pv_4_2020
14
magazyn fotowoltaika 4/2020
technologie
monokrystalicznych (rys. 4). Bardzo wyraźny jest malejący udział
krzemu multikrystalicznego, którego praktycznie znaczenie powinno
niemal całkowicie zniknąć w ciągu najbliższej dekady. Trend ten jest
wynikiem widocznego i stałego spadku cen na podłoża monokrysta-
liczne. Rysunek 5 pokazuje obecny i przewidywany popyt na moduły
PV w zależności od typu podłoża ogniw, z których są montowane.
Wpływ na udział w rynku różnego typu podłoży krystalicznych
związany jest ściśle z technologią ogniw. Nie ulega wątpliwości, że
od kilku lat koniem pociągowym przemysłu PV są ogniwa w tech-
nologii PERC wykonywane na podłożach monokrystalicznych
typu p (patrz: Tabela I). Wynika to głównie z tego, że podłoża tego
typu są znacznie tańsze od podłoży typu n. Krzem typu p zazwy-
czaj domieszkowany borem (B) posiada jednak zasadniczą wadę,
jaką są tworzące się w nim kompleksy borowo-tlenowe (tzw. pre-
cypitacje B-O), powodujące jego degradację poprzez zmniejszenie
czasu życia nośników mniejszościowych. Ze względu na to, że pro-
ces ten zachodzi intensywniej pod wpływem absorbowanego świa-
tła, nazywany jest degradacją wymuszoną światłem – LID (ang.
Light Induced Degradation). Proces ten nasila się w przypadku pod-
wyższonej temperatury ogniwa i wówczas określany jest akromi-
nem LeTID (ang. Light and Enhanced Temperature Induced Degra-
dation). Wady tej nie mają podłoża krzemowe typu n domieszko-
wane najczęściej antymonem (Sb) lub arsenem (As). Procesy LID
i LeTID są zasadniczym powodem rosnącego zainteresowania
podłożami typu n. Inną przyczyną tego zainteresowania jest więk-
sza ruchliwość nośników w tego typu materiale, co ma szczególnie
istotne znaczenie w przypadkach przedstawionych na rys. 6 tech-
nologii: IBC (ang. Interdigitated Back Contact) i najnowszych HJT
(ang. Heterojunction Technology) i TOPCon (ang. Tunnel Oxide
Passivated Contacts), gdzie złącze separujące nośniki może znaj-
dować się przy spodniej powierzchni ogniwa. Produkcja ogniw na
podłożach typu n od jakiegoś czasu wyraźnie rośnie, jednak obec-
nie tego typu ogniwa stanowią zaledwie około 10% globalnej pro-
dukcji. Omówione trendy zobrazowane są na rys. 6 i rys. 7.
Inną możliwością uniknięcia degradacji LID jest zmiana rodzaju
domieszki podłoża Si bez zmiany typu przewodzenia. Tutaj prak-
tyczną alternatywę stanowi domieszkowanie galem (Ga), który –
należąc do III grupy układu okresowego pierwiastków – jest akcepto-
rem i może zastąpić bor w produkcji podłoży typu p. Prognozowana
dynamika tej modyfikacji technologicznej pokazana jest na rys. 8.
Tabela I. Najwyższe sprawności ogniw i modułów PV otrzymane w warunkach laboratoryjnych; warunki pomiaru: STC, promieniowanie 1000 W/m2,
AM1.5G zgodne z IEC 60904-3 lub ASTM G173-03 (źródło: M. Green et al. Solar cell efficiency tables (version 56). Prog. Photovolt. Res. Appl. 28, 2020;
https://doi.org/10.1002/pip.3303)
Technologia
Eff. [%]
Powierzchnia [cm2]
Pomiar
Opis
Ogniwa
sc-Si
26,7
79,0
AIST
Kaneka, n-type rear IBC/HJT
26,0
4,015
FhG-ISE
FhG-ISE, p-type TOPCon
25,8
4,008
FhG-ISE
FhG-ISE, n-type TOPCon
26,1
3,9857
FhG-ISE
FhG-ISE, p-type rear IBC
sc-Si (duże)
25,1
244,45
ISFH
Hanergy, n-type TOPCon
26,6
179,74
FhG-ISE
Kaneka, n-type rear IBC/HJT
sc-Si (podłoże typu DS)1
23,8
246,44
ISFH
Canadian Solar, n-type PERC
22,8
246,7
ISFH
Canadian Solar, p-type PERC
sc-Si (thin transfer submodule)2
21,2
239,7
NREL
Solexel (35 μm – grub. podłoża)
CIGS
23,35
1,043
AIST
Solar Frontier
CdTe
21,0
1,0623
Newport
First Solar on glass
22,1
0,4798
Newport
First Solar on glass
a-Si/nc-Si/nc-Si (thin-film)3
14,0
1,045
AIST
AIST 2-terminal
PERO
25,2
0,0937
Newport
KRICT/MIT
21,6
1,0235
CSIRO
ANU
18,0
19,276
Newport
Microquanta (minimodule), 7 ogn. szer.
Pero/Si
29,15
1,06
FhG-ISE
HZB 2-terminal
29,52
NREL
Oxford PV, 2-terminal PERO/SHJ-Si
Pero/Pero
24,2
1,041
JET
Nanjing, 2-terminal
OPV
17,35
0,032
NREL
SJTU/Umass
Moduły PV
c-Si moduł
24,4
13 177
AIST
Kaneka (108 ogn.) IBC/HJT
mc-Si moduł
20,4
14 818
FhG-ISE
Hanwa QCells (60 ogn.)
CIGS
19,2
841
AIST
Solar Frontier (70 ogn.)
18,6
10 858
FhG-ISE
Miasole
CdTe
19,0
23 573
FhG-ISE
First Solar
a-Si/nc-Si (tandem)
12,3
14 322
ESTI
TEL Solar, Trubbach Labs
PERO
17,9
804
AIST
Panasonic (55 ogn.)
1 DS – płytka podłożowa, monokrystaliczny Si otrzymany w procesie ukierunkowanego schładzania (ang. directionally solidified wafer); płytki DS są powszechnie nazywane płytkami
monoodlewanymi (ang. cast mono wafer).
2 Płytki podłożowe otrzymane w wyniku niskokosztowej, niewymagającej cięcia piłą (tzw. kerfless), innowacyjnej techniki, w której monokrystaliczna warstwa krzemu o grubości
kilkunastu do kilkudziesięciu mm nanoszona jest w procesie epitaksji na obce podłoże i następnie zdejmowana w całości (ang. lift-off).
3 nc – warstwo nanokrystakliczna lub mikrokrystaliczna – mm (ang. nanocrystalline).
Rys. 3. Udział w rynku poszczególnych elementów łańcucha wertykalnej produkcji modułów PV wg danych
na koniec 2019 roku
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56