På denne side
Krystallinske silicium-solceller
Siliciumbaserede celler hører til første og ældste generation af solceller. Med en global produktionsandel på omkring 97 % (2023) dominerer de markedet fuldstændigt.
Hvorfor silicium?
Silicium egner sig særligt godt til solceller:
| Egenskab | Fordel |
|---|---|
| Udbredelse | Næstmest forekommende grundstof i jordskorpen |
| Halvlederegenskaber | Ideelt til den fotovoltaiske effekt |
| Stabilitet | Lang levetid (25+ år) |
| Produktionshistorik | Årtier med optimeringserfaring |
Monokrystallinsk vs. multikrystallinsk
Den væsentligste forskel ligger i krystalstrukturen:
Monokrystallinsk silicium
Czochralski-proces: Wafer skæres ud af en enkelt krystal
| Egenskab | Værdi |
|---|---|
| Struktur | Én sammenhængende krystal |
| Farve | Mørkeblå til sort |
| Virkningsgrad | 20–24 % (kommercielt) |
| Fremstilling | Czochralski-proces |
Fordele:
- Højeste virkningsgrader
- Lang levetid
- Bedst arealudnyttelse
Ulemper:
- Højere produktionsomkostninger
- Mere krævende fremstillingsproces
Multikrystallinsk (polykristallinsk) silicium
| Egenskab | Værdi |
|---|---|
| Struktur | Mange små krystaller |
| Farve | Lyseblå, glitrende |
| Virkningsgrad | 17–19 % (kommercielt) |
| Fremstilling | Støbeproces |
Fordele:
- Billigere at producere
- Simpel produktionsproces
Ulemper:
- Lavere virkningsgrad
- Faldende markedsandel
Markedstendens: Multikrystallinske moduler bliver i stigende grad erstattet af monokrystallinske. Prisforskellen er blevet lille, mens forskellen i effektivitet fortsat er markant.
Fremstillingsteknologier i detaljer
AL-BSF: Den klassiske standard
AL-BSF står for "Aluminium Back Surface Field" – den klassiske standard gennem årtier.
Lagopbygning i en klassisk AL-BSF-solcelle
| Lag | Funktion |
|---|---|
| N-kontakt | Negativ pol, strømudtag |
| N-doteret silicium | Elektronoverskud |
| PN-overgang | Ladningsseparation |
| P-doteret silicium | Basismateriale |
| Aluminiumslag | Reducerer rekombination |
| P-kontakt | Positiv pol |
Virkningsgrad: 18–20 % (kommercielt)
PERC: Videreudviklingen
PERC = "Passivated Emitter and Rear Cell" – en videreudvikling af AL-BSF.
Forbedringer i forhold til AL-BSF:
- Ekstra passiveringslag på bagsiden
- Lokale bagkontakter
- Mindre rekombinationstab
| Aspekt | AL-BSF | PERC |
|---|---|---|
| Virkningsgrad | 18–20 % | 21–23 % |
| Rekombination | Højere | Lavere |
| Omkostninger | Lave | Moderate |
| Markedsandel | Aftagende | Dominerende |
PERC er i dag den mest udbredte teknologi på markedet.
HIT/SHJ: Heterojunction-teknologi
HIT = "Heterojunction with Intrinsic Thin Layer" (også kaldet SHJ = Silicon Heterojunction)
Kombination af krystallinsk og amorft silicium
| Lag | Materiale |
|---|---|
| N-kontakt | Metalgitter |
| PN-overgang | Heterojunction |
| Krystallinsk Si | N-doteret (basis) |
| Amorft Si | Udoteret + P-doteret |
| TCO | Transparent oxidlag |
| P-kontakt | Metalgitter/-lag |
Fordele ved HIT/SHJ:
- Meget høj virkningsgrad (22–24 %)
- Lav temperaturkoefficient
- Mulighed for bifaciale moduler
- Meget lang levetid
Ulemper:
- Mere kompleks fremstilling
- Højere prisniveau
TOPCon: Den nye stjerne
TOPCon = "Tunnel Oxide Passivated Contact" – den teknologi, der aktuelt vinder mest frem.
TOPCon: Tunnel-oxid-lag for maksimal effektivitet
| Lag | Funktion |
|---|---|
| N-kontakt | Strømudtag |
| Passiveringslag | Reducerer rekombination |
| N-doteret silicium | Basis (N-type celle!) |
| PN-overgang | Ladningsseparation |
| Tunnel-oxid-lag | Muliggør tunneling-effekt |
| P-doteret silicium | Tyndt lag |
| P-kontakt | Strømudtag |
Særlighed: Tunnel-oxid-laget udnytter den kvantemekaniske tunneling-effekt – elektroner kan passere, mens huller i høj grad blokeres.
Fordele ved TOPCon:
- Meget høje kommercielle virkningsgrader (22–24 %)
- Kan bygges videre på eksisterende PERC-produktionslinjer
- N-type: Ingen lysinduceret degradering (LID)
- Godt svaglys- og lavindstrålingsperformance
Teknologisammenligning
Vurdering: ++ meget god, + god, - dårlig, -- meget dårlig
Overblik
| Teknologi | Virkningsgrad | Omkostninger | Trend |
|---|---|---|---|
| AL-BSF | 18–20 % | Lav | ↓ Udfases |
| PERC | 21–23 % | Moderat | → Stabil |
| HIT/SHJ | 22–24 % | Høj | ↑ Premiumsegment |
| TOPCon | 22–24 % | Moderat | ↑↑ Kraftig vækst |
Hvilken teknologi skal man vælge?
| Situation | Anbefaling | Begrundelse |
|---|---|---|
| Fokus på pris | PERC | Bedste pris/ydelse |
| Maksimal effektivitet | TOPCon eller HJT | Højeste virkningsgrader |
| Begrænset tagareal | N-type (TOPCon/HJT) | Mest kWh pr. m² |
| Mindre anlæg / altanmodul | PERC | Billigt og tilstrækkeligt |
| Langsigtet investering | N-type | Mindre degradering over tid |
Konklusion
Det vigtigste: Krystallinske siliciumceller står for omkring 97 % af solcellemarkedet. Udviklingen går tydeligt mod N-type celler: TOPCon forventes at overtage PERCs rolle som standardteknologi. Til nye installationer i Danmark er TOPCon-moduler et særdeles attraktivt valg, fordi de kombinerer høj effektivitet, lang levetid og et efterhånden moderat prisniveau.
Hvis du vil dykke dybere ned i andre celletyper: Tyndfilm og nye teknologier
Kilder
- Pastuszak, J.; Węgierek, P.: Photovoltaic Cell Generations and Current Research Directions. Materials 2022
- ITRPV: International Technology Roadmap for Photovoltaic 2024
- D. Pan, T. Guo, X. Chen: Silicon-based solar cell: Materials, fabrication and applications. ISCTIS 2021
- Lindroos, J.; Savin, H.: Review of light-induced degradation in crystalline silicon solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells 2016