نویسنده: محسن فرزان، کارشناس ارشد انرژی‌های تجدیدپذیر 
زمان مطالعه: ۴ دقیقه
پیشنهاد مطالعه: معرفی فناوری TOPCon؛ گام بعدی در توسعه سلول خورشیدی سیلیکونی (بخش اول)
با وجود آنکه فناوری اتصال پشتی و امیتر خنثی‌شده (PERC) به‌دلیل بازده بالا به‌طور فزاینده‌ای مورد توجه قرار گرفته است، محققان در آزمایشگاه‌های تحقیق و توسعه (R&D) هم‌چنان به‌دنبال کار روی فناوری‌های جدیدتری هستند که به بالاتربردن بازده و کم‌کردن هزینه‌های پنل خورشیدی فتوولتاییک، کمک کند.
یکی از این فناوری‌های نویدبخش، فناوری TOPCon است، که متخصصان آسیایی اغلب از آن به این نام یاد می‌کنند. در اروپا این عبارت مخفف، که نشان‌دهنده “اتصال خنثی‌شده اکسید تونلی” است، بیشتر با دپارتمان Fraunhofer ISE مرتبط است، که یک شرکت تحقیقاتی معتبر در حوزه انرژی خورشیدی در آلمان است.
در فناوری TOPCon، به‌منظور کاهش اتلاف‌های بازترکیب ناشی از اتصال‌های فلزی و سطح سیلیکونی سلول‌ها، علاوه‌بر سیلیکون پلی‌کریستال به‌شدت آلاییده، یک لایه نازک اکسید بین اتصال فلزی و و ویفر تعریف شده است.
حامل‌ها، یعنی الکترون‌ها و حفره‌ها، به دلیل پدیده‌های مربوط به فیزیک کوانتوم، می‌توانند از میان این لایه اکسید نازک، تونل بزنند.
بنابراین با اضافه‌کردن لایه اکسید در فناوری TOPCon، علاوه‌بر ایجاد یک اتصال، ویفر نیز به خوبی خنثی شده و اتلاف‌های بازترکیبی نیز به طور قابل ملاحظه‌ای نسبت به فناوری‌های استاندارد موجود کاهش می‌یابد.
بازده یک سلول همواره به ایجاد توازن میان تشکیل یک اتصال خوب با مقاومت اتصال پایین و جلوگیری از اتلاف‌های بازترکیبی که در تمامی نقاط ویفر در تماس با اتصال‌های فلزی رخ می‌دهد، وابسته است.
در اتصال‌های استاندارد، که شامل یک متالیزاسیون (metallization) خالص روی ویفر هستند، میزان اتلاف بالا است. در حال‌حاضر، فناوری امیتر انتخابی با افزایش آلایندگی در زیر سطح فلز، این اتلاف را در اتصال‌های جلویی سلول خورشیدی، کاهش می‌دهد.
به‌عنوان یک مزیت اضافه، درصورتی که تمام سطح ویفر سیلیکونی به‌طور کامل لایه اندود (coated) شده باشد، لایه اکسید تمام سطح سیلیکونی را به‌طور همزمان خنثی می‌کند.
شکل: شماتیکی از ساختار سلول خورشیدی یا فناوری TOPCon
در صنعت انرژی خورشیدی، فناوری TOPCon گام بعدی است؛
به گفته دکتر گوانگیائو جین، محقق ارشد آزمایشگاه‌های فتوولتاییک DuPont واقع در شانگهای، هم‌اکنون امکانات و تجهیزات اساسی برای ایجاد ساختارهای TOPCon وجود دارد. در واقع، روش‌های لایه‌نشانی (رسوب‌دهی) بخار شیمیایی با فشار کم (LPCVD)، لایه‌نشانی بخار شیمیایی به کمک پلاسما (PECVD)، و یا حتی فرآیند لایه‌نشانی بخار شیمیایی در فشار اتمسفری (APCVD)، می‌توانند برای این منظور مورد استفاده قرار گیرند.
به گفته دکتر گوانگیائو جین، بازده سلول، که فناوری TOPCon آن را نوید می‌دهد، به‌طور ویژه به خمیر متالیزاسیون بستگی دارد، که تعیین می‌کند این فناوری می‌تواند به تولید انبوه مقرون‌به‌صرفه دست‌یابد یا خیر. در واقع، مساله داغ امروز، رفع چالش و عبور از گلوگاه متالیزاسیون است.
دکتر جین و تیم او با همکاری تولیدکنندگان سلول خورشیدی در حال تلاش برای کمک به بهبود فناوری و فراهم‌آوردن روش‌ها و راهکارهای متالیزاسیون جدید، هستند.
ملزومات متالیزاسیون در فناوری TOPCon، بسیار متفاوت با ملزومات متالیزاسیون در اتصال‌های استاندارد، است. در اتصال‌های استاندارد، در فرآیند Firing، فلز باید به درون لایه خنثی نفوذ کرده و با ویفر سیلیکونی در تماس باشد؛ در حالی‌که در فناوری TOPCon، فلز باید بالای لایه اکسید قرار گیرد.
برای سلول‌های نوع n، کاربرد این روش موفقیت‌آمیز بوده است. تخمین گوانگیائو جین این است که در سال بعد، در کشور چین بیش از ۱/۵ گیگاوات از ظرفیت تولید سلول‌های خورشیدی نوع n به فناوری TOPCon ارتقا خواهد یافت.
به گفته دکتر جین، برای سلول‌های نوع n که از فناوری TOPCon استفاده می‌کنند، تاکنون بازده بالای ۲۳% بدست آمده است؛ این در حالی است که بازده متوسط هنوز اندکی کمتر از این مقدار است. بنابراین تلاش‌های باید برای افزایش بازده متوسط صورت گیرد تا بتواند با فناوری PERC مونو قابل قیاس باشد. اما هزینه‌های مربوط به هر نوع افزایش بهره‌وری تعیین‌کننده نهایی هستند که یک فناوری مورد پذیرش قرار می‌گیرد یا خیر.
فناوری TOPCon چه به مرحله تولید برسد یا نه، “برای تولیدکنندگان سلول‌های خورشیدی سیلیکونی، هیچ‌گاه گزینه‌های انتخاب بسیار زیادی وجود نداشته است”. برای مثال، هتروجانکشن با آنکه قابل رقابت با TOPCon است، ولی این ضعف را هم دارد که نمی‌تواند دماهای بسیار بالا در فرآیند متالیزاسیون متداول را تحمل کند.
منبع: PV Magazine
دیدگاهتان را بنویسید