TOPCon technologie: Nové, lepší a účinnější panely
Už jste slyšeli o TOPCon technologii, která se využívá k výrobě solárních článků? Pokud ne, tak se připravte, že o ní v následujících letech uslyšíte poměrně dost. Jedná se totiž o revoluční technologii, která slibuje vyšší účinnost, delší životnost a lepší výkon i ve zhoršených podmínkách. Pojďme se na ni podívat blíže.
Co se v článku dozvíte:
- Technologie monokrystalických článků
- Jak funguje TOPCon technologie
- Jaké jsou výhody TOPCon
- Má TOPCon nějaké nevýhody?
- Co můžeme od TOPCon technologie očekávat
Technologie monokrystalických článků
V současné době se ve fotovoltaických panelech nejčastěji setkáte s monokrystalickými solárními články. Existují i varianty s polykrystalickými články a články z amorfního křemíku, ty ale nejsou zdaleka tak účinné. Teď se tedy zaměříme pouze na technologie monokrystalických článků.
Chcete vědět více o jednotlivých typech solárních článků? Přečtěte si náš článek: Jak fungují solární (fotovoltaické) články
HJT technologie
Heterojunction technologie (zkráceně HJT) tvoří typ solárních článků, které se skládají celkem ze tří vrstev. Jedná se o vrstvu amorfního křemíku, který zachycuje světlo, vrstvu monokrystalického křemíku, která jej přeměňuje na elektrickou energii, a poslední vrstvu, která je tvořena tenkovrstvým amorfním křemíkem a slouží k zachycování zbytků světla, které prošly předchozími vrstvami. HJT články tak dokážou díky kombinaci obou technologií (krystalického křemíku a amorfního „tenkovrstvého“ křemíku) více energie.
Mezi její hlavní výhody patří vysoká účinnost, nízký teplotní koeficient a snížená citlivost na zastínění. Je ale potřeba vzít v potaz její vyšší náklady a větší náchylnost k poškození.
Shingled technologie
Shingled technologie využívá šindelové buňky, což jsou běžné buňky rozřezané na 5 nebo 6 pásů. Pásy se na sebe pomocí vodivého lepidla poskládají tak, aby se navzájem lehce překrývaly. Tímto způsobem se maximalizuje aktivní plocha a zároveň se zmenší neaktivní prostory mezi články.
Shingled technologie má vysokou efektivitu a snížené zastínění mezi buňkami. Na částečné zastínění modulu je ale naopak citlivější, protože postrádá obtokové diody, které by izolovaly jednotlivé články, a jsou s ní spojeny vyšší náklady.
PERC technologie
Passivated Emitter and Rear Cell neboli PERC technologie spočívá v pasivaci zadní vrstvy článku, díky níž má PERC článek menší rekombinační ztráty a vyšší absorpci světla. Pasivační vrstva na zadní straně odráží světlo, které prošlo křemíkovou vrstvou, zpět, a zefektivňuje tak jeho vstřebávání. Existují i varianty této technologie, například PERL nebo často používaný PERT.
Jasnou výhodou je tak zejména vyšší absorpce světla a lepší účinnost panelu, který využívá PERC/PERT technologii. Je ale nutné u nich očekávat vyšší citlivost na zastínění.
TOPCon technologie
Jako poslední zmíníme TOPCon technologii, které se budeme dále v článku věnovat podrobněji. Její struktura zahrnuje ultratenkou tunelovou oxidovou vrstvu přidanou na zadní stranu článku. Tunelová vrstva funguje jako pasivační vrstva a pomáhá snižovat ztráty elektronů.
V porovnání s ostatními druhy článků je efektivnější při přeměně světla na elektrickou energii, a navíc pomaleji degraduje.
Přečtěte si také: Jak se vyvíjejí technologie ve fotovoltaice
Jak funguje TOPCon technologie
Ze všech typů monokrystalických článků. které jsme v předchozí části zmínili, má TOPCon nejblíže k PERC/PERT technologii. Používá velmi podobnou strukturu, kterou ovšem významným způsobem vylepšuje, aby se dosáhlo vyšší účinnosti. Pro pochopení TOPCon technologie tedy začněme vysvětlením PERC struktury.
Struktura PERC/PERT technologie
Začněme tedy strukturou článků typu PERC, respektive PERT, což je jedna z variant PERC technologie. Absorpční vrstvu PERT článku tvoří n-typ krystalického křemíku. K ní přiléhá p+ emitorová vrstva, čímž vzniká p-n přechod. Emitorovou vrstvu pokrývá pasivační vrstva oxidu hlinitého a na ní se nachází poslední, antireflexní vrstva. U PERC technologie se naopak používá p-typ křemíku jako substrát a n+ emitorová vrstva.
Zadní strana substrátu je dopována fosforem, který tvoří zadní povrchové pole, a stejně jako přední strana je pokryta povlakem z nitridu křemíku, který zabraňuje odrážení světla.
Struktura TOPCon technologie
TOPCon představuje nadstavbu PERT technologie. Liší se v podstatě pouze přidáním tenké tunelové vrstvy oxidu křemičitého a dopovaného polykřemíku na zadní stranu článku. Oxidová vrstva přiléhá na substrát tvořený křemíkem n-typu a umožňuje elektronům pohybovat se bez rekombinace s dírami a polykřemík zvyšuje vodivost článku. TOPCon článek tak zvládá vyšší napětí a je účinnější.
Jaké jsou výhody TOPCon
Solární články využívající technologii N-TOPCon slibují celkově vyšší účinnost a odolnost v různých typech podmínek. Oproti ostatním typům technologií, včetně jejich „předchůdce“ PERT, mají několik zásadních výhod.
Výrobní proces
Využití technologie TOPCon je výhodné zejména s ohledem na výrobní náklady. Vzhledem k tomu, že je TOPcon prakticky pouze nadstavbou PERT struktury, je možné použít k jeho výrobě stejné stroje a linky jako při výrobě PERC článků a celý proces vyžaduje jen minimální míru přizpůsobení.
Vyšší účinnost
Jednou z největších předností solárních panelů s využitím technologie TOPCon je vyšší účinnost. Články tohoto typu dokážou přeměňovat více slunečního záření na elektrickou energii a efektivněji předcházejí ztrátám elektronů.
TOPCon články mohou v komerčním využití dosáhnout účinnosti 25 %, v laboratorních podmínkách je jejich potenciál až 28 %, což se blíží teoretické hranici účinnosti solárních článků na bázi krystalického křemíku obecně (její hodnota je 29,43 %).
Nižší náchylnost k degradaci
TOPCon panely vykazují po prvním roce používání nižší míru degradace, a to pod 1 % (pro srovnání degradace po prvním roce se u PERC panelů pohybuje kolem 2–3 %). Mají nižší míru degradace vyvolanou světlem i potenciálem, která se běžně u fotovoltaických panelů objevuje a způsobuje pokles účinnosti. Jsou také odolnější vůči vysokým teplotám.
Nižší teplotní koeficient
Jak už jsme zmínili, TOPCon panely si zachovávají účinnost i při vyšších teplotách. Je tomu tak díky nižšímu teplotnímu koeficientu (-0,31 %), který vyjadřuje, kolik procent výkonu ztrácí panel při zvýšení teploty o jeden stupeň. to je důležité zejména v teplých oblastech, kde jsou panely dlouhodobě vystaveny vysokým teplotám, a mohou tak fungovat s nižší efektivitou.
Faktor oboustrannosti
Další z výhod TOPCon technologie je 80% faktor oboustrannosti (bifaciální faktor), který udává poměr účinnosti zadní strany panelu vzhledem k přední straně (při stejném ozáření). To znamená, že fotovoltaické panely s TOPCon technologií mohou vyrábět elektřinu ze světelného záření, které dopadá na obě strany panelu.
Výkon při slabém osvětlení
V neposlední řadě mají TOPCon články lepší výkonnost při horších světelných podmínkách. V praxi to znamená, že vyrobí více elektřiny během zatažených nebo deštivých dnů a že vyrábějí elektřinu po delší dobu.
Má TOPCon nějaké nevýhody?
Při vyjmenování tolika výhod se může zdát, že jsou TOPCon solární panely zkrátka dokonalé. Je tomu ale skutečně tak? Pojďme se podívat i na to, zda má TOPCon také nějaké potenciální nevýhody.
- Náročnější výrobní proces – I když není pro výrobu TOPCon článků potřeba pořizovat nové stroje, výrobní proces může být přesto náročnější. Některé současné technologie při něm nelze využít (např. současný selektivní emitor) a některé technologie je třeba zdokonalit.
- Nevyrábí se ve velkém – Vzhledem ke komplikované výrobě a mnoha nejasnostem, které pro výrobce kolem této technologie stále panují, se zatím nedá hovořit o masové výrobě.
Vyšší cena – Cena TOPCon článků je v porovnání s některými jinými technologiemi vyšší. Jedním z důvodů je například vyšší potřeba stříbra pro tisk kontaktů na článek.
Co můžeme od TOPCon technologie očekávat
TOPCon jednoznačně představuje revoluční technologii, která si na trhu s fotovoltaikou velmi rychle získá své místo. Ve srovnání s předchozími technologiemi nabízí nižší náchylnost k degradaci, lepší výkon i v náročných podmínkách, nízký teplotní koeficient a znatelně vyšší účinnost.
I přes prvotní výzvy související s vyššími náklady a komplexním výrobním procesem se očekává, že zájem o TOPCon technologii poroste velice rychlým tempem. Některé odhady dokonce uvádějí, že se v následujících pár letech stane dominantní technologií na trhu s fotovoltaickými panely.
