Principio de funcionamiento y características estructurales de las células solares TOPCon

Las células solares TOPCon utilizan una capa de óxido ultrafina (1~2 nm) para permitir la tunelización efectiva de los portadores mayoritarios, reduciendo significativamente la tasa de recombinación de los portadores minoritarios, mejorando así de manera efectiva el voltaje de circuito abierto y la corriente de cortocircuito de la celda, y aumentando aún más. la eficiencia de conversión de la célula.

Estructuralmente, el diseño frontal de las células solares TOPCon es similar al de las células solares convencionales de tipo N o N-PERT, pero la innovación tecnológica clave reside en su estructura de contacto pasivada trasera. Esta estructura incluye una capa ultrafina de óxido de silicio y una película delgada mixta de silicio microcristalino-amorfo dopado con fósforo. El rendimiento de pasivación se activa mediante un proceso de recocido, durante el cual la cristalinidad de la fina película de silicio sufre una transformación de una fase mixta amorfa microcristalina a una fase policristalina, mejorando aún más el rendimiento de la celda. En condiciones de recocido a 850 °C, la celda exhibe excelentes efectos de pasivación, con un voltaje de circuito abierto superior a 710 mV y una tasa de recombinación de electrones reducida a 9-13 fA/cm^2, lo que aumenta significativamente la eficiencia de la celda.

1.Texturización (Textura): Utilización de métodos físicos o químicos para texturizar la superficie de la oblea de silicio, mejorando la absorción de la luz.

2.Difusión de boro (difusión LP-BBr₃): uso de gas tribromuro de boro a baja presión para la difusión de boro tipo P para formar la zona del emisor.

3.Emisor Selectivo Láser: Aplicación de tecnología láser para tratar la superficie de la oblea de silicio, creando áreas de emisor selectivo.

4.Aislamiento de Borde Químico: eliminación del exceso de material en los bordes de la oblea de silicio utilizando medios químicos para reducir los defectos de la superficie.

5.Oxidación TOPCon: Crecimiento de una capa de óxido en la superficie de la oblea de silicio para la pasivación de la superficie y la reducción de la recombinación de pares electrón-hueco.

6.PECVD TOPCon: Deposición de una capa de óxido de túnel y una capa de silicio policristalino utilizando tecnología PECVD para formar contactos pasivados.

7.Recocido de alta temperatura TOPCon (TOPCon: recocido de alta T): Activación de la capa de óxido de túnel y la capa de silicio policristalino mediante un tratamiento de recocido de alta temperatura para mejorar la eficiencia de la celda.

8.Deposición de Óxido de Alúminio (frente de Al₂O₃): Deposición de una capa de alúmina en la parte frontal de la oblea para mejorar aún más la pasivación de la superficie.

9.Deposición de Nitruro de Silicio (PECVD SiNx frontal y posterior): Deposición de capas de nitruro de silicio en los lados frontal y posterior de la oblea para pasivación y antirreflectante.

10.Impresión: Uso de tecnología de serigrafía para imprimir electrodos metálicos en la oblea de silicio.

11.Sinterización: Unir los electrodos metálicos con la oblea de silicio mediante sinterización a alta temperatura para formar conexiones eléctricas.

12.Prueba y Clasificación: prueba del rendimiento de las celdas terminadas y clasificación en función de la eficiencia.

Este proceso maximiza la utilización de los métodos de producción tradicionales existentes para celdas tipo P, que solo requieren la adición de equipos de difusión de boro y deposición de película delgada, lo que simplifica el proceso de producción de celdas y reduce la dificultad de la producción en masa. La tecnología TOPCon es altamente compatible con las líneas de producción de PERC, sumando los procesos de difusión de boro y la capa túnel + capa de p-Poly, mientras que los demás pasos continúan esencialmente los de las líneas de producción de PERC.

Comparación de la tecnología N-TOPCon y PERC

Ventajas de la tecnología TOPCon

• Alta Eficiencia de Conversión: Las celdas TOPCon destacan por su alta eficiencia de conversión. La eficiencia de producción en masa de las celdas TOPCon puede alcanzar actualmente entre el 24,5% y el 25%, lo que es más alto que la eficiencia de conversión de producción en masa promedio actual del 23,2% para las celdas PERC. Dado que el límite teórico de eficiencia de conversión es superior al 24,5%, sugiere que las celdas TOPCon tienen un mayor potencial de mejora.
• Generación de energía general mejorada: en comparación con las celdas PERC, las celdas TOPCon tienen un factor bifacial más alto, lo que puede mejorar la generación de energía general. El factor bifacial de los paneles solares TOPCon puede alcanzar hasta el 85%, significativamente superior al 70% de los componentes PERC. Esto significa que la ganancia de potencia puede aumentar hasta un 2%.
• Período de garantía de energía extendido: el sustrato de silicio de la celda tipo N está dopado con fósforo, lo que evita la pérdida de captura de electrones causada por los pares boro-oxígeno, casi elimina la degradación inducida por la luz y garantiza un período de garantía de energía más largo.
• Compatibilidad de actualización con baja inversión en equipo: TOPCon es compatible con las líneas de producción de PERC y se puede actualizar en función de las líneas de PERC. En comparación con el PERC, el equipo agregado o reemplazado incluye difusión de boro para la preparación de capas de óxido de túnel y polisilicio, siendo el resto del proceso en gran medida compatible con las líneas de producción de PERC.

Aplicaciones de los módulos solares TOPCon

Alta eficiencia para uso residencial y comercial : Adecuado para sistemas solares montados en techos o en el suelo, proporcionando energía limpia y renovable para hogares, negocios o instalaciones industriales.

Plantas de energía solar a escala de servicios públicos : en grandes campos de energía solar, los paneles solares TOPCon, debido a su alta eficiencia, pueden generar más energía en un espacio limitado, lo que los hace ideales para aplicaciones de generación de energía a gran escala, ayudando a reducir el costo por unidad de electricidad.

Aplicaciones agrícolas : los paneles TOPCon pueden alimentar equipos agrícolas, como bombas de agua y sistemas de riego, especialmente en áreas remotas o fuera de la red, y sirven como una solución energética independiente para ayudar a los agricultores a aumentar la productividad agrícola.

Estaciones de carga de vehículos eléctricos : con la creciente popularidad de los vehículos eléctricos, la demanda de soluciones energéticas sostenibles está creciendo. Los paneles solares TOPCon pueden proporcionar energía limpia para las estaciones de carga de vehículos eléctricos, promoviendo el desarrollo del transporte ecológico.

Energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) : los paneles solares que utilizan la tecnología TOPCon se pueden integrar en el diseño de edificios, sirviendo como parte de los materiales de construcción, no solo proporcionando energía sino también mejorando el atractivo estético de los edificios.

Zonas costeras: Debido a su alta durabilidad, los paneles solares TOPCon también son adecuados para su uso en zonas costeras o en alta mar, donde puede haber niveles más altos de niebla salina y humedad. 

Predicciones de desarrollo futuro para los módulos solares TOPCon

Se espera que las células solares TOPCon experimenten un crecimiento significativo en el mercado entre 2023 y 2030, gracias a su alta eficiencia de conversión y rendimiento duradero. A medida que la tecnología madure y la producción aumente, se prevé que los costos disminuyan aún más, aumentando la penetración en el mercado de los módulos TOPCon en grandes centrales fotovoltaicas y aplicaciones comerciales. El apoyo a las políticas y las tendencias de desarrollo sostenible están acelerando aún más la adopción de la tecnología TOPCon. Se espera que la demanda mundial de tecnología TOPCon siga creciendo con la creciente necesidad de soluciones de energía limpia, especialmente en regiones con abundante luz solar. Esto impulsará la innovación tecnológica y la expansión del mercado en la industria fotovoltaica.

Referencia:

https://guangfu.bjx.com.cn/news/20200710/1088087.shtml

https://guangfu.bjx.com.cn/news/20200710/1088087.shtml

https://xueqiu.com/2305761063/241967340

https://guangfu.bjx.com.cn/news/20200710/1088087.shtml

https://www.sohu.com/a/640762583_121123896

https://www.novergysolar.com/topcon-vs-perc-vs-hjt-solar-cells/#Uses_of_Topcon_Solar_Panels

https://www.verifiedmarketreports.com/product/topcon-solar-cell-and-module-market/