Wat zijn TOPCon-zonnecellen?

Fabrikanten van fotovoltaïsche (PV) modules proberen altijd nieuwe, geavanceerdere alternatieven te vinden om de efficiëntie van zonnepanelen te verhogen. Efficiëntieverbeteringen kunnen worden bereikt door innovatieve celproductietechnologieën, en nu concurreren er een paar op de markt voor zonne-energie.

De nieuwste moduletrend verwacht dat de marktgroei zich zal concentreren op HJT- en TOPCon-zonnecellen.

Het rapport uit 2022 van de International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) toont enkele verwachte trends voor de komende tien jaar:

♦ PERC(Passivated Emitter Rear Contact) zonneceltechnologie is momenteel marktleider met een marktaandeel van ongeveer 75%. Maar de voorspelling is dat het aandeel p-type mono-Si PERC-cellen binnen de komende tien jaar zal afnemen tot ongeveer 10%.

♦ N-type TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)-technologie zal een marktaandeel winnen van ongeveer 10% in 2022 tot 60% in 2033, en daarmee het mainstream siliciumwafeltype worden. Er wordt voorspeld dat de grootste stijging zal plaatsvinden vanaf 2024.

♦ N-type HJT(Heterojunction-zonnecellen) zal naar verwachting de komende tien jaar toenemen van ongeveer 9% (2023) naar ruim 25%. De implementatie van HJT-celtechnologie kent nog steeds problemen vanwege de hogere productiekosten voor zonnecellen en de incompatibele productielijn met de huidige technologieën. Dit proces wordt in dit artikel niet behandeld.

P-type PERC versus N-type TopCon

PERC-technologie is een kosteneffectief compromis tussen efficiëntie en massaproductie. Maar het verhogen van de efficiëntie van zonnepanelen met deze methode gebeurt langzaam. De huidige reguliere P-type modules bereiken een efficiëntie van ongeveer 21,4%, die binnen de komende 10 jaar zal stijgen tot 22,75%.

Een N-type TOPCon-zonnecel geïnstalleerd in een PV-module ziet er identiek uit aan een PERC-cel. P-type en N-type zonnecellen zijn beide gemaakt van een siliciumwafel. Het verschil tussen beide ligt in de manier waarop de wafels worden gedoteerd met chemicaliën om de elektriciteitsproductie te verbeteren.

Kort gezegd zijn cellen van het P-type gedoteerd met boor, terwijl cellen van het N-type zijn gedoteerd met fosfor. Ter vergelijking: fosfor wordt bij blootstelling aan zuurstof minder afgebroken dan boor. Bovendien voegt fosfordotering vrije elektronen toe aan de wafer, wat de efficiëntie verhoogt.

Op N-type gebaseerde modules kunnen dus een hogere efficiëntie bereiken. De huidige efficiëntie van bijna 22,5% zal volgens schattingen binnen de komende tien jaar oplopen tot ongeveer 24%.

Het probleem met het N-type productieproces is dat het nog steeds duurder is.

Voordelen van TOPCon-technologie?

1- Productieproces

TOPCon-modules kunnen met vrijwel dezelfde machines worden vervaardigd als P-type modules, wat betekent dat het gebruik van TOPCon-cellen geen hoge kapitaalinvesteringen voor fabrikanten vereist.

2- Hogere efficiëntie

Volgens het Fraunhofer ISE-instituut kunnen de efficiëntiewinsten oplopen tot meer dan 25%. Het maximale theoretische rendement van de PERC-cel bedraagt ​​ongeveer 24%.

3- Lagere degradatie

TOPCon-modules hebben een lager vermogendegradatievermogen gedurende het eerste jaar en gedurende de 30 jaar dat PV-panelen worden gebruikt, vergeleken met PERC-panelen.

4- Lagere temperatuurcoëfficiënt

TOPCon-cellen zijn beter bestand tegen extreme weerscenario's.

5- Bifacialiteitspercentage

Er is vastgesteld dat de bifaciale factor voor PERC PV-modules gemiddeld ongeveer 70% bedraagt, vergeleken met maximaal 85% voor TOPCon-panelen. Ze verzamelen meer energie van de achterkant vergeleken met PERC bifaciale modules, wat gunstig is voor op de grond gemonteerde nutsprojecten. Esthetisch kunnen ze ook aantrekkelijker zijn dan PERC-zonnepanelen.

6- Prestaties bij weinig licht

TOPcon-modules hebben een hoger rendement bij weinig licht, waardoor de periode van elektriciteitsopwekking overdag wordt verlengd en de prestaties van de installatie in de loop van de tijd worden verbeterd.

Nadelen van TOPCon-technologie?

Een van de belangrijkste problemen van TOPCon-cellen in vergelijking met PERC-cellen is dat ze een grotere hoeveelheid zilver (Ag) nodig hebben voor de productie.

Zowel TOPCon als PERC gebruiken tijdens de productie zilverpasta. TOPCon gebruikt echter zilverpasta aan beide zijden van de cellen. Dit betekent dat de kosten nooit lager zullen worden dan die van PERC.

Nieuwe productieprocessen kunnen effectief zijn in het verminderen van de benodigde hoeveelheid zilver, terwijl ze toch een vergelijkbare of hogere efficiëntie opleveren. Lagere kosten zullen het in ruil daarvoor mogelijk maken dat deze technologie tegen redelijke prijzen op de markt komt.

Er zijn nog andere technische problemen die elders worden genoemd: boorafzetting, verschillende vereisten voor cleanroom-omstandigheden waaraan moet worden voldaan, en het onvermogen van de huidige selectieve emitter om van toepassing te zijn op de TOPCon front-emitter. Deze kwesties vallen buiten het bestek van dit artikel.