Technologie TOPCon

Les cellules solaires TOPCon utilisent une couche d'oxyde ultra-mince (1~2nm) pour permettre un tunneling efficace des porteurs majoritaires, réduisant significativement le taux de recombinaison des porteurs minoritaires, ce qui améliore efficacement la tension de circuit ouvert et le courant de court-circuit de la cellule, augmentant ainsi davantage l'efficacité de conversion de la cellule. Sur le plan structurel, la conception avant des cellules solaires TOPCon est similaire à celle des cellules solaires conventionnelles de type N ou N-PERT, mais l'innovation technologique clé réside dans sa structure de contact passivée arrière. Cette structure comprend une couche ultra-mince d'oxyde de silicium et un film mince mixte de silicium amorphe microcristallin dopé au phosphore. Les performances de passivation sont activées par un processus de recuit, au cours duquel la cristallinité du film mince de silicium subit une transformation d'une phase mixte microcristalline-amorphe à une phase polycristalline, améliorant ainsi encore les performances de la cellule. Sous une condition de recuit à 850°C, la cellule présente d'excellents effets de passivation, avec une tension de circuit ouvert dépassant 710 mV et un taux de recombinaison d'électrons réduit à 9-13 fA/cm^2, augmentant significativement l'efficacité de la cellule.

Les cellules solaires TOPCon utilisent une couche d'oxyde ultra-mince (1~2nm) pour permettre un tunneling efficace des porteurs majoritaires, réduisant significativement les taux de recombinaison des porteurs minoritaires. Cela augmente efficacement la tension de circuit ouvert et le courant de court-circuit de la cellule, augmentant ainsi l'efficacité de conversion de la cellule. Sur le plan structurel, la conception avant des cellules solaires TOPCon ressemble à celle des cellules solaires conventionnelles de type N ou N-PERT. L'innovation clé réside dans leur structure de contact passivée arrière, qui comprend une couche ultra-mince d'oxyde de silicium et une couche de film mince de silicium amorphe microcristallin dopé au phosphore. À travers le processus de recuit, les propriétés de passivation sont activées et la cristallinité du film de silicium est transformée d'un mélange microcristallin-amorphe en une phase polycristalline, améliorant ainsi encore les performances de la cellule. Avec un recuit à 850°C, les cellules présentent d'excellents effets de passivation, avec des tensions de circuit ouvert dépassant 710 mV et des taux de recombinaison des électrons tombant à 9-13 fA/cm^2, améliorant significativement l'efficacité de la cellule.

Le processus de production des cellules solaires TOPCon maximise l'utilisation des méthodes de production traditionnelles existantes pour les cellules de type P, nécessitant uniquement l'ajout de la diffusion de bore et d'équipements de dépôt de films minces, sans besoin d'ouverture ni d'alignement à l'arrière. Cela simplifie considérablement le processus de production des cellules et réduit la difficulté de la production en série. Le processus de fabrication des cellules TOPCon comprend :

1. Texturation (Texture): Utilisation de méthodes physiques ou chimiques pour texturer la surface de la tranche de silicium, améliorant l'absorption de la lumière.

2. Diffusion du Bore (Diffusion LP-BBr₃): Utilisation de gaz de tribromure de bore sous faible pression pour la diffusion du bore de type P afin de former la zone d'émetteur.

3. Émetteur Sélectif au Laser: Application de la technologie laser pour traiter la surface de la tranche de silicium, créant des zones émettrices sélectives.

4. Isolation Chimique des Bords: Élimination de l'excès de matériau aux bords de la tranche de silicium à l'aide de moyens chimiques, pour réduire les défauts de surface.

5. Oxydation TOPCon: Croissance d'une couche d'oxyde à la surface de la tranche de silicium pour la passivation de surface et la réduction de la recombinaison des paires électron-trou.

6. PECVD TOPCon: Déposition d'une couche d'oxyde tunnel et d'une couche de silicium polycristallin à l'aide de la technologie PECVD pour former des contacts passivés.

7. Recuit à Haute Température TOPCon (TOPCon : Recuit Haute-T): Activation de la couche d'oxyde tunnel et de la couche de silicium polycristallin par un traitement de recuit à haute température pour améliorer l'efficacité de la cellule.

8. Dépôt d'Alumine (Al₂O₃ frontal): Déposition d'une couche d'alumine sur le côté avant de la tranche pour améliorer encore la passivation de surface.

9. Dépôt de Nitrure de Silicium (PECVD SiNx avant & arrière): Déposition de couches de nitrure de silicium sur les côtés avant et arrière de la tranche pour la passivation et l'anti-réflexion.

10. Impression: Utilisation de la technologie d'impression sérigraphique pour imprimer des électrodes métalliques sur la tranche de silicium.

11. Frittage: Liaison des électrodes métalliques avec la tranche de silicium par frittage à haute température pour former des connexions électriques.

12. Tests et Tri: Test des cellules finies pour la performance et tri en fonction de l'efficacité.

Ce processus maximise l'utilisation des méthodes de production traditionnelles existantes pour les cellules de type P, nécessitant uniquement l'ajout d'équipements de diffusion du bore et de dépôt de films minces, simplifiant ainsi le processus de production des cellules et réduisant la difficulté de la production en série. La technologie TOPCon est hautement compatible avec les lignes de production PERC, ajoutant les processus de diffusion du bore et de la couche tunnel + couche p-Poly, tandis que les autres étapes continuent essentiellement celles des lignes de production PERC.

1. Haute Efficacité de Conversion: Les cellules TOPCon se distinguent par leur haute efficacité de conversion. L'efficacité de production de masse des cellules TOPCon peut actuellement atteindre 24,5%-25%, ce qui est plus élevé que l'efficacité moyenne actuelle de production de masse de 23,2% pour les cellules PERC. Avec une limite théorique d'efficacité de conversion supérieure à 24,5%, cela suggère que les cellules TOPCon ont un plus grand potentiel d'amélioration.

2. Génération Globale de Puissance Améliorée: Comparées aux cellules PERC, les cellules TOPCon ont un facteur de bifacial plus élevé, ce qui peut améliorer la génération globale de puissance. Le facteur de bifacial des panneaux solaires TOPCon peut atteindre jusqu'à 85%, ce qui est significativement plus élevé que les 70% des composants PERC. Cela signifie que le gain de puissance peut augmenter jusqu'à 2%.

3. Période de Garantie de Puissance: Étendue Le substrat en silicium de type N est dopé au phosphore, évitant la perte de capture d'électrons causée par les paires bore-oxygène, éliminant presque la dégradation induite par la lumière, et assurant une période de garantie de puissance plus longue.

4. Compatibilité de Mise à Niveau avec un Faible Investissement en Équipement:

TOPCon est compatible avec les lignes de production PERC et peut être mis à niveau en fonction des lignes PERC. Comparé à PERC, l'équipement ajouté ou remplacé comprend la diffusion de bore pour la préparation de la couche d'oxyde tunnel et des couches de polysilicium, le reste du processus étant largement compatible avec les lignes de production PERC.

Haute Efficacité pour Usage Résidentiel et Commercial: Adaptés aux systèmes solaires en toiture ou au sol, fournissant une énergie propre et renouvelable pour les maisons, les entreprises ou les installations industrielles.

Centrales Solaires de Grande Échelle: Dans de grands champs solaires, les panneaux solaires TOPCon, en raison de leur haute efficacité, peuvent générer plus de puissance dans un espace limité, les rendant idéaux pour les applications de génération de puissance à grande échelle, aidant à réduire le coût par unité d'électricité.

Applications Agricoles: Les panneaux TOPCon peuvent alimenter l'équipement agricole, tel que les pompes à eau et les systèmes d'irrigation, notamment dans les zones reculées ou hors réseau, servant de solution énergétique indépendante pour aider les agriculteurs à augmenter la productivité agricole.

Stations de Recharge pour Véhicules Électriques: Avec la popularité croissante des véhicules électriques, la demande de solutions énergétiques durables est en hausse. Les panneaux solaires TOPCon peuvent fournir de l'énergie propre pour les stations de recharge de véhicules électriques, favorisant le développement des transports verts.

Intégration Photovoltaïque dans les Bâtiments (BIPV): Les panneaux solaires utilisant la technologie TOPCon peuvent être intégrés dans la conception des bâtiments, servant de matériaux de construction, fournissant non seulement de l'énergie mais aussi améliorant l'esthétique des bâtiments.

Régions Côtières: En raison de leur haute durabilité, les panneaux solaires TOPCon conviennent également à une utilisation dans les zones côtières ou offshore, où il peut y avoir des niveaux plus élevés de brume saline et d'humidité.

Les cellules solaires TOPCon devraient connaître une croissance significative sur le marché entre 2023 et 2030, grâce à leur haute efficacité de conversion et à leurs performances durables. À mesure que la technologie mûrit et que la production s'accroît, on prévoit une diminution supplémentaire des coûts, ce qui augmentera la pénétration du marché des modules TOPCon dans les grandes centrales photovoltaïques et les applications commerciales. Le soutien politique et les tendances de développement durable accélèrent encore l'adoption de la technologie TOPCon. La demande mondiale pour la technologie TOPCon devrait continuer à croître avec le besoin croissant de solutions énergétiques propres, notamment dans les régions bénéficiant d'un ensoleillement abondant. Cela stimulera l'innovation technologique et l'expansion du marché dans l'industrie photovoltaïque.

Référence:

https://guangfu.bjx.com.cn/news/20200710/1088087.shtml

https://guangfu.bjx.com.cn/news/20200710/1088087.shtml

https://xueqiu.com/2305761063/241967340

https://guangfu.bjx.com.cn/news/20200710/1088087.shtml

https://www.sohu.com/a/640762583_121123896

https://www.novergysolar.com/topcon-vs-perc-vs-hjt-solar-cells/#Uses_of_Topcon_Solar_Panels

https://www.verifiedmarketreports.com/product/topcon-solar-cell-and-module-market/