Технологія сонячних елементів PERC - чому за ним майбутнє?

Технологія сонячних елементів PERC: Чому вона буде домінувати в найближчому майбутньому?

 

 

Останні кілька років технологія виготовлення сонячних елементів PERC є одним з фаворитів науково-дослідних робіт в фотоелектричної індустрії.

PERC означає Passivated Emitter Rear Contact (пасивувати емітер задній контакт), і означає діелектричний шар на задній частині PERC сонячного елемента.

Цей шар на задній частині сонячного елемента допомагає відбивати світло, що проходить через сонячний елемент, назад всередину елемента, тому він може генерувати більше вільних електронів. Цей ефект також відомий як backside passivation (пасивація задньої сторони).

PERC: збільшення ККД і зменшення собівартості?

Дослідження в області фотоенергетики зараз проводяться в основних 2 напрямках - зменшення ціни і підвищення ефективності.

Сонячні елементи, виготовлені за технологією PERC мають ефективність понад 20%. Це забезпечує їм перевагу в порівнянні зі звичайними кремнієвими сонячними елементами p-типу, які мають ККД близько 17-19%.

Ця різниця в ефективності додає 3-5 Вт номінальної потужності для PERC модуля з 60 сонячними елементами в порівнянні зі звичайним сонячним модулем.

Крім більш високої ефективності, сонячні елементи PERC потенційно мають і економічну перевагу. Однак, для того, щоб PERC модулі стали дешевше звичайних, потрібно істотне збільшення виробничих потужностей.

Чому PERC буде домінуючою технологією сонячних елементів?

Так як PERC сумісний з існуючим обладнанням для виробництва технологією, перехід на нову технологію для виробників буде нескладним. Прогнози виробництва сонячних елементів різного типу наведено вище на графіку (Джерело).

Багато азіатських виробників, таких як JA Solar, Trina Solar, Hanwha Q Cells, LONGi Solar і Suntech, вже оновили свої виробничі лінії або знаходяться в процесі модернізації.

Чому PERC технологія покращує роботу сонячного елемента?

Сонячні елементи PERC мають додатковий шар на задній стороні елемента. Цей додатковий шар називається dielectric passivation layer (DPL).

Пристрій звичайного кремнієвого сонячного елемента             Пристрій PERC сонячного елемента

                                              Відмінності звичайного і PERC сонячного елемента

Є 3 основні причини, чому діелектричний пасивуючий шар збільшує ефективність сонячного елемента:

Додатковий DPL зменшує рекомбінацію електронів:

Рекомбінація електронів в загальному випадку блокує вільне переміщення електронів в сонячному елементі, що означає, що він не може досягти максимальної ефективності. У PERC електрони, що генеруються біля заднього контакту можуть вільно рухатися до емітера і збільшувати генерований струм.

Додатковий діелектричний пасивуватий шар збільшує здатність сонячного елемента «ловити» сонячне світло:
Діелектричний шар відбиває світло, що пройшло крізь сонячний елемент. Це відбите світло генерує додатковий струм в сонячному елементі.

Додатковий діелектричний пасивуватий шар відбиває світло з довжиною хвилі більше 1180 нанометрів за межі сонячного елемента. У звичайному елементі ця частина сонячного світла призводить до нагрівання елемента:
Кремнієві сонячні елементи не поглинають світло з довжиною хвилі більше 1180 нанометрів. У звичайних сонячних елементах цей світ абсорбується заднім металізованим шаром і перетворюється в тепло. PERC елемент відображає частину сонячного світла від діелектричного шару
Як відомо, нагрів знижує ефективність сонячних елементів. Діелектричний пасивуватий шар відбиває світло з довжиною хвилі більше 1180 нанометрів за межі сонячного елемента і допомагає сонячному елементу працювати більш ефективно за рахунок меншого нагріву.

Як сонячний елемент генерує електрику?

Стандартний кремнієвий кристалічний сонячний елемент складається з 2 шарів з різними електричними властивостями. Ці 2 шару називаються база і емітер. Місце, де ці два шари з'єднуються між собою, називається p-n перехід.

Електричне поле генерується саме в переході. Негативно заряджені електрони рухаються до емітера від переходу. Коли на елемент впливає сонячне світло, фотони вибивають електрони з атомів кремнію. Ці електрони вільно можуть переміщатися по шару кремнію. Однак, електрони формують електричний струм тільки якщо вони досягають переходу між емітером і базою. Як тільки вони досягають переходу, вони перескакують перехід (точніше, його потенціал) і утворюють різницю потенціалів в сонячному елементі.

Різні довжини хвиль світла.

Короткі довжини хвиль (блакитне світло) в основному генерують електрони близько поверхні сонячного елементу, а довгі довжини хвиль (червоне світло) генерують електрони в задній частині сонячного елемента. Частина довгохвильового спектра проходить крізь кремній без генерації електронів.

Тут виникає різниця з сонячним елементом з PERC.

Як PERC елемент перетворює світло з різною довжиною хвилі?

PERC збільшує ККД сонячного елементу за рахунок додаткового перетворення довгохвильового спектра світла. Такого світла зазвичай більше вранці і ввечері (коли світло проходить через атмосферу під кутом) або під час хмарних днів. В цей час короткохвильове світло поглинається атмосферою, а довгохвильове досягає поверхні Землі.

Тому основна причина, чому PERC генерує більше енергії - це відображення частини світла від діелектричного шару в задній частині сонячного елемента. Це веде до корисного використання додаткової порції червоного світла, особливо вранці, ввечері і в хмарну погоду.

Як візуально відрізнити PERC сонячний елемент від стандартного?

Сонячні елементи PERC в основному відрізняються тильною стороною. Нижче наведені фотографії PERC сонячних елементів.

                      

       PERC елементи                            PERC елемент вид ззаду                      PERC елемент вид спереду