Kuelewa Teknolojia Tatu Kuu za Seli za PV: TOPCon, HJT, na Perovskite

Utangulizi

Teknolojia ya photovoltaic ya jua imeendelea kwa kasi katika muongo uliopita, huku usanifu kadhaa wa seli unaoshindana ukisukuma ufanisi hadi viwango vipya. Makala hii inapitia kanuni za msingi za kazi za seli za jua, kisha inaelezea teknolojia tatu kuu za kizazi kipya zinazounda tasnia leo, na kuhitimisha kwa kuangalia udhibiti wa ubora katika uzalishaji wa seli.

Jinsi Seli za PV za Jua Zinavyofanya Kazi

Seli ya jua hubadilisha mwanga kuwa umeme, lakini si fotoni zote zinazoingia zinachangia kwa usawa. Kuelewa mahali ambapo nishati inapotea ni hatua ya kwanza kuelekea kujenga seli bora.

• Fotoni zilizo na nishati chini ya bandgap hazifyonzwi na hupita tu kupitia seli.

• Fotoni zilizo na nishati juu ya bandgap hufyonzwa na kuzalisha jozi za elektroni-shimo, lakini nishati ya ziada ya fotoni za nishati ya juu hupotea kwa sehemu kama joto.

• Mgawanyo wa chaji na usafirishaji wa wabeba waliotengenezwa husababisha hasara kwenye makutano ya pn.

• Hasara za kuungana tena hutokea wakati wa usafirishaji wa wabeba.

• Upinzani wa mawasiliano huleta kushuka kwa voltage, na kusababisha hasara za voltage za mawasiliano.

Kupunguza Hasara za Umeme

• Chagua wafers zilizo na muundo mzuri wa fuwele na aina sahihi.

• Tengeneza mbinu bora za kuunda makutano ya pn.

• Tengeneza mbinu bora za upitishaji.

• Tumia mbinu za busara za mawasiliano ya chuma.

• Tumia teknolojia bora za uwanja wa uso wa mbele na uso wa nyuma.

Kupunguza Hasara za Macho

Ili kupunguza hasara za macho na kuongeza ufanisi wa seli, tasnia imeunda mbinu na teknolojia mbalimbali za kunasa mwanga. Hizi ni pamoja na kuchora uso wa wafer ili kupunguza uakisi, mipako ya kupambana na uakisi ya uso wa mbele, mipako ya kuakisi ya uso wa nyuma, na kupunguza eneo la kivuli cha mistari ya gridi.

TOPCon

TOPCon, pia inajulikana kama teknolojia ya mawasiliano ya passivated, inachukuliwa sana kama teknolojia ya kizazi kijacho cha seli za jua baada ya PERC. Ikilinganishwa na teknolojia nyingine mpya zinazowezekana kama HJT na IBC, TOPCon inaweza kuboreshwa moja kwa moja kutoka kwa mistari iliyopo ya PERC au PERT. Kwa hiyo, watengenezaji wanaotaka kuboresha mistari yao iliyopo ya uzalishaji wanahitaji uwekezaji mdogo wa mtaji, huku bado wakipata faida thabiti ya ufanisi wa karibu 1%.

Upande wa mbele wa seli ya TOPCon kimsingi ni sawa na seli ya kawaida ya N-type au N-PERT, inayojumuisha emitter ya boroni (p+), safu ya passivation, na safu ya kupambana na kuakisi. Teknolojia ya msingi iko katika mawasiliano ya nyuma ya passivated: nyuma ya wafer hubeba safu nyembamba sana ya oksidi (1–2 nm) pamoja na filamu nyembamba ya silicon iliyochanganywa ya micro/amorphous iliyowekwa na fosforasi. Kwa matumizi ya bifacial, metallization inafanywa kwa kuchapisha skrini ya gridi za Ag au Ag-Al mbele na gridi za Ag nyuma.

Mawasiliano ya Oksidi ya Tunnel Iliyolindwa

Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon) imevutia umakini mkubwa hivi karibuni kwa sababu inafikia ufanisi wa juu wa ubadilishaji wa 25.7%. Muundo wa TOPCon unajumuisha oksidi nyembamba ya tunnel na safu ya mawasiliano ya polysilicon iliyowekwa na fosforasi (P). Safu ya polysilicon iliyowekwa na P inaweza kutengenezwa kwa kukristalisha a-Si:H au kwa kuweka moja kwa moja polysilicon kwa kutumia LPCVD. TOPCon inajitokeza kama mgombea mwenye ahadi kati ya teknolojia za seli za jua zenye ufanisi wa juu.

HJT Heterojunction

Teknolojia ya Heterojunction (HJT) ni njia ya utengenezaji wa paneli za jua ambayo imekuwa ikiongezeka katika muongo uliopita. Kwa sasa ni mojawapo ya michakato yenye ufanisi zaidi ya kuinua ufanisi na pato la nishati hadi viwango vya juu, hata kuzidi utendaji wa teknolojia kuu ya PERC ya tasnia. Seli za HJT zinachanganya teknolojia mbili tofauti kuwa moja: silicon ya fuwele na filamu nyembamba ya amorphous. Kutumia teknolojia hizi pamoja kunavuna nishati zaidi kuliko kutumia moja pekee, kufikia ufanisi wa 25% au zaidi.

Muundo wa Seli ya HJT

Kwa kutumia wafer ya monocrystalline kama substrate, filamu ya ndani ya a-Si:H ya 5–10 nm na kisha filamu ya p-type a-Si:H huwekwa kwa mfululizo kwenye mbele ya wafer iliyosafishwa na iliyopigwa texture, na kutengeneza heterojunction ya p-n. Nyuma ya wafer, filamu ya ndani ya 5–10 nm na filamu ya n-type a-Si:H huwekwa ili kuunda uwanja wa nyuma wa uso. Filamu ya oksidi ya conductive ya uwazi huwekwa kisha, na hatimaye uchapishaji wa skrini huunda electrodes za chuma za kukusanya juu ya pande zote mbili, kujenga seli ya jua ya HJT yenye ulinganifu.

Faida za Seli za HJT

• Unyumbufu na uwezo wa kubadilika — Teknolojia hii ilitengenezwa kwa ajili ya uwezo bora wa uzalishaji hata chini ya hali ya hewa kali. Paneli za HJT zina mgawo wa joto wa chini kuliko paneli za kawaida, kuhakikisha utendaji wa juu katika joto la nje lililoinuka.

• Muda wa matumizi unaotarajiwa — Kwa wastani, moduli za PV za filamu nyembamba zinaweza kudumu hadi miaka 25, wakati seli za HJT zinaweza kuendelea kufanya kazi kwa kawaida kwa zaidi ya miaka 30.

• Ufanisi wa juu — Paneli nyingi za heterojunction kwenye soko leo zina ufanisi kati ya 19.9% na 21.7%, maboresho makubwa kuliko seli nyingine za kawaida za monocrystalline.

• Kuokoa gharama — Siliconi isiyo na fuwele inayotumika katika paneli za HJT ni teknolojia ya PV yenye gharama nafuu. Ikilinganishwa na teknolojia nyingine, mbinu hii ya jua ya filamu nyembamba inahitaji muda mfupi wa utengenezaji. Shukrani kwa mchakato wake rahisi, HJT ni nafuu zaidi kuliko suluhisho mbadala.

Perovskite

Mnamo 2009, vifaa vya perovskite vilitumika kwa mara ya kwanza kufikia ufanisi wa photovoltaic wa 4%. Kufikia 2021, seli za jua za perovskite za junction moja (PSC) zilifikia ufanisi wa 25.5%. Uboreshaji wa haraka wa seli za perovskite umewafanya kuwa nyota inayoinuka katika uwanja wa PV na kuchochea shauku kubwa katika taaluma. Kwa sababu mbinu zao za uendeshaji bado ni mpya, kuna fursa nyingi za kusoma zaidi fizikia na kemia ya msingi ya perovskite.

Muundo wa Seli ya Perovskite

Miundo mingi ya kisasa ya seli za jua za perovskite inategemea vipengele vitano: oksidi ya conductive ya uwazi, safu ya usafirishaji wa elektroni (ETL), perovskite, safu ya usafirishaji wa mashimo (HTL), na electrode ya chuma. Kuelewa na kuboresha viwango vya nishati na mwingiliano wa vifaa tofauti kwenye nyuso hizi ni eneo la utafiti la kusisimua sana ambalo bado linajadiliwa kikamilifu.

CaTiO3

Perovskite ni jina la madini, lililogunduliwa mnamo 1839 na Rose katika madini ya miamba ya Milima ya Ural na kuitwa kwa jina la mwanajiolojia wa Kirusi Perovski. Vifaa vya perovskite huwa na uwezekano mdogo wa kuchanganyika kwa wabebaji na uhamaji wa juu wa wabebaji, na kuwafanya kuwa vifaa bora kwa seli za jua.

Mbinu za Uundaji wa Filamu ya Perovskite

Ufunguo wa kuboresha ufanisi wa ubadilishaji wa nishati ya seli za jua za perovskite upo katika kuboresha mofolojia ya filamu. Mbinu za kuunda filamu zinazotumika kwa kawaida katika maabara ni uwekaji wa hatua moja au hatua mbili. Ili kukidhi mahitaji ya filamu za perovskite za eneo kubwa na gharama nafuu, vifaa vya usindikaji kama vile mipako ya slot-die, uchapishaji, na kunyunyizia pia hutumika kutengeneza seli za jua za perovskite.

Mustakabali wa Perovskite

Utafiti wa baadaye juu ya perovskite unaweza kuzingatia kupunguza muunganisho kupitia mikakati kama vile upitishaji na kupunguza kasoro, pamoja na kuboresha ufanisi kwa kujumuisha perovskite zenye pande mbili na nyenzo bora zaidi za kiolesura. Tabaka za kutoa chaji zinaweza kubadilika kutoka kwa nyenzo za kikaboni hadi zisizo za kikaboni ili kuboresha ufanisi na uthabiti. Kuimarisha uthabiti na kupunguza athari za mazingira bado ni maeneo muhimu.

Udhibiti wa Ubora katika Uzalishaji wa Seli za PV za Jua

Seli za PV za silicon ya fuwele ndizo seli za kawaida katika paneli za jua za kibiashara, zinazochangia zaidi ya 90% ya mauzo ya soko la kimataifa la seli za PV.

Katika maabara, ufanisi wa ubadilishaji wa nishati ya seli za silicon ya fuwele unazidi 25% kwa seli za monocrystalline na kufikia 20% au zaidi kwa seli za polycrystalline. Hata hivyo, moduli za jua zinazozalishwa kiwandani kwa sasa zinapata ufanisi wa 18%–22% chini ya hali za kawaida za majaribio.

Kusafisha na Kuweka Muundo

Uchongaji huondoa safu ya uharibifu wa uso na kuweka muundo kwenye uso ili kuunda muundo wa kukamata mwanga na kupunguza hasara za kuakisi. Kupima uakisi wa uso wenye muundo ni njia muhimu ya kufuatilia mchakato wa kuweka muundo.

Uundaji wa Muunganisho wa Usambaaji na Kutengwa kwa Kingo

Usambaaji wa joto na mbinu zinazofanana huunda safu ya usambaaji ya aina tofauti ya upitishaji kwenye wafa, na kuunda pn junction. Aina tofauti za seli huweka safu ya upitishaji wa unene fulani kati ya pn junction na wafa ili kupata seli ya jua ya filamu nyembamba yenye ufanisi zaidi. Mchakato huu hasa hufuatilia muda wa maisha ya wabebaji wachache, unene wa wafa, na fahirisi ya kuakisi.

Uwekaji wa Mipako ya Kupunguza Uakisi

Ili kuboresha zaidi ufyonzwaji wa mwanga, filamu ya kuzuia kuakisi hutumiwa juu ya uso wa wafa. Kwa sasa, tasnia hutumia uwekaji wa mvuke wa kemikali kwa njia ya plasma (PECVD) kuweka filamu nyembamba kwenye wafa, ambayo wakati huo huo hufanya kazi kama safu ya kupitisha. Katika hatua hii, vipimo kuu ni upitishaji wa filamu ya kuzuia kuakisi na usawa wa upinzani wa uso.

Utengenezaji wa Electrode

Electrodes za mistari ya gridi huchapishwa kwa skrini mbele ya seli, wakati uso wa nyuma na electrode ya nyuma huchapishwa nyuma, ikifuatiwa na kukausha na kuoka. Wakati wa mchakato huu, udhibiti wa joto, usahihi wa upangaji, na uwiano wa urefu hadi upana wa mistari ya gridi ni viashiria muhimu vinavyopaswa kufuatiliwa.

Maoni ya Ooitech

ooitech inaamini: TOPCon, HJT, na perovskite kila moja inasukuma ufanisi wa seli za jua kwa njia yake, na udhibiti mkali wa ubora wa uzalishaji ndio unaogeuza teknolojia hizi kuwa moduli za kuaminika na zenye utendaji wa juu.