ما هي الخلايا الشمسية TOPCon؟

يحاول مصنعو الوحدات الكهروضوئية دائمًا إيجاد بدائل جديدة وأكثر تقدمًا لزيادة كفاءة الألواح الشمسية. يمكن تحقيق تحسينات في الكفاءة من خلال تقنيات تصنيع الخلايا المبتكرة، والآن، هناك عدد قليل من المنافسين في سوق الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

ويتوقع أحدث اتجاه للوحدات النمطية أن يتمحور نمو السوق حول الخلايا الشمسية HJT وTOPCon.

يُظهر تقرير 2022 من خارطة طريق التكنولوجيا الدولية للطاقة الكهروضوئية (ITRPV) بعض الاتجاهات المتوقعة للسنوات العشر القادمة:

♦ الايثيلين في المئةتعد تكنولوجيا الخلايا الشمسية (الاتصال الخلفي للباعث المخمول) حاليًا هي الرائدة في السوق بحصة سوقية تبلغ حوالي 75٪. لكن التوقعات تشير إلى أن حصة خلايا PERC أحادية Si من النوع p ستنخفض إلى حوالي 10% خلال السنوات العشر القادمة.

♦ TOPCon من النوع Nستكتسب تقنية (الاتصال بأكسيد النفق) حصة سوقية من حوالي 10% في عام 2022 إلى 60% في عام 2033، لتصبح نوع رقائق السيليكون السائد. ومن المتوقع أن تحدث الزيادة الأكبر اعتبارًا من عام 2024.

♦ نوع N HJTومن المتوقع أن تزداد حصة (الخلايا الشمسية غير المتجانسة) من حوالي 9% (2023) إلى أكثر من 25% خلال السنوات العشر القادمة. لا يزال تنفيذ تقنية خلايا HJT يواجه صعوبات بسبب ارتفاع تكاليف إنتاج الخلايا الشمسية وعدم توافق خط الإنتاج مع التقنيات الحالية. لن يتم تغطية هذه العملية في هذه المقالة.

P- نوع PERC مقابل N- نوع TopCon

تعد تقنية PERC بمثابة حل وسط فعال من حيث التكلفة بين الكفاءة والإنتاج الضخم. لكن زيادة كفاءة الألواح الشمسية باستخدام هذه الطريقة تحدث بمعدل بطيء. تصل كفاءات الوحدات النمطية P-type السائدة حاليًا إلى حوالي 21.4% والتي سترتفع إلى 22.75% خلال السنوات العشر القادمة.

تبدو الخلية الشمسية TOPCon من النوع N المثبتة في الوحدة الكهروضوئية مماثلة لخلية PERC. يتم تصنيع الخلايا الشمسية من النوع P والنوع N من رقاقة السيليكون. ويكمن الفرق بينهما في الطريقة التي يتم بها تطعيم الرقائق بالمواد الكيميائية لتحسين إنتاج الكهرباء.

باختصار، يتم تطعيم الخلايا من النوع P بالبورون، في حين يتم تطعيم الخلايا من النوع N بالفوسفور. نسبيا، يتحلل الفوسفور أقل من البورون عند تعرضه للأكسجين. بالإضافة إلى ذلك، تضيف المنشطات الفوسفورية إلكترونات حرة إلى الرقاقة، مما يزيد من الكفاءة.

لذلك، يمكن للوحدات القائمة على النوع N تحقيق كفاءات أعلى. إن الكفاءة الحالية التي تقترب من 22.5% سترتفع إلى 24% أو نحو ذلك خلال السنوات العشر القادمة وفقًا للتقديرات.

المشكلة في عملية التصنيع من النوع N هي أنها لا تزال أكثر تكلفة.

مميزات تقنية TOPCon؟

1- عملية التصنيع

يمكن تصنيع وحدات TOPCon باستخدام نفس الآلات تقريبًا مثل وحدات النوع P، مما يعني أن استخدام خلايا TOPCon لا يتطلب استثمارات رأسمالية عالية للمصنعين.

2- كفاءة أعلى

وفقًا لمعهد فراونهوفر ISE، يمكن أن تتجاوز الكفاءة 25%. تبلغ الكفاءة النظرية القصوى لخلية PERC حوالي 24%.

3- انخفاض التدهور

تتمتع وحدات TOPCon بقدرة أقل على تدهور الطاقة خلال السنة الأولى وخلال 30 عامًا من استخدام الألواح الكهروضوئية، مقارنةً بألواح PERC.

4- معامل درجة حرارة أقل

تتمتع خلايا TOPCon بمقاومة أفضل لسيناريوهات الطقس القاسية.

5- معدل ثنائية الوجه

تم تحديد العامل ثنائي الجانب للوحدات الكهروضوئية PERC في المتوسط ​​بحوالي 70% مقارنة بما يصل إلى 85% للوحات TOPCon. فهي تجمع المزيد من الطاقة من الجانب الخلفي مقارنة بوحدات PERC ثنائية الجانب، وهي مناسبة لمشاريع المرافق الأرضية. من الناحية الجمالية، يمكن أن تكون أيضًا أكثر جاذبية من الألواح الشمسية المصنوعة من مادة PERC.

6- الأداء في الإضاءة المنخفضة

تتمتع وحدات TOPcon بكفاءة أعلى في ظروف الإضاءة المنخفضة، مما يزيد من فترة توليد الكهرباء خلال النهار ويحسن أداء التثبيت بمرور الوقت.

عيوب تقنية TOPCon؟

إحدى المشكلات الرئيسية لخلايا TOPCon مقارنة بخلايا PERC هي أنها تتطلب كمية أكبر من الفضة (Ag) للإنتاج.

يستخدم كل من TOPCon وPERC معجون الفضة أثناء الإنتاج. ومع ذلك، يستخدم TOPCon معجون الفضة على جانبي الخلايا. وهذا يعني أن التكاليف لن تنخفض أبدًا عن تكلفة PERC.

قد تكون عمليات التصنيع الجديدة فعالة في تقليل الكمية المطلوبة من الفضة، مع الاستمرار في تقديم كفاءات مماثلة أو أعلى. وفي المقابل، فإن التكاليف المنخفضة ستسمح لهذه التكنولوجيا بدخول السوق بأسعار معقولة.

هناك مشكلات فنية أخرى مذكورة في مكان آخر: ترسب البورون، والمتطلبات المختلفة لظروف الغرفة النظيفة التي يجب الوفاء بها، وعدم قدرة الباعث الانتقائي الحالي على التطبيق على الباعث الأمامي TOPCon. هذه القضايا هي خارج نطاق هذه المقالة.