การเปรียบเทียบประสิทธิภาพในที่แสงน้อย: TOPCon, BC และ HJT พร้อมข้อมูลจริง
บทนำ
กำลังไฟฟ้าที่ระบุเป็นค่าพิกัด การตอบสนองต่อแสงน้อยคือประสิทธิภาพในโลกจริง ในภูมิภาคส่วนใหญ่ของโลก ความเข้มแสงอาทิตย์ต่ำกว่า 1000 W/m² มากกว่า 90% ของเวลา มีเพียงสองถึงสามชั่วโมงรอบเที่ยงวันที่ใกล้เคียงกับเงื่อนไข STC พระอาทิตย์ขึ้น พระอาทิตย์ตก ท้องฟ้ามืดครึ้ม ฝนตก—เซลล์ใช้เวลาส่วนใหญ่ในการทำงานภายใต้แสงน้อย ประสิทธิภาพที่พิกัดสูงไม่ได้รับประกันผลผลิตในโลกจริงที่สูง วันนี้เราจะวิเคราะห์การตอบสนองต่อแสงน้อย: ใครชนะในเชิงฟิสิกส์ ใครแข็งแกร่งกว่าในภาคสนาม และวิธีประเมินคุณภาพแสงน้อยของเซลล์บนสายการผลิต
ฟิสิกส์ของการตอบสนองต่อแสงน้อย: ใครรั่วไหลและรวมตัวกันใหม่น้อยกว่า
จากวงจรสมมูลของไดโอด สาเหตุหลักที่ประสิทธิภาพลดลงภายใต้แสงน้อยนั้นง่าย: กระแสที่เกิดจากแสงลดลง แต่การรั่วไหลและการรวมตัวกันใหม่ไม่ได้ลดลงตามสัดส่วน ดังนั้นสัดส่วนสัมพัทธ์จึงเพิ่มขึ้น
ปัจจัยที่สำคัญที่สุด: ความต้านทานแบบขนาน Rsh
ภายใต้แสงน้อย กระแสที่เกิดจากแสงลดลงอย่างรวดเร็ว แต่กระแสรั่วไหลคงที่โดยประมาณ (ขึ้นอยู่กับแรงดันและ Rsh) สัดส่วนกระแสรั่วไหลที่มากขึ้นจะดึง Voc ลง ซึ่งลาก FF ลง และลดประสิทธิภาพ
ยิ่ง Rsh สูง (การรั่วไหลน้อยลง) การตอบสนองต่อแสงน้อยก็จะดีขึ้น นี่คือปัจจัยทางกายภาพหลัก
| ประเภทเซลล์ | ลักษณะ Rsh | ประสิทธิภาพในที่แสงน้อย |
|---|---|---|
| HJT | ชั้นพาสซีเวชัน i-a-Si:H ที่มีฉนวนที่ดีเยี่ยม การรวมตัวกันใหม่ที่ส่วนต่อประสานต่ำมาก | ดีที่สุด |
| TOPCon | ขั้วบวกและขั้วลบแยกกันด้านหน้าและด้านหลัง มีโซนแยกขอบน้อย เส้นทางการรั่วไหลที่ควบคุมได้ | ดี |
| BC | โครงสร้างแบบสลับฟันปลาด้านหลัง มีร่องแยก P⁺/N⁺ จำนวนมาก เพิ่มความเสี่ยงการรั่วไหลที่ขอบ | อ่อนกว่า |
ปัจจัยรอง: ค่า ideality factor n
ค่า ideality factor สะท้อนกลไกการรวมตัวใหม่: n=1 สำหรับกระแสการแพร่ในอุดมคติ, n=2 เมื่อการรวมตัวในบริเวณ depletion ครอบงำ ยิ่ง n มาก การสูญเสียจากการรวมตัวภายใต้แสงน้อยก็ยิ่งหนัก โครงสร้าง passivated contact ของ TOPCon ให้ n≈1.1-1.2, รอยต่อ PN แบบสลับฟันปลาด้านหลังของ BC มีช่องทางการรวมตัวที่อินเทอร์เฟซมากกว่า โดย n≈1.2-1.4, และการพาสซิเวชันด้วยอะมอร์ฟัสซิลิคอนของ HJT ทำได้ดีเยี่ยมที่ n≈1.0-1.1
ความต้านทานอนุกรม Rs มีความสำคัญน้อยกว่าในที่นี้ การสูญเสียกำลังไฟฟ้าผ่าน Rs คือ I²R; ภายใต้แสงน้อยกระแสมีค่าน้อย ดังนั้นผลกระทบสัมพัทธ์จึงลดลง
เหตุผลที่ BC อ่อนกว่าภายใต้แสงน้อย: เหตุผลเชิงโครงสร้าง
BC วางขั้วบวกและขั้วลบทั้งสองไว้ด้านหลัง ต้องใช้ร่องแยกจำนวนมากระหว่างบริเวณ P⁺ และ N⁺ เพื่อให้เกิดการแยกทางไฟฟ้า ร่องเหล่านี้ก่อให้เกิดปัญหาสองประการ:
ความเสี่ยงการรั่วไหลที่ขอบ: การกัดร่องสามารถทำลายซับสเตรตซิลิคอนและสร้างเส้นทางรั่วไหล พื้นผิวด้านหลังของ BC หนึ่งแผงมีร่องแยกหลายร้อยร่อง แต่ละร่องเป็นเส้นทางรั่วไหลที่อาจเกิดขึ้นได้
การรวมตัวที่อินเทอร์เฟซ: พื้นที่อินเทอร์เฟซ P⁺/N⁺ ของโครงสร้างแบบสลับฟันปลาด้านหลังมีขนาดใหญ่ขึ้น เพิ่มศูนย์กลางการรวมตัวและทำให้ค่า ideality factor n สูงขึ้น
นี่คือความท้าทายเชิงโครงสร้างโดยธรรมชาติ ไม่ใช่คำถามว่า "ใครทำได้ไม่ดี" การปรับปรุงกระบวนการ (ควบคุมลักษณะร่อง, ปรับปรุงชั้นพาสซิเวชัน) สามารถช่วยได้ แต่โครงสร้างทำให้ BC เสียเปรียบโดยธรรมชาติในจุดนี้
เหตุผลที่ HJT มีประสิทธิภาพดีที่สุดภายใต้แสงน้อยคือตรงกันข้าม: ชั้นพาสซิเวชัน i-a-Si:H อะมอร์ฟัสซิลิคอนภายในให้การพาสซิเวชันพื้นผิวที่ยอดเยี่ยม ความหนาแน่นสถานะอินเทอร์เฟซต่ำ Rsh สูงที่สุด และค่า ideality factor เล็กที่สุด
หลักฐานภาคสนาม: TOPCon เอาชนะ BC ในกำลังไฟฟ้าต่อวัตต์ภายใต้แสงน้อย
ข้อมูลภาคสนามจากสถาบันทดสอบหลายแห่งชี้ไปในทิศทางเดียวกัน:
| สถาบันทดสอบ | สถานที่ตั้ง | สถานการณ์ | TOPCon vs BC ส่วนเพิ่มภายใต้แสงน้อย |
|---|---|---|---|
| CPVT | หยินชวน, หนิงเซี่ย | ช่วงเช้า/เย็นที่มีแสงน้อย | มีเมฆมาก +3.89%, แดดจัด +2.33% |
| CPVT | หยินชวน, หนิงเซี่ย | ความเข้มแสงต่ำมาก (0-100 W/m²) | +4.38% |
| TÜV Nord | คาโกชิมา, ญี่ปุ่น | <400 W/m² | +10.79% |
| TÜV Rheinland | เฉิงตู | 90% เป็นวันที่มีเมฆมาก/ฝนตก | +2.37%, ช่วงเช้า/เย็นสูงสุด +7.18% |
| CGC | ไหหลำ | 127 วัน รวม 76 วันฝนตก | +7.83% |
| State Grid | จางเป่ย | 200 W/m² | +2.6% |
ภายใต้สภาพแสงน้อย ผลผลิตต่อวัตต์ของ TOPCon สูงกว่า BC และยิ่งความเข้มแสงต่ำ ช่องว่างยิ่งกว้างขึ้น
แต่ความแปรผันภายในเทคโนโลยีเดียวกันก็มีมากเช่นกัน การทดสอบเปรียบเทียบจากหลายซัพพลายเออร์โดย Carbon Search Evaluation Lab แสดงให้เห็นว่าผลิตภัณฑ์ BC สูญเสีย 2.78% ถึง 6.57% ที่ความเข้มแสงต่ำ 200 W/m² ในขณะที่ TOPCon มีช่วงตั้งแต่ 2.14% ถึง 4.72%. ช่องว่างระหว่าง "ผลิตภัณฑ์ที่ดีที่สุด" ของสามเทคโนโลยีมีขนาดเล็กกว่าช่องว่างระหว่าง "ผลิตภัณฑ์ที่ดีกับผลิตภัณฑ์ที่แย่" ภายในเส้นทางเดียวกัน
ข้อสรุปสำหรับการผลิต: เมื่อเลือกซื้อ ระดับกระบวนการผลิตของผู้ผลิตมีความสำคัญพอๆ กับการเลือกเส้นทางเทคโนโลยี
อย่าสับสนระหว่างค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิกับการตอบสนองต่อแสงน้อย
ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิและการตอบสนองต่อแสงน้อยเป็นพารามิเตอร์อิสระสองตัว แต่สับสนได้ง่าย
| พารามิเตอร์ | สถานการณ์ที่เกี่ยวข้อง | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ | สถานการณ์อุณหภูมิสูง (โมดูล >50°C) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| การตอบสนองต่อแสงน้อย | สถานการณ์ความเข้มแสงต่ำ (<400 W/m²) | ดีที่สุด | ดี | อ่อนกว่า |
ในวันฤดูร้อนที่มีเมฆมากและร้อน อุณหภูมิสูงและแสงน้อยรวมกัน HJT เป็นผู้นำทั้งสองด้าน ทำให้ข้อได้เปรียบทวีคูณ ในวันฤดูหนาวที่มีเมฆมากและหนาว อุณหภูมิต่ำลดอิทธิพลของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ และการตอบสนองต่อแสงน้อยเป็นตัวนำ อย่าใช้ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเพื่ออธิบายประสิทธิภาพในแสงน้อย และอย่าอนุมานค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิจากประสิทธิภาพในแสงน้อย—ทั้งสองเป็นปริมาณทางกายภาพที่แตกต่างกัน
การปรับปรุงประสิทธิภาพในที่แสงน้อยและความต้านทานต่อ UVID ไม่ได้ขัดแย้งกันโดยธรรมชาติในเชิงฟิสิกส์ แสงน้อยขึ้นอยู่กับกลไกการสูญเสียทางไฟฟ้า (Rsh, n) ในขณะที่ UVID ขึ้นอยู่กับความเสถียรของวัสดุ (พันธะเคมีของชั้นพาสซีเวชัน ฟิล์ม encapsulant) ทั้งสองสามารถปรับปรุงแยกกันได้ผ่านการปรับแต่งอย่างอิสระ
วิธีประเมินคุณภาพแสงน้อยของเซลล์บนสายการผลิต
ตัวบ่งชี้ที่ตรงที่สุด: ความต้านทาน shunt Rsh
ในการทดสอบ I-V ยิ่ง Rsh ของเซลล์สูงเท่าไร โอกาสที่เซลล์จะทำงานได้ดีในที่แสงน้อยก็ยิ่งมากขึ้น หากชุดการผลิตมีการกระจายของ Rsh กว้างและมีสัดส่วนของเซลล์ที่มี Rsh ต่ำสูง ผลผลิตในที่แสงน้อยจะลดลงอย่างแน่นอน
ข้อควรระวังพิเศษสำหรับสาย BC: เซลล์ที่แสดงจุดสว่างผิดปกติในบริเวณร่องแยก (isolation trench) ในภาพ EL มักมี Rsh ต่ำ ซึ่งสอดคล้องกับ "การรั่วไหลที่ขอบร่อง" ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ ซึ่งเป็นปัญหาที่โครงสร้างนี้มีแนวโน้มโดยธรรมชาติ
สาย TOPCon: โดยทั่วไป Rsh ที่สูงกว่า 1000 Ω·cm² ถือว่าปกติ ต่ำกว่า 500 ควรตรวจสอบการแยกขอบหรือรูพรุนในชั้นพาสซีเวชัน เซลล์ที่มีพฤติกรรมแสงน้อยดีเยี่ยมมักมี Rsh สูงกว่า 3000
สาย HJT: Rsh สูงโดยธรรมชาติ และสูงกว่า 5000 เป็นเรื่องปกติ แต่ Rsh ต่ำในเซลล์ HJT มักหมายถึงมีปัญหาที่อินเทอร์เฟซระหว่าง TCO และ a-Si:H
สรุป
บัญชีฟิสิกส์ของการตอบสนองในที่แสงน้อย: HJT ดีที่สุด, TOPCon ดี, BC เผชิญความท้าทายทางโครงสร้าง บัญชีภาคสนาม: ในที่แสงน้อย ผลผลิตต่อวัตต์ของ TOPCon สูงกว่า BC จริง และยิ่งความเข้มแสงต่ำ ช่องว่างยิ่งกว้าง แต่อย่าตัดสินจากเทคโนโลยีเพียงอย่างเดียว—ช่องว่างระหว่างผลิตภัณฑ์ที่ดีและไม่ดีในเทคโนโลยีเดียวกันนั้นใหญ่กว่าช่องว่างระหว่างเทคโนโลยี
แหล่งข้อมูล: การทดสอบภาคสนาม CPVT หยินชวน (2025), การทดสอบภาคสนาม TÜV Nord คาโงชิมะ, การทดสอบภาคสนาม TÜV Rheinland เฉิงตู, การทดสอบภาคสนาม CGC ไหหลำ, การทดสอบภาคสนาม State Grid จางเป่ย, การทดสอบเปรียบเทียบหลายซัพพลายเออร์ของ Carbon Search Evaluation Lab (2025)
มุมมองของ Ooitech: ผลผลิตในที่แสงน้อยจริง ไม่ใช่ประสิทธิภาพตามป้ายชื่อ คือมาตรวัดที่แท้จริงของเซลล์แสงอาทิตย์ และความต้านทาน shunt เป็นปัจจัยเดียวที่กำหนดมากที่สุด
