Technologia TOPCon a PERC – podobieństwa i różnice

TOPCon i PERC to dwa rodzaje technologii stosowanej w ogniwach fotowoltaicznych, które mają podobne zadanie. Ich celem jest zwiększenie wydajności konwersji energii słonecznej, na elektryczną. PERC jest starszą technologią, bardziej rozpowszechnioną i stosowaną już od dłuższego czasu w przemyśle fotowoltaicznym, podczas gdy TOPCon to stosunkowo nowa technologia, która dopiero zyskuje na popularności.

• Co łączy i różni te dwie technologie?
• Która z nich jest bardziej wydajna?

Technologia TOPCon i PERC

PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) to technologia, która została opracowana w celu zwiększenia wydajności paneli fotowoltaicznych. W ogniwach PERC, dolna powierzchnia ogniwa posiada dodatkową warstwę dielektryka, która działa jak izolator elektryczny, odbijając każdy promień słońca, który nie wygeneruje elektronu. Dzięki temu foton ma powtórną szansę na wytworzenie energii. Technologia PERC polega na zwiększeniu wydajności ogniwa poprzez minimalizację strat energii. 

TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) to kolejna technologia, która została opracowana w celu poprawy wydajności ogniw fotowoltaicznych. W ogniwach TOPCon, powierzchnia ogniwa jest pokryta dodatkowymi warstwami krzemu, które zapewniają lepszy kontakt z elektrodami i minimalizują straty energii spowodowane rezystencją wewnętrzną.

TOPCon i PERC – podobieństwa

Podstawową częścią ogniw słonecznych typu TOPCon i PERC, jest cienka płytka krzemowa domieszkowana fosforem. Dzięki temu uzyskuje się tzw. płytkę krzemu „typu n”. Górną część płytki domieszkuje się borem, otrzymując w ten sposób warstwę „typu p”, zwaną emiterem. Dzięki temu procesowi tworzy się złącze p-n.

Na tak przygotowane ogniowo nanoszone są kolejne warstwy – antyrefleksyjna oraz warstwy pasywacyjne – tlenek aluminium, azotek krzemu, tlenek krzemu. Pasywacja ogniw dzięki generacji dodatkowego strumienia elektronów pozwala m.in. na polepszenie absorpcji światła, a tym samym zwiększenie uzysków energii.

TOPCon – bardziej zaawansowany PERC?

Moduły TOPCon opierają się na znanych i przetestowanych rozwiązaniach technologii PERC. Ogniwa wykonane w TOPCon do pewnego momentu zbudowane są jak PERC. Różnica polega na tym, że dodaje się dodatkowo jeszcze dwie warstwy – krzemu polikrystalicznego i ditlenku krzemu. Kluczowym składnikiem w technologii TOPCon jest ultracienka warstwa ditlenku krzemu, której grubość wynosi jedynie 1,5 nm, dzięki której możliwy jest selektywny przepływ elektronów przez tę warstwę przy pomocy zjawiska tunelowania (stąd nazwa technologii).

Warstwa zapewnia doskonałe przewodzenie elektronów, które są nośnikami ładunku ujemnego, jednocześnie blokując dziury, które są nośnikami ładunku dodatniego. Dzięki separacji ładunków elektrony i dziury przemieszczają się w przeciwnych kierunkach i generują przepływ prądu elektrycznego, który następnie można wykorzystać do zasilania urządzeń elektrycznych.

Dodatkowe warstwy pozwalają na zminimalizowanie strat przy elektrodach i na tylnej powierzchni ogniwa związanych z tzw. rekombinacją nośników prądu oraz zmniejszenie defektów i niedoskonałości w strukturze ogniwa. 

Moduły oparte na technologii n-TOPCon charakteryzują się:

• wysoką sprawnością na poziomie ponad 20%,
• wyższą wydajnością i żywotnością niż moduły p-type,
• mają niską podatność na efekt LID i LeTid,
• wyeliminowany został tzw. defekt bor-tlen,
• mają niski współczynnik degradacji –  około 1% w pierwszym roku i 0,4% w kolejnych latach,
• wysoką efektywnością pracy przy słabym świetle, jak również w warunkach nasłonecznienia pod różnymi kątami,
• niskim współczynnikiem temperaturowym rzędu 0,3%/°C,
• mogą być produkowane przy ułożeniu ogniw „na zakładkę” – Tiling Ribbon.

Niemieckie stowarzyszenie branżowe VDMA w najnowszej edycji raportu „International Technology Roadmap for Photovoltaic” przeanalizowali udział poszczególnych technologii w przemyśle fotowoltaicznym. Obecnie, najszerzej wykorzystywana jest technologia ogniw fotowoltaicznych PERC (Passivated Emitter and Rear Cell), około 70% dostarczonych ogniw, jednak w najbliższych latach, TOPCon będzie sukcesywnie zwiększać swój udział. Zdaniem VDMA za 10 lat obecność tej technologii w globalnym rynku fotowoltaicznym wzrośnie nawet do 60%.

Szacowany udział poszczególnych technologii ogniw PV w rynku.

Źródło:  „International Technology Roadmap for Photovoltaic” 2023, VDMA

Rekombinacja nośników prądu – na czym polega?

Rekombinacja nośników prądu to proces, w którym elektrony (nośniki ładunku ujemnego) i dziury (nośniki ładunku dodatniego) zderzają się na elektrodach w module fotowoltaicznym i reagują ze sobą, tworząc „dziurawe” miejsce w strukturze. Powoduje to utratę energii i zmniejszenie wydajności modułu.

W przypadku, gdy jest zbyt dużo rekombinacji na elektrodach, mniej energii zostanie przetworzone na prąd, co z kolei wpłynie na wydajność całego modułu. Właśnie dlatego istotne jest minimalizowanie strat i zmniejszanie rekombinacji nośników prądu na elektrodach.

PERC czy TOPCon?

Obydwie technologie mają swoje zalety. PERC jest stosunkowo tańsze w produkcji i bardziej rozpowszechnione na rynku, ale ma niższą wydajność niż TOPCon. TOPCon z kolei  cechuje wyższa odporność niż PERC na degradację wywołaną światłem (efekt LID) – poniżej 0,5% i degradacją wywołaną przez światło pod wpływem temperatury (efekt LeTid). Dzięki niskiemu współczynnikowi temperaturowemu wynoszącemu 0,3%/°C,  TOPCon charakteryzują się lepszą niż moduły PERC, tolerancją na wysokie temperatury. To znaczy, że gdy temperatura na zewnątrz rośnie, moduły TOPCon nadal pracują stabilnie, uzyskując wysoką sprawność. 

Zainteresowany nowoczesnymi, wysoce wydajnymi modułami w technologii TOPCon? Skontaktuj się z nami. W ofercie posiadamy najwyższej jakości panele fotowoltaiczne, które będą skutecznie obniżać Twoje rachunki za prąd przez ponad 30 lat!