مواجهة الأداء في الإضاءة المنخفضة: TOPCon، BC
جدول المحتويات
إجابة سريعة: الأداء في الإضاءة المنخفضة هو ما يحدد الناتج الفعلي للوحدة، لأن معظم ساعات التشغيل لا تكون عند 1000 واط/م2. في مقارنة بين TOPCon وBC والبنى المماثلة، يظهر الفرق بين أنواع الخلايا كنسبة مئوية من الناتج عند الإشعاع المنخفض: تحت ظروف تقارب 100 واط/م2، قاست إحدى البنى حوالي 4.38% ناتج نسبي مقابل 2.33% لأخرى. هذه الفجوة أصغر من فرق اللوحة الاسمية وأكبر مما تبدو عليه، لأنها تنطبق على كل ساعة إضاءة منخفضة في السنة. الآلية هي مقاومة التحويل وإعادة التركيب عند تركيز حاملات منخفض — الخلية ذات إعادة التركيب الأكثر تفقد نسبيًا أكثر عندما يكون الضوء ضعيفًا. لهذا السبب يمكن أن تخسر وحدة تتفوق في القدرة المقدرة عند ظروف الاختبار القياسية في الإنتاج السنوي في منطقة بها ضباب أو سحاب أو توليد في الصباح الباكر وبعد الظهر المتأخر.
تصنيع وحدات PV · بقلم جيري، Ooitech
مقدمة
القدرة الاسمية هي قيمة مقدرة؛ استجابة الإضاءة المنخفضة هي الأداء في العالم الحقيقي. في معظم مناطق العالم، يبقى الإشعاع أقل من 1000 واط/م² لأكثر من 90% من الوقت. فقط ساعتان أو ثلاث ساعات حول الظهيرة الشمسية تقترب من ظروف STC. شروق الشمس، غروبها، السماء الملبدة بالغيوم، المطر—تقضي الخلايا معظم حياتها العملية تحت إضاءة منخفضة. الكفاءة المقدرة العالية لا تضمن إنتاجًا عاليًا في العالم الحقيقي. اليوم نقوم بتحليل استجابة الإضاءة المنخفضة: من يفوز في الفيزياء، ومن يثبت قوته في الميدان، وكيف نحكم على جودة الإضاءة المنخفضة للخلية مباشرة على خط الإنتاج.
فيزياء استجابة الإضاءة المنخفضة: من يتسرب ويعيد التركيب بشكل أقل
من الدائرة المكافئة للدايود، السبب الجذري لانخفاض الكفاءة تحت الإضاءة المنخفضة بسيط: يتقلص التيار المولد ضوئيًا، لكن التسرب وإعادة التركيب لا يتقلصان بشكل متناسب، لذا تزداد حصتهما النسبية.
العامل الأكثر أهمية: مقاومة التحويل Rsh
تحت الإضاءة المنخفضة ينخفض التيار المولد ضوئيًا بشكل حاد، لكن تيار التسرب يبقى ثابتًا تقريبًا (يعتمد على الجهد وRsh). حصة أكبر من تيار التسرب تسحب Voc لأسفل، مما يسحب FF لأسفل، مما يخفض الكفاءة.
كلما زادت Rsh (قل التسرب)، كانت استجابة الإضاءة المنخفضة أفضل. هذا هو العامل الفيزيائي الأساسي.
| نوع الخلية | خصائص Rsh | أداء الإضاءة المنخفضة |
|---|---|---|
| HJT | طبقة تخميل i-a-Si:H بعزل ممتاز، وإعادة تركيب واجهة منخفضة للغاية | الأفضل |
| TOPCon | القطب الموجب والسالب منفصلان عبر الأمام والخلف، مناطق عزل حافة قليلة، مسارات تسرب قابلة للتحكم | جيد |
| BC | هيكل خلفي متشابك، العديد من خنادق العزل P⁺/N⁺، زيادة خطر تسرب الحافة | أضعف |
عامل ثانوي: عامل المثالية n
يعكس معامل المثالية آلية إعادة التركيب: n=1 للتيار الانتشار المثالي، n=2 عندما يهيمن إعادة التركيب في منطقة الاستنزاف. كلما زاد n، زادت خسارة إعادة التركيب تحت الإضاءة المنخفضة. هيكل التلامس الممرر لـ TOPCon يعطي n≈1.1-1.2، بينما الوصلة PN الخلفية المتشابكة لـ BC لديها قنوات إعادة تركيب أكثر عند n≈1.2-1.4، وتميز HJT بتمريز السيليكون غير المتبلور عند n≈1.0-1.1.
المقاومة التسلسلية Rs أقل أهمية هنا. فقدان الطاقة عبر Rs هو I²R؛ تحت الإضاءة المنخفضة يكون التيار صغيرًا، لذا يضعف تأثيره النسبي.
لماذا BC أضعف تحت الإضاءة المنخفضة: سبب هيكلي
يضع BC كلاً من الأقطاب الموجبة والسالبة على الخلف، مما يتطلب خنادق عزل عديدة بين مناطق P⁺ و N⁺ لتحقيق الفصل الكهربائي. تجلب هذه الخنادق مشكلتين:
خطر تسرب الحواف: يمكن أن يؤدي حفر الخنادق إلى إتلاف ركيزة السيليكون وتشكيل مسارات تسرب. يحتوي سطح BC الخلفي الواحد على مئات خنادق العزل، كل منها مسار تسرب محتمل.
إعادة التركيب عند الواجهة: مساحة واجهة P⁺/N⁺ للهيكل المتشابك الخلفي تكبر، مما يضيف مراكز إعادة تركيب ويرفع معامل المثالية n.
هذا تحدٍ هيكلي متأصل، وليس مسألة "من قام بها بشكل سيء." يمكن أن يساعد تحسين العملية (التحكم في شكل الخندق، تحسين طبقات التمرير)، لكن الهيكل يضع BC في عيب طبيعي في هذه النقطة.
سبب أداء HJT الأفضل تحت الإضاءة المنخفضة هو العكس: طبقة التمرير السيليكون غير المتبلور الجوهري i-a-Si:H توفر تمريرًا سطحيًا ممتازًا، وكثافة حالة واجهة منخفضة، وأعلى Rsh، وأصغر معامل مثالية.
دليل ميداني: TOPCon يتفوق على BC في الإنتاج لكل واط تحت الإضاءة المنخفضة
تشير البيانات الميدانية من عدة معاهد اختبار إلى اتجاه ثابت:
| معهد الاختبار | الموقع | السيناريو | كسب الإضاءة المنخفضة TOPCon مقابل BC |
|---|---|---|---|
| CPVT | ينتشوان، نينغشيا | فترات الإضاءة المنخفضة صباحًا/مساءً | غائم +3.89%، مشمس +2.33% |
| CPVT | ينتشوان، نينغشيا | إشعاع منخفض للغاية (0-100 واط/م²) | +4.38% |
| TÜV Nord | كاغوشيما، اليابان | <400 واط/م² | +10.79% |
| TÜV Rheinland | تشنغدو | 90% أيام غائمة/ممطرة | +2.37%، ذروة الصباح/المساء +7.18% |
| CGC | هاينان | 127 يومًا بما في ذلك 76 يومًا ممطرًا | +7.83% |
| شبكة الدولة | تشانغباي | 200 واط/م² | +2.6% |
في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة، يتجاوز إنتاج الواط الواحد من TOPCon نظيره في BC، وكلما انخفض الإشعاع، اتسعت الفجوة.
لكن التباين داخل نفس المسار التكنولوجي كبير أيضًا. يُظهر اختبار المقارنة متعدد الموردين من مختبر تقييم الكربون أن منتجات BC تخسر 2.78% إلى 6.57% عند إشعاع منخفض 200 واط/م²، بينما يتراوح TOPCon من 2.14% إلى 4.72%. الفجوة بين "أفضل المنتجات" للتقنيات الثلاث أصغر من الفجوة بين "المنتجات الجيدة مقابل المنتجات الضعيفة" داخل نفس المسار.
الخلاصة الإنتاجية: عند الاختيار، مستوى عملية التصنيع لدى الشركة المصنعة مهم بقدر اختيار المسار التكنولوجي.
لا تخلط بين معامل درجة الحرارة واستجابة الإضاءة المنخفضة
معامل درجة الحرارة واستجابة الإضاءة المنخفضة معلمتان مستقلتان، لكن يسهل الخلط بينهما.
| المعلمة | السيناريو ذو الصلة | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| معامل درجة الحرارة | سيناريوهات درجات الحرارة المرتفعة (الوحدة >50°م) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| استجابة الإضاءة المنخفضة | سيناريوهات الإشعاع المنخفض (<400 واط/م²) | الأفضل | جيد | أضعف |
في يوم صيفي حار غائم، تتراكم درجات الحرارة المرتفعة والإضاءة المنخفضة معًا، ويتفوق HJT في كليهما، مما يضاعف مزاياه. في يوم شتوي بارد غائم، تقلل درجات الحرارة المنخفضة من تأثير معامل درجة الحرارة، وتأخذ استجابة الإضاءة المنخفضة زمام المبادرة. لا تستخدم معامل درجة الحرارة لشرح أداء الإضاءة المنخفضة، ولا تستنتج معامل درجة الحرارة من أداء الإضاءة المنخفضة—فهما كميتان فيزيائيتان مختلفتان.
تحسين الإضاءة المنخفضة ومقاومة UVID ليسا بالضرورة متعارضين فيزيائياً بطبيعتهما. تعتمد الإضاءة المنخفضة على آليات الفقد الكهربائي (Rsh، n)، بينما تعتمد UVID على استقرار المادة (الروابط الكيميائية لطبقة التخميل، مادة التغليف فيلم). يمكن تحسين كليهما بشكل منفصل من خلال تحسين مستقل.
كيفية تقييم جودة الخلية في الإضاءة المنخفضة على خط الإنتاج
المؤشر الأكثر مباشرة: مقاومة التحويل Rsh.
في اختبار I-V، كلما زادت قيمة Rsh للخلية، زادت احتمالية أدائها الجيد في الإضاءة المنخفضة. إذا أظهرت دفعة توزيعًا واسعًا لقيم Rsh مع نسبة عالية من الخلايا ذات Rsh المنخفض، فإن إنتاج الإضاءة المنخفضة سيتأثر بالتأكيد.
ملاحظة خاصة لخطوط BC: الخلايا التي تظهر بقعًا ساطعة غير طبيعية في مناطق الخنادق العازلة على صور EL من المرجح أن تكون ذات Rsh منخفض. هذا يتوافق مع "تسرب حافة الخندق" المذكور سابقًا—وهي مشكلة يكون الهيكل عرضة لها بشكل طبيعي.
خطوط TOPCon: قيمة Rsh فوق 1000 أوم·سم² طبيعية عمومًا؛ أقل من 500 يستدعي التحقيق في عزل الحواف أو الثقوب الدقيقة في طبقة التخميل. الخلايا ذات السلوك الممتاز في الإضاءة المنخفضة عادةً ما تظهر Rsh فوق 3000.
خطوط HJT: Rsh مرتفع بشكل طبيعي، وفوق 5000 شائع. لكن انخفاض Rsh في خلية HJT عادةً ما يعني أن شيئًا ما قد حدث بشكل خاطئ في واجهة TCO و a-Si:H.
الخلاصة
سجل الفيزياء لاستجابة الإضاءة المنخفضة: HJT هو الأفضل، TOPCon جيد، BC يواجه تحديات هيكلية. السجل الميداني: في الإضاءة المنخفضة، إنتاج TOPCon لكل واط يتجاوز فعليًا BC، وكلما انخفض الإشعاع، اتسعت الفجوة. لكن لا تحكم بناءً على المسار التكنولوجي وحده—الفجوة بين المنتجات الجيدة والرديئة على نفس المسار أكبر حتى من الفجوة بين المسارات.
مصادر البيانات: اختبار ميداني CPVT ينتشوان (2025)، اختبار ميداني TÜV Nord كاغوشيما، اختبار ميداني TÜV Rheinland تشنغدو، اختبار ميداني CGC هاينان، اختبار ميداني شبكة الدولة تشانغباي، اختبار مقارنة متعدد الموردين لمختبر تقييم الكربون (2025).
رأي Ooitech: الإنتاج الحقيقي في الإضاءة المنخفضة، وليس كفاءة اللوحة الاسمية، هو المقياس الحقيقي للخلية الشمسية، ومقاومة التحويل هي العامل الوحيد الذي يحدد ذلك أكثر من غيره.
