Solcellsmoduler: PERC vs. TOPCon solcellsteknik

Även om den första solcellen, som utvecklades i USA 1954, var en N-typscell, blev P-typscellen dominerande under de följande åren. Detta berodde på att modulerna i början främst användes inom flygindustrin, där de visade sig vara mer robusta. Först på senare år har solcellstillverkare börjat ompröva sitt tillvägagångssätt, på grund av den högre effektuttaget hos N-typsceller. Detta beror främst på dessa cellers längre livslängd, eftersom de, till skillnad från P-typ, inte är känsliga för "bor-syre-defekten". Denna defekt leder till en minskad effektivitet över tid. Dessutom är N-typssolceller mindre benägna att drabbas av metalliska föroreningar i kislet.

Inom solcellsteknik (PV) kan även de minsta skillnaderna i kemisk sammansättning leda till betydande skillnader i effektivitet och ekonomisk lönsamhet. Ett utmärkt exempel är jämförelsen av solceller av P-typ och N-typ. Dessa skiljer sig åt i sin cellstruktur: P-typ solceller är baserade på ett positivt laddat kiselsubstrat, medan N-typ solceller är konstruerade på motsatt sätt, med den negativt dopade sidan som cellens bas.

Emellertid är N-typ solceller för närvarande dyrare att producera, på grund av årtionden av fokus på P-typ celler. Deras produktion har lett till stordriftsfördelar i värdekedjan, vilka fortfarande behöver etableras för N-typ tillverkning. Dessutom innebär produktionen av N-typ solmoduler ytterligare steg, vilket ytterligare ökar kostnaderna. På grund av deras högre effektivitet ökar dock marknadsandelen för N-typ celler stadigt, och det är sannolikt bara en tidsfråga innan de ersätter P-typ celler som den dominerande solcellstekniken.

En liknande rivalitet mellan två celltyper kan ses när man jämför solcellsteknologierna PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) och TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), vilka nyligen har orsakat uppståndelse.

PERC-moduler ökar effektiviteten hos PV-moduler eftersom de omvandlar inkommande ljus till energi mer effektivt. Detta uppnås genom att reflektera den del av ljuset som når cellens baksida tillbaka in i cellen. Detta möjliggörs genom ett lager som appliceras på modulens baksida, så kallad baksidespassivering. Den ökade effektiviteten hos PERC-celler jämfört med konventionella moduler är 1 %, vilket i sin tur bidrar till att minska produktionskostnaderna per genererad kWp.

För att uppnå maximal effektivitet använder PERC-celler främst monowafers. Denna typ av solceller har genomgått en betydande utveckling de senaste åren. Den ökade effektiviteten har lett till att de nästan helt har ersatt konventionella Al BSF-celler i professionella solcellssystem. PERC-celler är dock allt annat än nya; deras princip beskrevs först 1983 av University of New South Wales i Australien. Det var först genom kontinuerligt förbättrade produktionsprocesser som teknikens potential kunde realiseras fullt ut för massproduktion.

PERC-tekniken är dock inte utan problem. Dessa celler är mer mottagliga för ljusinducerad nedbrytning (LID) än konventionella celler. Denna LID-effekt orsakar en minskning av solcellernas prestanda efter deras första exponering för ljus. Risken för potentiellt inducerad nedbrytning (PID) är också högre. PID-defekter kan få långtgående konsekvenser, eftersom de kan minska effekten från hela PV-system avsevärt. Därför bör investerare vara särskilt uppmärksamma på att PERC-celler är certifierade för PID-resistens enligt IEC TS 62804.

En stigande stjärna inom solcellsteknik är TOPCon, utvecklad vid Fraunhofer ISE i Freiburg. Dessa celler kan vara både mono- och bifaciala och, till skillnad från PERC, använder de främst N-typ-wafers. De uppvisar en högre effektivitetspotential jämfört med PERC. Den kinesiska tillverkaren Jinko Solar visade förra året hur hög denna potential kan vara genom att presentera en monokristallin, bifacial N-typ TOPCon-solmodul med en effektivitet på upp till 23,53 %. Longi Solars TOPCon-modul, som presenterades 2021, uppnådde ännu högre prestanda. Med en P-typ TOPCon-cell satte den ett nytt världsrekord i effektivitet för denna teknik och uppnådde 25,19 %. Med tanke på de snabba framstegen är det sannolikt bara en tidsfråga innan detta rekord slås. Intensiv forskning på dessa moduler kommer att säkerställa att utvecklingen fortsätter under lång tid framöver.

Även om prestandan hos TOPCon-solceller är svår att slå, dominerar PERC-tekniken fortfarande marknaden. Detta kommer sannolikt att förbli fallet ett tag framöver på grund av den fortsatta ökningen av celleffektiviteten och samtidigt minskande produktionskostnader.

TOPCon-celler vinner dock mark tack vare sin exceptionellt höga effektivitet. För närvarande är höga produktionskostnader en nackdel för denna typ av solcellssystem. Betydande skalfördelar förväntas dock i takt med att massproduktionen ökar, vilket skulle göra det möjligt för TOPCon-moduler att bli seriösa konkurrenter till PERC-tekniken i Tyskland. Forskare vid Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) bekräftar detta. Enligt dem är det dock, förutom att minska tillverkningskostnaderna, nödvändigt att öka produktionskapaciteten till PERC-cellernas nivå för att fastställa TOPCon-modulernas ekonomiska lönsamhet.

Enligt forskarnas resultat resulterar TOPCon-tekniken i 13,5 till 18,6 % högre totalkostnader för solceller och 3,6 till 5,5 % högre totala modulkostnader jämfört med PERC i markmonterade solcellssystem med en kapacitet på 5 megawatt. Trots detta noterade forskarna vid Fraunhofer ISE att den 0,4 till 0,55 % högre celleffektiviteten hos TOPCon-solceller jämfört med bifacial p-PERC möjliggör kostnadseffektiv massproduktion.

Oavsett om N-typ eller P-typ solceller används finns det ett sätt att avsevärt öka effektiviteten hos solcellsmoduler: bifacial teknik. Till skillnad från monofaciala solceller, som bara genererar PV-energi när deras övre yta är belyst, är bifaciala solceller utformade för att generera energi från både deras övre och nedre yta. Denna ökade ljusabsorption förbättrar modulens effektivitet avsevärt.

Naturligtvis är verkningsgraden på undersidan inte lika hög som på ovansidan, som är vänd mot solen. Beroende på plats, avstånd från marken och yttre förhållanden kan verkningsgraden dock öka med mer än 19 % på grund av den ökade bestrålningen på undersidan. Detta kan leda till en ökning av den totala systemkapaciteten på mellan 10 och 30 Wp. Till exempel ökar effekten från en modul som tidigare levererade 290 Wp till 320 till 360 Wp.

Vid installation av bifaciala system är det viktigt att säkerställa att de monteras på tillräckligt avstånd från ytan under för att möjliggöra ytterligare ljusgenomsläpp. För ytor med låg till medelhög reflektionsförmåga, såsom tegeltak eller gräs, bör minimiavståndet vara minst 40 centimeter. För starkt reflekterande ytor (t.ex. snö) bör avståndet till marken vara större än 1,5 meter.

Relaterat till detta:

• Bifaciala och transparenta glas-glas/dubbelglasade solmoduler idealiska för jordbruksfotovoltaik, markmonterade system, solcellscarportar och solstängsel

Allt från en enda källa, speciellt utformat för solcellslösningar för stora parkeringsområden. Refinansiera eller kompensera dina framtida kostnader med din egen elproduktion.

Hitta råd och lösningar här 👈🏻

Konsultation och planering inklusive en icke-bindande kostnadsberäkning. Vi kopplar dig samman med starka partners inom solceller.

Hitta råd och lösningar här 👈🏻

Vi har en regional närvaro i hela den tysktalande världen. Vi har pålitliga partners som ger dig råd och förverkligar dina önskemål.

Kontakta oss 👈🏻