungsgrad und Kosteneffizienz, und hat ein großes Potenzial für höhere Effizienz- und niedrigere Kosten. TOPCon Solarzellen sind daher in den nächsten Jahren sehr wettbewerbsfähig. Longi, TrinaSolar und andere Unternehmen konzentrierten sich auf den Einsatz von TOPCon-Produktionslinien. Einige Hersteller betrachten TOPCon als eine Übergangstechnologie, während HJT die ultimative Lösung darstellt. Aus diesem Grund ziehen sie es vor, sich auf die HJT-Technologie zu konzentrieren, auch wenn es noch viele Probleme zu lösen gibt. Zu den Unternehmen, die sich auf die HJT-Technologie spezialisiert haben, gehören JINERGY, Meyer Burger, Hevel Solar, usw.
In den nächsten 2 zu 5 Jahren werden p-Typ Solarzellen dank ausgereifter Prozesstechnologie und kompletter Lieferkettenkapazitäten weiterhin den Markt dominieren. Aber auch der Marktanteil der n-Typ Solarellen wird stetig steigen. Mit der allmählichen Reifung der Technologie wird es erwartet, dass n-Typ Solarzellen einen höheren Wirkungsgrad erreichen können. Welche Technologie von TOPCon, HJT und IBC wird einen großen Anteil am PV-Markt haben? Warten wir einfach ab, was passieren wird.