PERC vs TOPCon vs HJT vs BC: ทำไมเซลล์แสงอาทิตย์จึงแตกต่างกันเช่นนี้

คำตอบสั้น: PERC, TOPCon, HJT และ BC แตกต่างกันหลักๆ ที่สิ่งที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวเซลล์และการสัมผัสด้านหลัง ไม่ใช่ที่แผ่นซิลิคอนที่อยู่ข้างใต้ PERC ทำพาสซีเวชันด้านหลังของเซลล์ชนิด p และเปิดการสัมผัสเฉพาะจุดผ่านชั้นนั้น TOPCon วางชั้นออกไซด์อุโมงค์บางเฉียบ ประมาณ 2 nm ไว้ใต้ชั้นโพลีซิลิคอนเจือสาร เพื่อให้ตัวพาประจุทะลุผ่านพื้นผิวที่ทำพาสซีเวชันแล้ว ซึ่งช่วยเพิ่มแรงดันวงจรเปิด HJT ฝากชั้นซิลิคอนอสัณฐานบางๆ บนทั้งสองด้าน และใช้กระบวนการที่อุณหภูมิต่ำกว่า BC ย้ายการสัมผัสทั้งสองไปไว้ด้านหลัง ขจัดเงาของบัสบาร์ด้านหน้าออกทั้งหมด ผลที่ตามมาสำหรับผู้ผลิตคือแต่ละเส้นทางหมายถึงชุดขั้นตอนกระบวนการที่เพิ่มเข้ามาแตกต่างกัน และระดับความเข้ากันได้กับสายการผลิตที่มีอยู่แตกต่างกัน — TOPCon ต้องการหลักๆ แค่การเติมการแพร่และการฝากชั้น ในขณะที่ HJT เข้าแทนที่ลำดับความร้อนทั้งหมด ความแตกต่างด้านความเข้ากันได้กับสายการผลิตนี้อธิบายว่าทำไมอุตสาหกรรมจึงบรรจบกันในแบบที่มันเป็น

การผลิตโมดูล PV · โดย Jerry, Ooitech

คำถามหลักของประเด็นนี้

จาก P-type ถึง N-type จาก PERC ถึง TOPConHJT และ BC ตัวอักษรเหล่านี้หมายถึงอะไรกันแน่? พวกมันกำลังแก้ปัญหาที่แตกต่างกันอย่างไร และผู้เชี่ยวชาญด้านซัพพลายเชนควรพิจารณาอะไรเมื่อเลือกใช้?

ซัพพลายเออร์ A กล่าว: "โมดูล TOPCon ของเรามีประสิทธิภาพ 22.5% สูงกว่า PERC หนึ่งจุด" ซัพพลายเออร์ B กล่าว: "โมดูล HJT ของเรามีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่ดีกว่าและผลิตพลังงานได้มากขึ้นในสภาพอากาศร้อน" ซัพพลายเออร์ C กล่าว: "โมดูล BC ของเราไม่มีเส้นกริดด้านหน้า ดูสะอาดตาและเหมาะกับโครงการแบบกระจาย"

แล้วคุณควรเปรียบเทียบอย่างไร? หากคุณดูแค่ราคาและประสิทธิภาพที่กำหนด คุณจะพลาดสิ่งที่สำคัญจริงๆ:

• เส้นทางเทคโนโลยีที่แตกต่างกันมีผลผลิตในการผลิตจำนวนมากที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อความเสถียรในการจัดส่ง

• ปริมาณการใช้ซิลเวอร์เพสต์แตกต่างกัน (HJT สูงกว่า) ซึ่งส่งผลต่อแนวโน้มต้นทุนและความเสี่ยงด้านอุปทาน

• กลไกการเสื่อมสภาพแตกต่างกัน (P-type มี LID, N-type มี LeTID) ซึ่งส่งผลต่อการเรียกร้องการรับประกัน

• อุณหภูมิกระบวนการแตกต่างกัน (HJT เป็นกระบวนการอุณหภูมิต่ำ) ซึ่งส่งผลต่ออุปกรณ์ เกณฑ์การลงทุน และภาพรวมของซัพพลายเออร์

ประเด็นนี้ช่วยให้คุณสร้างกรอบการเปรียบเทียบเส้นทางเทคโนโลยีที่สมบูรณ์

เข้าใจในหนึ่งประโยค

PERC คือจุดสูงสุดของเทคโนโลยี P-type (การพาสซีฟด้านหลัง), TOPCon คือเส้นทางการผลิตจำนวนมาก N-type กระแสหลัก (การพาสซีฟแบบสัมผัส), HJT คือเส้นทางอุณหภูมิต่ำประสิทธิภาพสูง (การพาสซีฟรอยต่อเฮเทอโร), และ BC ย้ายอิเล็กโทรดไปด้านหลังเป็นโซลูชันที่สวยงาม พวกเขาแก้ปัญหาเดียวกันจากมุมที่แตกต่างกัน: การลดการสูญเสียประสิทธิภาพ

อุปมาอย่างง่าย

การสูญเสียประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์เปรียบเสมือนบ้านห้าชั้นที่มีน้ำรั่วทุกชั้น:

• ชั้นแรก รั่ว (การสูญเสียจากการดูดซับ): แสงผ่านทะลุไปโดยไม่ถูกดูดซับ

• ชั้นสอง รั่ว (การสูญเสียจากการระบายความร้อน): พลังงานส่วนเกินของโฟตอนพลังงานสูงกลายเป็นความร้อน

• ชั้นสาม รั่ว (การสูญเสียจากการรวมตัวกันใหม่): อิเล็กตรอนและโฮลรวมตัวกันใหม่ก่อนที่จะถูกแยกออก

• ชั้นสี่ รั่ว (การสูญเสียจากความต้านทาน): กระแสไฟฟ้าพบความต้านทานในเซลล์และอิเล็กโทรดแล้วกลายเป็นความร้อน

• ชั้นห้า รั่ว (การสูญเสียจากการบังเงา): อิเล็กโทรดด้านหน้าบังแสงอาทิตย์บางส่วน

PERC ซ่อมชั้นสามเป็นหลัก (การรวมตัวกันใหม่ด้านหลัง) TOPCon ซ่อมส่วนสัมผัสของชั้นสามเป็นหลัก (การรวมตัวกันใหม่ที่จุดสัมผัส) HJT ปรับปรุงชั้นสามเกือบทั้งหมด (การพาสซิเวชันที่รอยต่อ) BC ซ่อมชั้นห้าเป็นหลัก (ย้ายอิเล็กโทรดไปด้านหลังเพื่อกำจัดการบังเงา)

หมายเหตุห่วงโซ่อุปทาน: เส้นทางที่แตกต่างกันซ่อมชั้นที่แตกต่างกัน แต่ต้นทุนและความยากในการซ่อมแต่ละชั้นแตกต่างกัน สิ่งที่คุณเลือกไม่ใช่แค่ตัวเลขประสิทธิภาพ แต่เป็นการแลกเปลี่ยนระหว่าง 'ลงทุนที่ไหน ประหยัดการสูญเสียได้เท่าไหร่ และจ่ายราคาเท่าไหร่'

หลักการทางวิชาชีพ

P-type กับ N-type: การเลือกซับสเตรต

แนวโน้ม: N-type กำลังแทนที่ P-type ในฐานะกระแสหลัก เนื่องจากอายุของพาหะส่วนน้อยของเวเฟอร์ N-type สูงกว่า (อิเล็กตรอนมีอายุ 'นานกว่า') และเมื่อรวมกับการพาสซิเวชันที่ก้าวหน้ากว่าสามารถไปถึงประสิทธิภาพที่สูงขึ้น

PERC: การเพิ่มฟิล์มป้องกันที่ด้านหลัง

PERC ย่อมาจาก Passivated Emitter and Rear Cell ที่ด้านหลังของเซลล์ P-type แบบดั้งเดิมจะเพิ่ม:

• ชั้น Al2O3 (อะลูมิเนียมออกไซด์) สำหรับพาสซิเวชันเพื่อลดการรวมตัวกันใหม่ที่ด้านหลัง

• ชั้น SiNx (ซิลิคอนไนไตรด์) ป้องกันเพื่อเพิ่มการสะท้อนที่ด้านหลัง ทำให้โฟตอนที่ยังไม่ถูกดูดซับสะท้อนกลับมาเพื่อโอกาสในการดูดซับครั้งที่สอง

การสูญเสียหลักที่แก้ไข: การรวมตัวกันใหม่ที่ด้านหลังและการสูญเสียการส่งผ่านที่ด้านหลัง

คุณสมบัติของห่วงโซ่อุปทาน: เทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่ที่สุด ห่วงโซ่อุปทานสมบูรณ์ที่สุด ต้นทุนต่ำที่สุด แต่มีเพดานประสิทธิภาพประมาณ 23.5% เป็นฐานการติดตั้งที่ใหญ่ที่สุด อะไหล่และการเปลี่ยนทดแทนง่ายที่สุด

TOPCon: ประตูสัมผัสที่แม่นยำ

TOPCon ย่อมาจาก Tunnel Oxide Passivated Contact โครงสร้างสำคัญ: ที่ด้านหลังของเวเฟอร์ N-type จะสร้างชั้นออกไซด์บางมาก (SiO2 ประมาณ 1-2nm) แล้วเคลือบด้วยชั้นโพลีซิลิคอนที่เจือปน

• ชั้นออกไซด์ทำหน้าที่เหมือนประตู ปิดกั้นพาหะส่วนน้อย (โฮล) ไม่ให้รวมตัวกันใหม่ ในขณะที่ยอมให้พาหะส่วนใหญ่ (อิเล็กตรอน) ทะลุผ่านได้ (นี่คือ "การทะลุผ่าน")

• ชั้นโพลีซิลิคอนที่เจือปนให้การสัมผัสทางไฟฟ้าที่ดีและลดความต้านทานสัมผัส

การสูญเสียหลักที่แก้ไข: การรวมตัวกันใหม่ที่บริเวณสัมผัสโลหะและความต้านทานสัมผัส

คุณสมบัติของห่วงโซ่อุปทาน: เข้ากันได้ดีกับสายการผลิต PERC (สามารถอัปเกรดได้) และเป็นเส้นทางการผลิตจำนวนมาก N-type หลักในปัจจุบัน ต้องระวังการใช้ซิลเวอร์เพสต์ ผลผลิตของกระบวนการชั้นออกไซด์ และข้อมูลการเสื่อมสภาพ

HJT: ชั้นป้องกันสองชั้นประกบเวเฟอร์

HJT ย่อมาจาก Heterojunction Technology โครงสร้าง: ทั้งสองด้านของเวเฟอร์ผลึก N-type จะเคลือบชั้นอะมอร์ฟัสซิลิคอนแท้ (i-a-Si:H) เป็นพาสซิเวชัน จากนั้นเคลือบด้วยชั้นอะมอร์ฟัสซิลิคอนที่เจือปน และสุดท้ายคือชั้นออกไซด์นำไฟฟ้าโปร่งใส (TCO)

• "Hetero" หมายถึงซิลิคอนผลึกและซิลิคอนอะมอร์ฟัสเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สองชนิดที่แตกต่างกัน

• ชั้น i-a-Si:H ทั้งสองชั้นให้พาสซิเวชันพื้นผิวที่ยอดเยี่ยม

• กระบวนการทั้งหมดดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำ (<200°C ในขณะที่ PERC/TOPCon ต้องการ 800°C+)

การสูญเสียหลักที่แก้ไข: การรวมตัวกันใหม่ที่พื้นผิวและการสูญเสียจากอุณหภูมิ (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำกว่า ประสิทธิภาพดีกว่าในที่ร้อน)

คุณสมบัติของห่วงโซ่อุปทาน: ประสิทธิภาพสูงและพฤติกรรมทางความร้อนที่ดี แต่ต้องลงทุนอุปกรณ์จำนวนมาก ใช้เงินผงสูง และต้องใช้เป้าหมาย (ITO สำหรับ TCO) กระบวนการที่อุณหภูมิต่ำหมายความว่าไม่สามารถใช้งานร่วมกับสายการผลิตที่อุณหภูมิสูงที่มีอยู่ได้ และต้องใช้กำลังการผลิตใหม่

BC / IBC: การย้ายอิเล็กโทรดไปด้านหลัง

BC ย่อมาจาก Back Contact และ IBC ย่อมาจาก Interdigitated Back Contact ด้านหน้าของเซลล์แบบดั้งเดิมมีเส้นกริดโลหะ (อิเล็กโทรด) ที่บังแสงอาทิตย์ประมาณ 5%-7% เทคโนโลยี BC วางอิเล็กโทรดบวกและลบทั้งหมดไว้ที่ด้านหลัง ทำให้ด้านหน้าไม่มีร่มเงาเลย

วิธีการทำงาน: บริเวณ P+ และ N+ ถูกจัดเรียงสลับกันที่ด้านหลังเพื่อสร้างรอยต่อ PN เฉพาะที่ โดยมีอิเล็กโทรดบวกและลบสลับกัน

การสูญเสียหลักที่แก้ไข: การบังแสงของอิเล็กโทรดด้านหน้า

คุณสมบัติของห่วงโซ่อุปทาน: ด้านหน้าที่สะอาด (ไม่มีเส้นกริด) และประสิทธิภาพสูง แต่กระบวนการซับซ้อน ความท้าทายด้านผลผลิตสูง และอุปสรรคด้านสิทธิบัตรมากมาย เหมาะสำหรับตลาดกระจายคุณภาพสูง

ภาพรวมแผนที่การสูญเสียประสิทธิภาพ

คู่มือภาพประกอบ

รูปที่ 1: การเปรียบเทียบ P-type กับ N-type

คอลัมน์ซ้าย (โทนสีฟ้า): เวเฟอร์ P-type, การเติมโบรอน, ตัวพาส่วนใหญ่เป็นโฮล, การเสื่อมสภาพ LID ที่เห็นได้ชัดเจน, เทคโนโลยีตัวแทน PERC คอลัมน์ขวา (โทนสีเขียว): เวเฟอร์ N-type, การเติมฟอสฟอรัส, ตัวพาส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอน, อายุการใช้งานของตัวพาส่วนน้อยสูงกว่า, เทคโนโลยีตัวแทน TOPCon/HJT/BC ความแตกต่างพื้นฐานระหว่าง P-type และ N-type อยู่ที่ธาตุเจือและชนิดของตัวพาส่วนใหญ่ และ N-type สามารถบรรลุประสิทธิภาพที่สูงขึ้นได้เนื่องจากอายุการใช้งานของตัวพาที่ยาวนานกว่าควบคู่กับการพาสซีฟขั้นสูง

รูปที่ 2: การเปรียบเทียบภาพตัดขวางของ PERC / TOPCon / HJT / BC

สี่คอลัมน์ แต่ละคอลัมน์แสดงภาพตัดขวางแนวตั้งของเซลล์หนึ่งชนิด โดยตำแหน่งรอยต่อ PN ถูกทำเครื่องหมายด้วยวงกลมประสีแดง PERC และ TOPCon มีรอยต่อ PN อยู่ด้านหน้า HJT มีรอยต่อเฮเทอโรทั้งสองด้าน และ BC มีรอยต่อ PN อยู่ด้านหลังทั้งหมด การอ่านห่วงโซ่อุปทาน: ยิ่งมีชั้นมากหมายถึงขั้นตอนกระบวนการมากขึ้นซึ่งหมายถึงความท้าทายด้านผลผลิตที่มากขึ้น HJT มีชั้นน้อยที่สุดแต่ใช้ฟิล์มบางอุณหภูมิต่ำ TOPCon มีจำนวนชั้นปานกลางใกล้เคียงกับสายการผลิตที่มีอยู่มากที่สุด และ BC มีโครงสร้างด้านหลังที่ซับซ้อนที่สุด

รูปที่ 3: แผนที่การสูญเสียประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์

การต่อสู้ของเส้นทางเทคโนโลยีส่วนใหญ่เกี่ยวกับการปรับปรุงการสูญเสียในวงแหวนที่สองและสาม ไม่มีเทคโนโลยีใดที่สามารถแก้ไขการสูญเสียทั้งหมดได้อย่างสมบูรณ์แบบในครั้งเดียว การอ่านห่วงโซ่อุปทาน: เมื่อคุณเปรียบเทียบช่องว่างประสิทธิภาพระหว่างสองเทคโนโลยี ให้ถามให้ชัดเจนว่าช่องว่างนั้นมาจากชั้นการสูญเสียใด เพราะนั่นจะเป็นตัวกำหนดว่าช่องว่างนั้นเป็นจริงหรือเป็นเพียงผลลัพธ์ในห้องปฏิบัติการ และจะคงอยู่ภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน เช่น อุณหภูมิสูงหรือแสงน้อยหรือไม่

คำศัพท์สำคัญในฉบับนี้

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อย

ความเข้าใจผิด 1: TOPCon เป็นเพียง PERC ที่อัปเกรดแล้ว ความเข้าใจที่ถูกต้อง: TOPCon ใช้เวเฟอร์ N-type (PERC ใช้ P-type) และแนวคิดการออกแบบหน้าสัมผัสแบบพาสซิเวตแตกต่างจาก PERC โดยสิ้นเชิง แม้ว่าสายการผลิต PERC บางสายสามารถอัปเกรดเป็น TOPCon ได้ แต่ก็เป็นเทคโนโลยีสองรุ่น

ความเข้าใจผิด 2: HJT สามารถแทนที่ TOPCon ได้อย่างสมบูรณ์แล้ว ความเข้าใจที่ถูกต้อง: HJT มีประสิทธิภาพสูงและอุณหภูมิกระบวนการต่ำ แต่การลงทุนอุปกรณ์สูง การใช้ซิลเวอร์เพสต์สูง (ประมาณสองเท่าของ TOPCon) และต้องใช้เป้าหมาย แต่ละเทคโนโลยีมีสถานการณ์และกลุ่มลูกค้าที่เหมาะสม

ความเข้าใจผิดที่ 3: เทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดต้องดีที่สุด ความเข้าใจที่ถูกต้อง: คุณต้องดูต้นทุนรวม รวมถึงผลผลิตจากการผลิตจำนวนมาก ต้นทุนวัสดุ (โดยเฉพาะเงินและเป้าหมาย) การเสื่อมสภาพ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ การตอบสนองต่อแสงน้อย และความมั่นคงของอุปทาน ประสิทธิภาพที่ได้รับการจัดอันดับเป็นเพียงมิติหนึ่งของการประเมินทางเทคนิค

ความเข้าใจผิดที่ 4: โมดูล BC ไม่มีเส้นกริดด้านหน้า ดังนั้นประสิทธิภาพต้องสูงที่สุด ความเข้าใจที่ถูกต้อง: BC ย้ายอิเล็กโทรดไปด้านหลัง ลดการสูญเสียจากการบังแสงด้านหน้า แต่กระบวนการด้านหลังซับซ้อนกว่าและเส้นทางความต้านทานด้านหลังยาวกว่า ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของ BC ชัดเจนภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ แต่ไม่เหมาะสมที่สุดในทุกสถานการณ์

จุดเน้นของห่วงโซ่อุปทาน

การเลือกเส้นทางเทคโนโลยีเท่ากับการเลือกความมั่นคงของอุปทานสำหรับ 5-10 ปีข้างหน้า

• กำลังการผลิตและอุปทาน: PERC มีกำลังการผลิตมากที่สุดแต่กำลังถูกแทนที่ด้วย TOPCon เมื่อประเมินซัพพลายเออร์ ให้ดูที่ส่วนแบ่งกำลังการผลิต N-type และความคืบหน้าในการเพิ่มกำลังการผลิต

• การพึ่งพาเงิน: เงินเป็นต้นทุนอันดับสองของเซลล์รองจากเวเฟอร์ การใช้เงินของ HJT เป็นปัญหาคอขวดด้านต้นทุนที่อุตสาหกรรมจับตามอง (เงิน paste อุณหภูมิต่ำมีราคาแพงกว่า)

• การเสื่อมสภาพและการรับประกัน: โดยทั่วไปโมดูล N-type เสื่อมสภาพน้อยกว่า P-type แต่ประสิทธิภาพ LeTID แตกต่างกันไปตามผู้ผลิต ในการเจรจารับประกัน ให้ขอกราฟการเสื่อมสภาพที่เฉพาะเจาะจง

• การจับคู่อะไหล่: โมดูลทดแทนต้องตรงกับเส้นทางเทคโนโลยีเดิมและพารามิเตอร์รุ่น การต่อโมดูลที่มีการออกแบบรอยต่อ PN ต่างกันแบบอนุกรมทำให้เกิดการสูญเสียจากการไม่ตรงกัน

• ความเสี่ยงด้านสิทธิบัตร: สิทธิบัตรเทคโนโลยี BC กระจุกตัวอยู่ในบริษัทไม่กี่แห่ง ดังนั้นการทดแทนในประเทศและตลาดอะไหล่สำหรับห่วงโซ่อุปทานอาจมีจำกัด

หมายเหตุห่วงโซ่อุปทาน: การเลือกเส้นทางเทคโนโลยีโมดูลไม่ใช่แค่ประสิทธิภาพและราคาในวันนี้ แต่เป็นการคาดการณ์ความมั่นคงของอุปทานและความพร้อมของอะไหล่ในอีก 25 ปีข้างหน้า TOPCon เป็นตัวเลือกที่มี "ความแน่นอนสูง" ในปัจจุบัน HJT เป็นตัวเลือกที่มี "ศักยภาพสูงในอนาคต" และ BC เป็นตัวเลือกที่มี "มูลค่าสูงในสถานการณ์เฉพาะ"

สรุปในหนึ่งประโยค

PERC ซ่อมด้านหลัง TOPCon ซ่อมหน้าสัมผัส HJT ซ่อมรอยต่อ และ BC ซ่อมการบังแสง ตรรกะเบื้องหลังการแข่งขันของเทคโนโลยีทั้งสี่นี้คือการปะจุดต่างๆ บนแผนที่การสูญเสียประสิทธิภาพ และการตัดสินใจจัดซื้อของคุณคือการสร้างสมดุลระหว่างความสมบูรณ์ ต้นทุน ประสิทธิภาพ และความมั่นคงของอุปทาน

มุมมองของ Ooitech

Ooitech เชื่อว่า: PERC, TOPCon, HJT และ BC ไม่ใช่การแข่งขันเพื่อหาค่าประสิทธิภาพเพียงค่าเดียว แต่เป็นสี่แพทช์ที่แตกต่างกันบนแผนที่การสูญเสียประสิทธิภาพ และทางเลือกที่ชาญฉลาดคือทางเลือกที่สร้างสมดุลระหว่างความสมบูรณ์ ต้นทุน ประสิทธิภาพ และความมั่นคงในการจัดหาในระยะยาว