PERC مقابل TOPCon مقابل HJT مقابل BC: لماذا تختلف الخلايا الشمسية كثيرًا في السعر والكفاءة
السؤال الأساسي لهذه القضية
من P-type إلى N-type، ومن PERC إلى TOPCon وHJT وBC، ماذا تعني هذه الحروف في الواقع؟ ما هي المشكلات المختلفة التي تحلها، وما الذي يجب على محترفي سلسلة التوريد النظر إليه عند اختيارها؟
المورد أ يقول: "وحدتنا TOPCon تصل كفاءتها إلى 22.5%، أعلى بنقطة واحدة من PERC." المورد ب يقول: "وحدتنا HJT لديها معامل درجة حرارة أفضل وتولد طاقة أكبر في الظروف الحارة." المورد ج يقول: "وحدتنا BC ليس بها خطوط شبكية على الواجهة، تبدو أنظف وتناسب المشاريع الموزعة."
إذن كيف يجب مقارنتها؟ إذا نظرت فقط إلى السعر والكفاءة المقدرة، فستفوت الأمور المهمة حقًا:
مسارات التكنولوجيا المختلفة لها عوائد إنتاج ضخم مختلفة، مما يؤثر على استقرار التسليم.
استهلاك معجون الفضة يختلف (HJT أعلى)، مما يؤثر على اتجاهات التكلفة ومخاطر التوريد.
آليات التدهور تختلف (P-type لديه LID، N-type لديه LeTID)، مما يؤثر على مطالبات الضمان.
درجات حرارة المعالجة تختلف (HJT هي عملية منخفضة الحرارة)، مما يؤثر على المعدات وعتبات الاستثمار والمشهد العام للموردين.
تساعدك هذه القضية على بناء إطار كامل لمقارنة مسارات التكنولوجيا.
فهمها في جملة واحدة
PERC هي ذروة تقنية P-type (التخميل الخلفي)، TOPCon هو مسار الإنتاج الضخم السائد من نوع N-type (التخميل بالتلامس)، HJT هو المسار عالي الأداء منخفض الحرارة (تخميل الوصلة غير المتجانسة)، وBC ينقل الأقطاب إلى الخلف كحل جمالي. تحل جميعها نفس المشكلة من زوايا مختلفة: تقليل فقدان الكفاءة.
تشبيه بسيط
فقدان كفاءة الخلية الشمسية يشبه مبنى من خمسة طوابق يتسرب منه الماء في كل طابق:
تسرب الطابق الأول (فقدان الامتصاص): يمر الضوء مباشرة دون أن يتم امتصاصه.
تسرب الطابق الثاني (فقدان التدفئة): الطاقة الزائدة للفوتونات عالية الطاقة تتحول إلى حرارة.
تسرب الطابق الثالث (فقدان إعادة التركيب): تتحد الإلكترونات والثقوب قبل فصلها.
تسرب الطابق الرابع (فقدان المقاومة): يواجه التيار مقاومة في الخلية والأقطاب الكهربائية ويتحول إلى حرارة.
تسرب الطابق الخامس (فقدان التظليل): الأقطاب الأمامية تحجب جزءًا من ضوء الشمس.
PERC بشكل أساسي يصلح الطابق الثالث (إعادة التركيب الخلفي). TOPCon بشكل أساسي يصلح جزء التلامس من الطابق الثالث (إعادة التركيب عند التلامس). HJT يجدد الطابق الثالث بالكامل تقريبًا (تخميل الواجهة). BC بشكل أساسي يصلح الطابق الخامس (نقل الأقطاب إلى الخلف لإزالة التظليل).
ملاحظة سلسلة التوريد: المسارات المختلفة تصلح طوابق مختلفة، لكن تكلفة وصعوبة إصلاح كل طابق تختلف. ما تختاره ليس مجرد رقم كفاءة، بل مقايضة حول 'أين تستثمر، وكم من الفقدان يمكنك توفيره، وما السعر الذي تدفعه.'
المبادئ المهنية
النوع P مقابل النوع N: اختيار الركيزة
| العنصر | رقاقة من النوع P | رقاقة من النوع N |
|---|---|---|
| التطعيم | بورون | فوسفور |
| الحامل الأغلبي | ثقوب | إلكترونات |
| تدهور LID | أكثر وضوحًا (إعادة تركيب البورون-الأكسجين) | أقل |
| حساسية الشوائب | أعلى | أقل (عمر حامل الأقلية أعلى) |
| التقنية الممثلة | PERC | TOPCon, HJT, بعض BC |
الاتجاه: النوع N يحل محل النوع P كالسائد، لأن عمر حامل الأقلية لرقائق النوع N أعلى (الإلكترونات تعيش 'أطول')، وبالاقتران مع تخميل أكثر تقدمًا يمكن الوصول إلى كفاءة أعلى.
PERC: إضافة طبقة واقية على الظهر
PERC تعني الخلية الخلفية المنفعلة والمُمررة. على ظهر الخلية التقليدية من النوع P تضيف:
طبقة من Al2O3 (أكسيد الألومنيوم) للتنفيل لتقليل إعادة التركيب الخلفي.
طبقة من SiNx (نتريد السيليكون) للحماية لزيادة الانعكاس الخلفي، مما يعيد الفوتونات غير الممتصة لفرصة ثانية للامتصاص.
الخسائر الرئيسية المعالجة: إعادة التركيب الخلفي بالإضافة إلى فقدان النقل الخلفي.
ميزات سلسلة التوريد: التكنولوجيا الأكثر نضجًا، سلسلة التوريد الأكثر اكتمالًا، أقل تكلفة، ولكن سقف كفاءة حوالي 23.5%. إنها القاعدة المثبتة الأكبر، مع أسهل قطع الغيار والاستبدال.
TOPCon: بوابة اتصال دقيقة
TOPCon تعني اتصال النفق المؤكسد المنفعل. الهيكل الرئيسي: على ظهر رقاقة من النوع N، يتم صنع طبقة أكسيد رقيقة جدًا (SiO2، حوالي 1-2 نانومتر)، ثم تغطيتها بطبقة بولي سيليكون مخدرة.
تعمل طبقة الأكسيد كبوابة، تمنع حاملات الشحنة الأقلية (الثقوب) من إعادة التركيب بينما تسمح لحاملات الشحنة الأغلبية (الإلكترونات) بالمرور عبر النفق (هذا هو "النفق").
توفر طبقة البولي سيليكون المخدرة اتصالًا كهربائيًا جيدًا وتقلل من مقاومة التلامس.
الخسائر الرئيسية المعالجة: إعادة التركيب في منطقة التلامس المعدني بالإضافة إلى مقاومة التلامس.
ميزات سلسلة التوريد: متوافقة بشكل كبير مع خطوط PERC (قابلة للترقية) وحاليًا الطريق الرئيسي للإنتاج الضخم من النوع N. راقب استهلاك عجينة الفضة، إنتاجية عملية طبقة الأكسيد وبيانات التدهور.
HJT: طبقتان واقيتان تحصران الرقاقة
HJT تعني تكنولوجيا الوصلة غير المتجانسة. الهيكل: على جانبي رقاقة بلورية من النوع N، يتم ترسيب طبقة من السيليكون غير المتبلور الجوهري (i-a-Si:H) كتنفيل، ثم تغطيتها بطبقة من السيليكون غير المتبلور المخدر، وأخيرًا أكسيد موصل شفاف (TCO).
"غير متجانسة" تعني أن السيليكون البلوري والسيليكون غير المتبلور هما مادتان شبه موصلتان مختلفتان.
توفر طبقتا i-a-Si:H تنفيلًا سطحيًا ممتازًا.
تكتمل العملية بأكملها في درجة حرارة منخفضة (<200 درجة مئوية، بينما تحتاج PERC/TOPCon إلى 800 درجة مئوية+).
الخسائر الرئيسية المعالجة: إعادة التركيب السطحي بالإضافة إلى فقدان درجة الحرارة (معامل درجة حرارة أقل، أداء أفضل في الحرارة).
ميزات سلسلة التوريد: كفاءة عالية وسلوك حراري جيد، ولكن استثمار كبير في المعدات، واستهلاك عالي لعجينة الفضة، والحاجة إلى أهداف (ITO لـ TCO). العملية ذات درجة الحرارة المنخفضة تعني أنها غير متوافقة مع الخطوط الحالية ذات درجة الحرارة العالية وتتطلب قدرة إنتاجية جديدة.
BC / IBC: نقل الأقطاب الكهربائية إلى الخلف
BC تعني التلامس الخلفي، و IBC تعني التلامس الخلفي المتداخل. الواجهة الأمامية للخلية التقليدية تحتوي على خطوط شبكية معدنية (أقطاب كهربائية) تحجب حوالي 5%-7% من ضوء الشمس. تقنية BC تضع جميع الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة على الظهر، تاركة الواجهة الأمامية بدون تظليل تمامًا.
كيف تعمل: يتم ترتيب مناطق P+ و N+ بالتناوب على الظهر لتشكيل وصلات PN محلية، مع تداخل الأقطاب الموجبة والسالبة.
الخسائر الرئيسية المعالجة: تظليل القطب الأمامي.
ميزات سلسلة التوريد: واجهة أمامية نظيفة (بدون خطوط شبكية) وكفاءة عالية، ولكن عملية معقدة، وتحديات كبيرة في الإنتاجية، والعديد من حواجز براءات الاختراع. تناسب السوق الموزعة عالية الجودة.
نظرة عامة على خريطة فقدان الكفاءة
| نوع الخسارة | المبدأ | PERC | TOPCon | HJT | BC |
|---|---|---|---|---|---|
| فقدان الامتصاص | مرور/انعكاس الفوتونات | تحسين الانعكاس الخلفي | نفس الشيء | نفس الشيء | لا تظليل أمامي |
| فقدان التمدد الحراري | الطاقة الزائدة للفوتونات عالية الطاقة تتحول إلى حرارة | نفس الشيء (مرتبط بفجوة النطاق، يصعب تغييره حسب المسار) | نفس الشيء | نفس الشيء | نفس الشيء |
| إعادة التركيب السطحي | عيوب السطح تحبس الناقلات | الخمول الأمامي | أمامي + خلفي | خمول ممتاز على الوجهين | يعتمد على الركيزة |
| إعادة التركيب عند التلامس | إعادة التركيب عند التلامس المعدني | — | أكسيد النفق | عزل السيليكون غير المتبلور | يعتمد على التصميم |
| فقدان المقاومة | تسخين مسار التيار | قياسي | أقل (تلامس البولي سيليكون) | يعتمد على جودة TCO | مسار خلفي أطول |
| فقدان التظليل | تظليل القطب الأمامي | نعم | نعم | نعم | تقريبًا لا شيء |
| فقدان درجة الحرارة | انخفاض الكفاءة عند درجة الحرارة العالية | متوسط | أفضل | الأفضل | أفضل |
دليل التوضيح
الشكل 1: مقارنة بين النوع P والنوع N
العمود الأيسر (درجات اللون الأزرق): رقاقة من النوع P، منشط بالبورون، حاملات الشحنة الأغلبية هي الفجوات، تدهور LID أكثر وضوحًا، تقنية تمثيلية PERC. العمود الأيمن (درجات اللون الأخضر): رقاقة من النوع N، منشط بالفوسفور، حاملات الشحنة الأغلبية هي الإلكترونات، عمر حاملات الأقلية أعلى، تقنيات تمثيلية TOPCon/HJT/BC. الفرق الأساسي بين النوع P والنوع N يكمن في عنصر المنشط ونوع حاملات الشحنة الأغلبية، ويمكن للنوع N تحقيق كفاءة أعلى بفضل عمر الحاملات الأطول مع التخميل المتقدم.
الشكل 2: مقارنة المقطع العرضي لـ PERC / TOPCon / HJT / BC
أربعة أعمدة، كل منها يظهر المقطع العرضي الرأسي لخلية واحدة، مع تحديد موضع الوصلة PN بدائرة حمراء متقطعة. PERC و TOPCon لهما الوصلة PN في الأمام، HJT له وصلات غير متجانسة على كلا الجانبين، و BC له الوصلة PN بالكامل في الخلف. قراءة سلسلة التوريد: طبقات أكثر تعني خطوات عملية أكثر تعني تحديات إنتاجية أكبر. HJT لديه أقل عدد من الطبقات ولكنه يستخدم أغشية رقيقة منخفضة الحرارة، TOPCon لديه عدد طبقات معتدل أقرب إلى الخطوط الحالية، و BC لديه الهيكل الخلفي الأكثر تعقيدًا.
الشكل 3: خريطة فقدان كفاءة الطاقة الشمسية
معركة المسارات التكنولوجية تدور بشكل أساسي حول تحسين الخسائر في الحلقتين الثانية والثالثة. لا يمكن لأي تقنية واحدة أن تحل جميع الخسائر بشكل مثالي في وقت واحد. قراءة سلسلة التوريد: عندما تقارن فجوة الكفاءة بين تقنيتين، اسأل بوضوح من أي طبقة خسارة يأتي الفرق، لأن ذلك يحدد ما إذا كانت الفجوة حقيقية أم مجرد نتيجة مختبرية، وما إذا كانت تصمد في ظل ظروف مختلفة مثل درجة الحرارة المرتفعة أو الضوء الضعيف.
المصطلحات الرئيسية في هذا العدد
| المصطلح | الإنجليزية | شرح في سطر واحد | لماذا يجب أن تعرفه سلسلة التوريد |
|---|---|---|---|
| PERC | خلية ذات باعث وطبقة خلفية مخمّلة | طبقة تخميل تضاف على ظهر خلية من النوع P لتقليل إعادة التركيب | أكبر قاعدة مركبة، سلسلة توريد الأكثر نضجًا، أسهل استبدال |
| TOPCon | تلامس ممرر بأكسيد النفق | خلية من النوع N تستخدم أكسيد نفق لتقليل إعادة التركيب عند التلامس | المسار السائد الحالي من النوع N، راقب الإنتاجية ومعجون الفضة |
| HJT | تقنية الوصلة غير المتجانسة | وصلة غير متجانسة من السيليكون البلوري-غير المتبلور مع تخميل مزدوج الجوانب | إمكانية كفاءة عالية، استثمار كبير في المعدات، راقب استخدام الفضة والأهداف |
| BC/IBC | تلامس خلفي / تلامس خلفي متداخل | الأقطاب الكهربائية منقولة بالكامل إلى الخلف لإزالة التظليل | عملية معقدة، تحديات في الإنتاجية، قيود براءات الاختراع |
| التخميل | التخميل | تغطية سطح السيليكون بطبقة مادية لتقليل العيوب وإعادة التركيب | جودة التخميل تحدد التدهور والعمر الافتراضي |
| معجون الفضة | معجون الفضة | معجون يحتوي على الفضة يستخدم لصنع خطوط الشبكة الموصلة للأقطاب | سعر الفضة يؤثر على تكلفة الخلية، استخدام الفضة في HJT هو محور التركيز |
| LID | التدهور الناتج عن الضوء | الضوء يسبب انخفاض الكفاءة في الوحدات من النوع P | يجب مراعاة LID في ضمان الوحدات من النوع P |
| LeTID | التدهور الناتج عن الضوء ودرجة الحرارة المرتفعة | تدهور بسبب الضوء ودرجة الحرارة العالية، والذي يمكن أن يحدث أيضًا في النوع N | محور تدهور للوحدات من النوع N |
المفاهيم الخاطئة الشائعة
مفهوم خاطئ 1: TOPCon هو مجرد نسخة مطورة من PERC. الفهم الصحيح: TOPCon يستخدم رقائق من النوع N (PERC يستخدم النوع P)، ومفهوم تصميم التلامس المخمل مختلف تمامًا عن PERC. على الرغم من إمكانية ترقية بعض خطوط PERC إلى TOPCon، إلا أنهما جيلان مختلفان من التكنولوجيا.
مفهوم خاطئ 2: يمكن لـ HJT أن يحل محل TOPCon بالكامل. الفهم الصحيح: HJT يتمتع بكفاءة عالية ودرجة حرارة عملية منخفضة، لكن استثمار المعدات كبير، واستهلاك معجون الفضة مرتفع (حوالي ضعف TOPCon) ويحتاج إلى أهداف. لكل منهما سيناريوهاته المناسبة ومجموعات العملاء الخاصة به.
المفهوم الخاطئ 3: يجب أن تكون التكنولوجيا الأعلى كفاءة هي الأفضل. الفهم الصحيح: يجب النظر إلى التكلفة الإجمالية، بما في ذلك إنتاجية الإنتاج الضخم، وتكلفة المواد (خاصة الفضة والأهداف)، والتدهور، ومعامل درجة الحرارة، واستجابة الإضاءة المنخفضة، واستقرار التوريد. الكفاءة المقدرة هي مجرد بُعد واحد من التقييم الفني.
المفهوم الخاطئ 4: وحدة BC ليس لها خطوط شبكية أمامية، لذا يجب أن تكون كفاءتها الأعلى. الفهم الصحيح: BC تنقل الأقطاب الكهربائية إلى الخلف، مما يلغي فقدان التظليل الأمامي، لكن العملية الخلفية أكثر تعقيدًا ومسار المقاومة الخلفي أطول. ميزة الكفاءة لـ BC واضحة في ظل ظروف محددة، لكنها ليست مثالية في كل سيناريو.
نقاط التركيز في سلسلة التوريد
اختيار مسار تكنولوجي يعني اختيار استقرار التوريد للسنوات 5-10 القادمة.
السعة والتوريد: PERC لديها أكبر سعة لكن يتم استبدالها بـ TOPCon. عند تقييم الموردين، انظر إلى حصة سعتهم من النوع N وتقدمهم في التوسع.
الاعتماد على عجينة الفضة: الفضة هي ثاني أكبر عنصر تكلفة في الخلية بعد الرقاقة. استهلاك الفضة في HJT هو عنق زجاجة تكلفة تراقبه الصناعة (عجينة الفضة ذات درجة الحرارة المنخفضة أغلى).
التدهور والضمان: وحدات النوع N تتدهور بشكل عام أقل من النوع P، لكن أداء LeTID يختلف بين الشركات المصنعة. في مفاوضات الضمان، احصل على منحنى التدهور المحدد.
مطابقة قطع الغيار: يجب أن تتطابق وحدات الاستبدال مع مسار التكنولوجيا الأصلي ومعلمات الدفعة. توصيل وحدات بتصميمات تقاطع PN مختلفة في سلسلة يسبب فقدان عدم التطابق.
مخاطر براءات الاختراع: براءات اختراع تكنولوجيا BC مركزة في عدد قليل من الشركات، لذا قد يكون الإحلال المحلي وسوق قطع الغيار لسلسلة التوريد محدودين.
ملاحظة سلسلة التوريد: اختيار مسار تكنولوجيا الوحدات ليس فقط عن الكفاءة والسعر اليوم، بل توقع لاستقرار التوريد وتوفر قطع الغيار على مدى 25 سنة قادمة. TOPCon حاليًا هو الخيار "عالي اليقين"، HJT هو الخيار "عالي الإمكانات المستقبلية"، و BC هو الخيار "عالي القيمة في سيناريوهات محددة".
خذها في جملة واحدة
PERC يصلح الخلف، TOPCon يصلح التلامس، HJT يصلح الواجهة، و BC يصلح التظليل. المنطق الأساسي للمنافسة بين هذه التقنيات الأربع هو ترقيع نقاط مختلفة على خريطة فقدان الكفاءة، وقرار الشراء الخاص بك هو توازن متعدد الأهداف بين النضج والتكلفة والكفاءة وأمن التوريد.
رؤية Ooitech
تعتقد Ooitech: PERC وTOPCon وHJT وBC ليست سباقًا لرقم كفاءة واحد، بل أربع بقع مختلفة على خريطة فقدان الكفاءة، والاختيار الذكي هو الذي يوازن بين النضج والتكلفة والكفاءة وأمن التوريد طويل الأجل.
