Tecnología de células solares de tipo N: la diferencia entre TOPCon y HJT

Según los informes, a finales de 2022, la capacidad de producción de células N fotovoltaicas de China está previsto que supere los 640 GW, lo que es aproximadamente 1,83 veces la capacidad de todas las células fotovoltaicas en producción en China el año pasado. 2023 verá las células N reducir aún más la cuota de mercado de las células P. Como los dos segmentos más importantes de la tecnología de células N, cuáles son las diferencias entre TOPCon y HJT, y cuáles son las ventajas y desventajas de cada uno, este artículo le lleva a través de ellos uno por uno.

Las células de tipo P se refieren principalmente a las células BSF y las células PERC. Hace 2014-2015 años, la tecnología de células fotovoltaicas era principalmente BSF, ya fueran células monocristalinas o policristalinas, la parte posterior se pasivaba con capas de aluminio. 2015 años más tarde, se desarrollaron las células PERC. Algunos defectos técnicos. Con las ventajas del monocristalino en términos de eficiencia de conversión y costes de producción, las células PERC se convirtieron en la tecnología más eficaz para lograr una rápida reducción de los costes de energía del sistema. En los dos años siguientes, todo el mercado se decantó gradualmente por la tecnología PERC. En 2022, la proporción de productos de pilas PERC en el mercado mundial superará el 90%.
En la actualidad, las pilas PERC no están tan atrasadas, pero se prevé que en tres años, como máximo, será difícil competir con las pilas de tipo N, más eficientes.

En julio de 2022, la célula PERC de alta eficiencia G12 desarrollada por Trina Solar alcanzó una eficiencia máxima del 24,5%, estableciendo un nuevo récord mundial. Y el 24,5% ya es el límite de eficiencia de las células de tipo P.
En comparación con las obleas de silicio de tipo P, las obleas de silicio de tipo N tienen al menos un orden de magnitud más de vida del portador, ¿por qué? Porque las obleas de tipo N están dopadas principalmente con "fósforo", de modo que en el material no se forman pares boro-oxígeno (la causa principal de la atenuación fotogénica en las células de tipo P), lo que hace que la atenuación inicial inducida por la luz de las células y módulos de tipo N sea casi nula. Esta es la diferencia fundamental entre las células de tipo N y las de tipo P, y es por ello que la tensión de circuito abierto y la corriente de cortocircuito de las células de tipo N aumentan considerablemente, lo que se traduce en una mayor eficiencia de conversión de las células.

Las células de tipo N tienen muchas ventajas, como una alta eficiencia de conversión, una elevada tasa bifacial, un bajo coeficiente de temperatura, ausencia de decaimiento de la luz, un buen efecto de luz débil y una mayor vida útil del portador.
La tecnología de células N puede subdividirse en heterounión (HJT), TOPCon, IBC y otros tipos de tecnología. En la actualidad, los fabricantes de células fotovoltaicas eligen principalmente TOPCon o HJT para llevar a cabo la producción en masa.
La eficiencia teórica de las células TOPCon de tipo N puede alcanzar el 28,7%, mientras que la eficiencia teórica de las células de heterounión puede llegar al 27,5%.

TOPCon es una tecnología basada en el proceso de "célula N", que se ha desarrollado para lograr "la tunelización a través de la capa de óxido para pasivar el contacto", y que puede aumentar significativamente la eficiencia de conversión de las células N.

Según los cálculos teóricos, la eficiencia actual de la producción en masa de células de la corriente principal TOPCon se sitúa en torno al 23,7-23,8%, y algunos fabricantes de células han anunciado que han alcanzado el 24,0%+, y muchas empresas, entre ellas Zhonglai, ya han logrado en laboratorio una eficiencia del 25% o más, por lo que el futuro es prometedor.

Tanto TOPCon como PERC son procesos de alta temperatura, y pueden maximizar la retención y el uso de los procesos tradicionales existentes de los equipos de celdas P, que son altamente compatibles tanto con las tecnologías de celdas como con los equipos de las líneas de producción. Si sólo se actualiza el proceso PERC original, sólo se requiere una inversión adicional de entre 7 y 14 millones de euros/GW, lo que supone un coste de inversión marginal mejor que otras vías de tecnología de tipo N. Las líneas de producción de tecnología PERC son la aplicación principal de las células de tipo P, por lo que ante la presión de depreciación de los activos de las líneas de producción PERC a gran escala, seguir actualizando y transformando los equipos en líneas de producción TOPCon, es conducentes a reducir el riesgo de hundimiento.
En el futuro, a medida que disminuyan los costes no relacionados con el silicio y mejoren los rendimientos y la eficiencia, TOPCon reducirá rápidamente la diferencia de costes con PERC y se convertirá en una nueva generación de productos de uso general.

Debido a la gran capacidad existente de células PERC, la nueva capacidad PERC en 2019 reservará básicamente la interfaz TOPCon para su posterior transformación y actualización. Y muchas de las actuales capacidades PERC de las grandes fábricas de primer nivel han cesado gradualmente su capacidad.

En la actualidad, las principales empresas implicadas en la tecnología TOPCON son: Longi, Zhonglai, JinkoSolar, Trina Solar, Orient Sunrise, etc., que en su mayoría son empresas integradas verticalmente. Entre ellas, Zhonglai es una de las primeras empresas en implantar TOPCon, y la eficiencia media de conversión de los lotes de producción en masa de células TOPCon de la empresa es del 24,2%, con algunos productos que alcanzan el 24,5%.
Según PVInfoLink y Tiburon New Energy, se espera que la capacidad de producción de TOPCon en todo el sector supere los 40 GW a finales de 2022, y se prevé que alcance unos 80 GW a finales de 2023.

El proceso HJT es muy diferente del proceso TOPCon descrito anteriormente, que es una mejora de la línea de producción "P-cell". Por ello, muchos fabricantes optan por seguir actualizando y modificando el TOPCON para ahorrar costes. ¿Cuáles son las ventajas de la HJT?

El proceso de la célula HJT consta de sólo cuatro etapas principales: la fabricación del vellón, la deposición del silicio amorfo, la deposición del TCO y la serigrafía. El flujo del proceso es muy inferior a los 10 de PERC y los 12-13 de TOPCON. Esto hace que los nuevos fabricantes que quieren entrar hoy en el mercado se inclinen más por la tecnología HJT. Esto ofrece a los nuevos fabricantes la posibilidad de competir con los ya establecidos.

En laboratorio, la eficiencia de conversión de las TOPCon se sitúa en torno al 24%, mientras que la eficiencia de producción en serie de las células de tipo N suele superar ya el 24%. Las células HJT pueden utilizar silicio nanocristalino dopado y silicio microcristalino dopado en las superficies anterior y posterior, respectivamente, y en el futuro la eficiencia de conversión puede aumentar hasta más del 30% apilando IBC y calcogenuros.

Según los datos, las células HJT decaen un 1-2% el primer año y un 0,25% al año a partir de entonces, lo que es mucho menor que el decaimiento de las células PERC (2% el primer año y 0,45% al año a partir de entonces), por lo que la generación de energía por vatio durante la vida útil de las células HJT es aproximadamente entre un 1,9% y un 2,9% superior a la de las células PERC de doble cara.

Las rutas de los procesos HJT y PERC son completamente diferentes y no pueden ampliarse, sólo pueden ponerse en funcionamiento nuevas líneas de producción; y el HJT no es compatible con los equipos de producción PERC habituales, por lo que utilizar ya el proceso PERC y pasar después al HJT supondrá mayores costes de conversión para las empresas. Por lo tanto, la tecnología HJT es más amigable para las empresas por debajo de la segunda o tercera línea o las industrias de nueva tecnología, sin el bagaje histórico de la capacidad.

Según estadísticas incompletas, la capacidad y los planes de expansión divulgados por 24 empresas, entre ellas CR Power, CNBM, Runyang, Huasheng New Energy y Akcome Technology, la planificación de la capacidad futura de HJT ha alcanzado los 112GW.

Junto con la mejora de la eficiencia de las células-PERC en la corriente principal del mercado, que comenzó a ralentizarse, y la industrialización de las células de heterounión basadas en obleas de tipo N, que maduró gradualmente, el enfoque del desarrollo de la industria de células fotovoltaicas está cambiando silenciosamente. Los expertos del sector creen que, en comparación con otras vías tecnológicas, la tecnología de células HJT tiene mejores tasas de conversión y margen para la reducción de costes, y también es más adecuada para combinarse con tecnologías como la IBC y el mineral de titanio cálcico, una tecnología conocida en el sector como candidata importante para la producción fotovoltaica comercial de próxima generación.

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