PERC vs TOPCon vs HJT vs BC: Por Que as Células Solares Diferem Tanto

Resposta rápida: PERC, TOPCon, HJT e BC diferem principalmente no que acontece na superfície da célula e no contato traseiro, não na lâmina de silício subjacente. O PERC passiva a parte traseira de uma célula tipo p e abre contatos locais através dela. O TOPCon coloca um óxido de túnel ultrafino, de aproximadamente 2 nm, sob uma camada de polissilício dopado, para que os portadores tunelam através de uma superfície passivada, o que aumenta a tensão de circuito aberto. O HJT deposita camadas finas de silício amorfo em ambas as faces e utiliza temperaturas de processo mais baixas. O BC move ambos os contatos para a parte traseira, eliminando completamente o sombreamento da barra coletora frontal. A consequência para um fabricante é que cada rota implica um conjunto diferente de etapas de processo adicionais e um nível diferente de compatibilidade com as linhas existentes — o TOPCon precisa principalmente de difusão e deposição adicionais, enquanto o HJT substitui toda a sequência térmica. Essa diferença de compatibilidade de linha explica por que a indústria convergiu da forma como convergiu.

Fabricação de Módulos Fotovoltaicos · por Jerry, Ooitech

A Questão Central Desta Edição

De tipo P a tipo N, de PERC a TOPCon, HJT e BC, o que essas letras realmente significam? Que problemas diferentes elas resolvem e no que os profissionais da cadeia de suprimentos devem prestar atenção ao selecioná-las?

O Fornecedor A diz: "Nosso módulo TOPCon atinge 22,5% de eficiência, um ponto acima do PERC." O Fornecedor B diz: "Nosso módulo HJT tem um coeficiente de temperatura melhor e gera mais energia em condições de calor." O Fornecedor C diz: "Nosso módulo BC não tem linhas de grade na frente, parece mais limpo e é adequado para projetos distribuídos."

Então, como você deve compará-los? Se você olhar apenas para o preço e a eficiência nominal, perderá as coisas que realmente importam:

• Diferentes rotas tecnológicas têm diferentes rendimentos de produção em massa, o que afeta a estabilidade de entrega.

• O consumo de pasta de prata difere (HJT é maior), o que afeta as tendências de custo e o risco de fornecimento.

• Os mecanismos de degradação diferem (P-type tem LID, N-type tem LeTID), o que afeta as reivindicações de garantia.

• As temperaturas de processo diferem (HJT é um processo de baixa temperatura), o que afeta equipamentos, limites de investimento e o panorama geral de fornecedores.

Esta edição ajuda você a construir um quadro completo para comparar rotas tecnológicas.

Entendendo em Uma Frase

PERC é o auge da tecnologia P-type (passivação traseira), TOPCon é a rota mainstream de produção em massa N-type (passivação de contato), HJT é a rota de alto desempenho em baixa temperatura (passivação de interface de heterojunção), e BC move os eletrodos para a parte traseira como uma solução estética. Elas resolvem o mesmo problema sob ângulos diferentes: reduzir as perdas de eficiência.

Uma Analogia Simples

A perda de eficiência de uma célula solar é como uma casa de cinco andares que vaza água em todos os andares:

• Vazamento no primeiro andar (perda por absorção): a luz passa direto sem ser absorvida.

• Vazamento no segundo andar (perda por termalização): o excesso de energia dos fótons de alta energia se transforma em calor.

• Vazamento no terceiro andar (perda por recombinação): elétrons e lacunas se recombinam antes de serem separados.

• Vazamento no quarto andar (perda por resistência): a corrente encontra resistência na célula e nos eletrodos e se transforma em calor.

• Vazamento no quinto andar (perda por sombreamento): os eletrodos frontais bloqueiam parte da luz solar.

PERC repara principalmente o terceiro andar (recombinação traseira). TOPCon repara principalmente a parte de contato do terceiro andar (recombinação de contato). HJT renova quase completamente o terceiro andar (passivação de interface). BC repara principalmente o quinto andar (movendo os eletrodos para a parte traseira para eliminar o sombreamento).

Nota da cadeia de abastecimento: diferentes rotas reparam andares diferentes, mas o custo e a dificuldade de reparar cada andar variam. O que você escolhe não é apenas um número de eficiência, mas um trade-off de "onde investir, quanta perda você pode economizar e que preço você paga."

Princípios Profissionais

P-type vs N-type: a escolha do substrato

Tendência: N-type está substituindo P-type como mainstream, porque o tempo de vida do portador minoritário dos wafers N-type é maior (os elétrons vivem "mais tempo"), e combinado com passivação mais avançada pode atingir maior eficiência.

PERC: adicionando uma película protetora na parte traseira

PERC significa Passivated Emitter and Rear Cell. Na parte traseira de uma célula P-type tradicional, ele adiciona:

• Uma camada de Al2O3 (óxido de alumínio) para passivação, a fim de reduzir a recombinação traseira.

• Uma camada de SiNx (nitreto de silício) de proteção para aumentar a reflexão traseira, rebatendo os fótons não absorvidos para uma segunda chance de absorção.

Principais perdas abordadas: recombinação traseira mais perda por transmissão traseira.

Características da cadeia de abastecimento: tecnologia mais madura, cadeia de abastecimento mais completa, custo mais baixo, mas um teto de eficiência em torno de 23,5%. É a maior base instalada, com as peças de reposição e substituição mais fáceis.

TOPCon: um portão de contato de precisão

TOPCon significa Tunnel Oxide Passivated Contact. A estrutura-chave: na parte traseira de um wafer N-type, é feita uma camada de óxido muito fina (SiO2, cerca de 1-2nm), depois coberta com uma camada de polissilício dopado.

• A camada de óxido age como um portão, bloqueando os portadores minoritários (lacunas) de se recombinarem enquanto permite que os portadores majoritários (elétrons) tunelam através (isto é o "tunelamento").

• A camada de polissilício dopado fornece bom contato elétrico e reduz a resistência de contato.

Principais perdas abordadas: recombinação na região de contato metálico mais resistência de contato.

Características da cadeia de abastecimento: altamente compatível com linhas PERC (atualizável) e atualmente a principal rota de produção em massa N-type. Fique atento ao consumo de pasta de prata, ao rendimento do processo da camada de óxido e aos dados de degradação.

HJT: duas camadas protetoras sanduichando um wafer

HJT significa Heterojunction Technology. Estrutura: em ambos os lados de um wafer cristalino N-type, uma camada de silício amorfo intrínseco (i-a-Si:H) é depositada como passivação, depois coberta com uma camada de silício amorfo dopado, e finalmente um óxido condutor transparente (TCO).

• "Hetero" significa que o silício cristalino e o silício amorfo são dois materiais semicondutores diferentes.

• As duas camadas de i-a-Si:H fornecem excelente passivação de superfície.

• Todo o processo é concluído em baixa temperatura (<200°C, enquanto PERC/TOPCon precisam de 800°C+).

Principais perdas abordadas: recombinação de superfície mais perda por temperatura (coeficiente de temperatura mais baixo, melhor desempenho no calor).

Características da cadeia de suprimentos: alta eficiência e bom comportamento térmico, mas grande investimento em equipamentos, alto consumo de pasta de prata e necessidade de alvos (ITO para o TCO). O processo de baixa temperatura significa que é incompatível com as linhas de alta temperatura existentes e requer nova capacidade.

BC / IBC: mover os eletrodos para a parte traseira

BC significa Back Contact (Contato Traseiro), e IBC significa Interdigitated Back Contact (Contato Traseiro Interdigitado). A frente de uma célula tradicional tem linhas de grade metálicas (eletrodos) que bloqueiam cerca de 5%-7% da luz solar. A tecnologia BC coloca todos os eletrodos positivos e negativos na parte traseira, deixando a frente completamente sem sombreamento.

Como funciona: as regiões P+ e N+ são dispostas alternadamente na parte traseira para formar junções PN locais, com eletrodos positivos e negativos interdigitados.

Principais perdas abordadas: sombreamento do eletrodo frontal.

Características da cadeia de suprimentos: frente limpa (sem linhas de grade) e alta eficiência, mas processo complexo, grandes desafios de rendimento e muitas barreiras de patentes. Adequa-se ao mercado distribuído de alto padrão.

Visão geral do mapa de perdas de eficiência

Guia de Ilustração

Figura 1: Comparação entre tipo P e tipo N

Coluna esquerda (tons de azul): wafer tipo P, dopagem com boro, portadores majoritários são lacunas, degradação LID mais perceptível, tecnologia representativa PERC. Coluna direita (tons de verde): wafer tipo N, dopagem com fósforo, portadores majoritários são elétrons, maior tempo de vida dos portadores minoritários, tecnologia representativa TOPCon/HJT/BC. A diferença fundamental entre tipo P e tipo N está no elemento dopante e no tipo de portador majoritário, e o tipo N pode alcançar maior eficiência graças ao maior tempo de vida dos portadores combinado com passivação avançada.

Figura 2: Comparação de seção transversal PERC / TOPCon / HJT / BC

Quatro colunas, cada uma mostrando a seção transversal vertical de uma célula, com a posição da junção PN marcada por um círculo tracejado vermelho. PERC e TOPCon têm sua junção PN na frente, HJT tem heterojunções em ambos os lados, e BC tem sua junção PN inteiramente na parte traseira. Leitura da cadeia de suprimentos: mais camadas significa mais etapas de processo significa maiores desafios de rendimento. HJT tem o menor número de camadas, mas usa filmes finos de baixa temperatura, TOPCon tem uma contagem moderada de camadas mais próxima das linhas existentes, e BC tem a estrutura traseira mais complexa.

Figura 3: Mapa de perdas de eficiência solar

A batalha das rotas tecnológicas é principalmente sobre melhorar as perdas no segundo e terceiro anéis. Nenhuma tecnologia isolada pode resolver perfeitamente todas as perdas de uma só vez. Leitura da cadeia de suprimentos: quando você compara a diferença de eficiência entre duas tecnologias, pergunte claramente de qual camada de perda vem a diferença, porque isso determina se a diferença é real ou apenas um resultado de laboratório, e se ela se mantém sob diferentes condições, como alta temperatura ou luz fraca.

Termos-Chave Nesta Edição

Equívocos comuns

Equívoco 1: TOPCon é apenas um PERC atualizado. Entendimento correto: TOPCon usa wafers tipo N (PERC usa tipo P), e o conceito de design de contato passivado é completamente diferente do PERC. Embora algumas linhas PERC possam ser atualizadas para TOPCon, são duas gerações de tecnologia.

Equívoco 2: HJT já pode substituir totalmente o TOPCon. Entendimento correto: HJT tem alta eficiência e baixa temperatura de processo, mas grande investimento em equipamentos, alto consumo de pasta de prata (cerca do dobro do TOPCon) e necessidade de alvos. Cada um tem seus cenários adequados e grupos de clientes.

Equívoco 3: A tecnologia de maior eficiência deve ser a melhor. Entendimento correto: é preciso olhar o custo total, incluindo rendimento em produção em massa, custo de material (especialmente prata e alvos), degradação, coeficiente de temperatura, resposta a luz fraca e estabilidade de fornecimento. A eficiência nominal é apenas uma dimensão da avaliação técnica.

Equívoco 4: Um módulo BC não tem grade frontal, então sua eficiência deve ser a mais alta. Entendimento correto: BC move os eletrodos para a parte traseira, eliminando a perda por sombreamento frontal, mas o processo traseiro é mais complexo e o caminho de resistência traseiro é mais longo. A vantagem de eficiência do BC é clara sob condições específicas, mas não é ótima em todos os cenários.

Pontos de atenção na cadeia de suprimentos

Escolher uma rota tecnológica equivale a escolher a estabilidade de fornecimento pelos próximos 5-10 anos.

• Capacidade e fornecimento: PERC tem a maior capacidade, mas está sendo substituído pelo TOPCon. Ao avaliar fornecedores, observe sua participação de capacidade tipo N e o progresso de ramp-up.

• Dependência de pasta de prata: a prata é o segundo maior item de custo em uma célula, depois do wafer. O consumo de prata do HJT é um gargalo de custo que a indústria acompanha (a pasta de prata de baixa temperatura é mais cara).

• Degradação e garantia: módulos tipo N geralmente degradam menos que os tipo P, mas o desempenho de LeTID varia entre fabricantes. Em negociações de garantia, obtenha a curva de degradação específica.

• Compatibilidade de peças de reposição: módulos de reposição devem corresponder à rota tecnológica original e aos parâmetros do lote. Conectar módulos com designs de junção PN diferentes em série causa perda por incompatibilidade.

• Risco de patente: as patentes da tecnologia BC estão concentradas em poucas empresas, então a substituição doméstica e o mercado de peças de reposição para a cadeia de suprimentos podem ser limitados.

Nota sobre a cadeia de suprimentos: escolher uma rota tecnológica de módulo não é apenas sobre a eficiência e o preço de hoje, mas uma previsão da estabilidade de fornecimento e disponibilidade de peças de reposição nos próximos 25 anos. O TOPCon é atualmente a escolha de "alta certeza", o HJT é a escolha de "alto potencial futuro", e o BC é a escolha de "alto valor em cenários específicos".

Leve em uma frase

PERC conserta a parte traseira, TOPCon conserta o contato, HJT conserta a interface, e BC conserta o sombreamento. A lógica subjacente da competição entre essas quatro tecnologias é corrigir diferentes pontos no mapa de perdas de eficiência, e sua decisão de compra é um equilíbrio multiobjetivo entre maturidade, custo, eficiência e segurança de fornecimento.

Visão da Ooitech

A Ooitech acredita: PERC, TOPCon, HJT e BC não são uma corrida por um único número de eficiência, mas quatro correções diferentes no mapa de perdas de eficiência, e a escolha inteligente é a que equilibra maturidade, custo, eficiência e segurança de fornecimento de longo prazo.