Tecnologia delle celle solari di tipo N: la differenza tra TOPCon e HJT

· Notizia sull'industria fotovoltaica

Secondo i rapporti, entro la fine del 2022 la capacità di produzione di celle N in Cina dovrebbe superare i 640 GW, pari a circa 1,83 volte la capacità di tutte le celle FV prodotte in Cina lo scorso anno. Nel 2023 le celle N comprimeranno ulteriormente la quota di mercato delle celle P. Quali sono le differenze tra TOPCon e HJT e quali sono i vantaggi e gli svantaggi di ciascuno dei due segmenti più importanti della tecnologia delle celle N, le risposte sono nell'articolo.

Storia dello sviluppo della cella solare tipo P

Le celle di tipo P si riferiscono principalmente alle celle BSF e alle celle PERC. prima del 2014-2015, la tecnologia delle celle fotovoltaiche era dominata dalle BSF, sia monocristalline che policristalline, con passivazione del backfield in alluminio sul lato posteriore. dopo il 2015, si sono sviluppate le celle PERC. il lato posteriore delle celle PERC non è costituito solo dalla passivazione del backfield in alluminio, ma anche dalla passivazione dell'ossido di alluminio e del nitruro di silicio, evitando di fatto alcuni dei problemi precedenti. Alcuni difetti tecnici. 

Grazie ai vantaggi del monocristallino in termini di efficienza di conversione e costi di produzione, le celle PERC sono diventate la tecnologia più efficace per ottenere una rapida riduzione dei costi di alimentazione del sistema. Nei due anni successivi, l'intero mercato si è gradualmente orientato verso la tecnologia PERC. Entro il 2022, la percentuale di celle PERC sul mercato globale supererà il 90%.
Attualmente le celle PERC non sono così indietro, ma si prevede che tra circa tre anni sarà difficile competere con le celle di tipo N, più efficienti.

L'ascesa delle celle di tipo N

Nel luglio 2022, la cella PERC G12 ad alta efficienza sviluppata da Trina Solar ha raggiunto un'efficienza massima del 24,5%, stabilendo un nuovo record mondiale. E il 24,5% è già il limite dell'efficienza delle celle di tipo P.
Rispetto ai wafer di silicio di tipo P, i wafer di silicio di tipo N hanno una durata del vettore superiore di almeno un ordine di grandezza, perché? Poiché i wafer di tipo N sono drogati principalmente con "fosforo", nel materiale non si formano coppie boro-ossigeno (la causa principale dell'attenuazione fotogenica nelle celle di tipo P), rendendo l'attenuazione iniziale indotta dalla luce delle celle e dei moduli di tipo N quasi nulla. Questa è la differenza fondamentale tra le celle N e le celle P. Per questo motivo, la tensione a circuito aperto e la corrente di cortocircuito delle celle N aumentano notevolmente, con una conseguente maggiore efficienza di conversione delle celle.

Classificazione della tecnologia a celle N

Le celle di tipo N presentano numerosi vantaggi, tra cui l'elevata efficienza di conversione, l'alto tasso di bifaccialità, il basso coefficiente di temperatura, l'assenza di decadimento della luce, il buon effetto della luce debole e la maggiore durata del vettore.
La tecnologia delle celle N può essere suddivisa in eterogiunzione (HJT), TOPCon, IBC e altri tipi di tecnologia. Attualmente, i produttori di celle fotovoltaiche scelgono per lo più TOPCon o HJT per la produzione di massa.
L'efficienza teorica delle celle TOPCon di tipo N può raggiungere il 28,7%, mentre l'efficienza teorica delle celle a etero-giunzione può raggiungere il 27,5%.

TOPCon è una tecnologia basata sul processo "N-cell", sviluppato per ottenere il "tunneling attraverso lo strato di ossido per passivare il contatto".

Primo vantaggio di TOPCon: alta efficienza
Secondo i calcoli teorici, l'attuale efficienza di produzione di massa delle batterie TOPCon è di circa 23,7-23,8%; alcuni produttori di batterie hanno annunciato di aver raggiunto il 24,0% e molte aziende, tra cui Zhonglai e altre, hanno raggiunto un'efficienza di laboratorio del 25% o più, con un futuro brillante.

Il secondo vantaggio di TOPCon: il basso costo
TOPCon e PERC sono entrambi processi ad alta temperatura e possono massimizzare il mantenimento e l'utilizzo dei processi tradizionali esistenti per le celle P, che sono altamente compatibili con le tecnologie delle celle e con le attrezzature delle linee di produzione. 

Se si aggiorna solo il processo PERC originale, è necessario solo un investimento aggiuntivo di 7 - 14 milioni di euro/GW, che rappresenta un costo di investimento marginale migliore rispetto ad altri percorsi tecnologici di tipo N. 

Le linee di produzione della tecnologia PERC sono l'applicazione mainstream delle celle di tipo P, quindi di fronte alla pressione di ammortamento degli asset delle linee di produzione PERC su larga scala, continuare ad aggiornare e trasformare le apparecchiature in linee di produzione TOPCon, è che riducono il rischio di affondamento.
In futuro, con la diminuzione del costo del non silicio e l'ulteriore miglioramento dei rendimenti e dell'efficienza, TOPCon colmerà rapidamente il divario di costo con PERC e diventerà una nuova generazione di prodotti mainstream.

Progressi dell'industrializzazione di TOPCon

A causa della grande capacità esistente di celle PERC, la nuova capacità PERC nel 2019 è fondamentalmente riservata all'interfaccia TOPCon per la successiva trasformazione e aggiornamento. E molte delle attuali capacità produttive di PERC delle grandi fabbriche di primo livello hanno gradualmente interrotto la capacità produttiva.

Attualmente, le principali società coinvolte nella tecnologia TOPCON sono: Longi, Zhonglai, JinkoSolar, Trina Solar, Orient Sunrise, ecc. Tra queste, Zhonglai è una delle prime aziende ad aver realizzato TOPCon e l'efficienza media di conversione dei lotti di produzione di massa delle celle TOPCon dell'azienda è del 24,2%, con alcuni prodotti che raggiungono il 24,5%.
Secondo PVInfoLink e Tiburon New Energy, la capacità di produzione di TOPCon a livello industriale dovrebbe superare i 40GW entro la fine del 2022 e raggiungere circa 80GW entro la fine del 2023.

Il processo HJT è molto diverso dal processo TOPCon descritto sopra, che è un aggiornamento della linea di produzione "P-cell". Pertanto, molti produttori scelgono di continuare ad aggiornare e modificare il TOPCON per risparmiare sui costi. Quali sono i vantaggi dell'HJT?

Primo vantaggio di HJT: flusso di processo breve
Il processo delle celle HJT consiste principalmente in sole 4 fasi: produzione di vello, deposizione di silicio amorfo, deposizione di TCO e serigrafia. Il flusso di processo è molto inferiore ai 10 per PERC e ai 12-13 per TOPCON. Questo fa sì che i nuovi produttori che vogliono entrare nel mercato oggi siano più inclini alla tecnologia HJT. In questo modo i nuovi produttori hanno la possibilità di competere con i produttori affermati.

Secondo vantaggio di HJT: maggiore potenziale di sviluppo
In laboratorio, l'efficienza di conversione delle TOPCon si aggira intorno al 24%, mentre l'efficienza di produzione di massa delle celle di tipo N è generalmente già superiore al 24%. Le celle HJT possono utilizzare silicio nanocristallino drogato e silicio microcristallino drogato rispettivamente sulla superficie anteriore e posteriore, e in futuro l'efficienza di conversione potrà essere aumentata fino a oltre il 30% impilando IBC e calcogenuri.

Terzo vantaggio di HJT: bassa attenuazione
Secondo i dati, le celle HJT hanno un decadimento dell'1-2% nel primo anno e dello 0,25% negli anni successivi, molto inferiore a quello delle celle PERC (2% nel primo anno e 0,45% negli anni successivi), e quindi le celle HJT generano circa l'1,9%-2,9% in più di potenza per watt rispetto alle celle PERC bifacciali durante il loro ciclo di vita.

Progressi nell'industrializzazione di HJT

I percorsi dei processi HJT e PERC sono completamente diversi e non possono essere estesi, solo nuove linee di produzione possono essere messe in funzione; inoltre, l'HJT non è compatibile con le apparecchiature di produzione PERC tradizionali, quindi già utilizzando il processo PERC e poi passando all'HJT le aziende dovranno sostenere costi di conversione più elevati. Pertanto, la tecnologia HJT è più adatta alle aziende al di sotto della seconda o terza linea o alle industrie di nuova tecnologia, senza il bagaglio storico della capacità.

Secondo statistiche incomplete, la capacità e i piani di espansione resi noti da 24 società come China Resources Power, CNBM, Runyang, Huasheng New Energy e Akcome Technology, la pianificazione della futura capacità HJT ha raggiunto i 112GW.

Insieme al miglioramento dell'efficienza delle celle mainstream del mercato, le celle PERC hanno iniziato a rallentare e l'industrializzazione delle celle a etero-giunzione basate su wafer di tipo N è gradualmente maturata, il focus dello sviluppo dell'industria delle celle fotovoltaiche sta cambiando silenziosamente. Gli esperti del settore ritengono che, rispetto ad altri percorsi tecnologici, la tecnologia delle celle HJT abbia migliori tassi di conversione e margini di riduzione dei costi, oltre ad essere più adatta a combinarsi con tecnologie come l'IBC e il minerale di calcio titanio, una tecnologia che è nota nel settore come un importante candidato per la produzione fotovoltaica commerciale di prossima generazione.

In qualità di produttore di moduli fotovoltaici con 14 anni di esperienza, Maysun Solar ricerca e sviluppa moduli fotovoltaici di tipo N ed