Na tej stronie
Krystaliczne ogniwa słoneczne z krzemu
Ogniwa oparte na krzemie należą do pierwszej i najstarszej generacji ogniw słonecznych. Z globalnym udziałem produkcji na poziomie 97% (2023) całkowicie dominują rynek.
Dlaczego krzem?
Krzem jest szczególnie odpowiedni do ogniw słonecznych:
| Właściwość | Zaleta |
|---|---|
| Częstość występowania | Drugie najczęściej występujące pierwiastki w skorupie ziemskiej |
| Właściwości półprzewodnikowe | Idealne dla efektu fotowoltaicznego |
| Stabilność | Długa żywotność (ponad 25 lat) |
| Doświadczenie produkcyjne | Dekady optymalizacji |
Monokrystaliczne vs. Polikrystaliczne
Główna różnica leży w strukturze krystalicznej:
Monokrystaliczne krzem
Proces Czochralskiego: Z jednego kryształu wycinane są wafle
| Właściwość | Wartość |
|---|---|
| Struktura | Jednolity kryształ |
| Kolor | Ciemnoniebieski do czarnego |
| Sprawność | 20–24% (komercyjnie) |
| Produkcja | Proces Czochralskiego |
Zalety:
- Najwyższa sprawność
- Długa żywotność
- Najlepsza efektywność powierzchniowa
Wady:
- Wyższe koszty produkcji
- Bardziej skomplikowany proces produkcji
Polikrystaliczne krzem
| Właściwość | Wartość |
|---|---|
| Struktura | Wiele małych kryształów |
| Kolor | Jasnoniebieski, błyszczący |
| Sprawność | 17–19% (komercyjnie) |
| Produkcja | Metoda odlewania |
Zalety:
- Tańsza produkcja
- Prostszy proces produkcji
Wady:
- Niższa sprawność
- Malejący udział w rynku
Trend rynkowy: Moduły polikrystaliczne są coraz częściej zastępowane przez monokrystaliczne. Różnica w cenie stała się minimalna, podczas gdy różnica w sprawności pozostaje znacząca.
Technologie produkcji w szczegółach
AL-BSF: Klasyczny standard
AL-BSF oznacza "Aluminium Back Surface Field" – wieloletni standard.
Warstwowa budowa klasycznego ogniwa AL-BSF
| Warstwa | Funkcja |
|---|---|
| N-Kontakt | Biegun ujemny, odprowadzanie prądu |
| N-domieszkowany krzem | Nadmiar elektronów |
| Przejście PN | Rozdzielanie ładunków |
| P-domieszkowany krzem | Materiał bazowy |
| Warstwa aluminiowa | Redukuje rekombinację |
| P-Kontakt | Biegun dodatni |
Sprawność: 18–20% (komercyjnie)
PERC: Rozwinięcie
PERC = "Passivated Emitter and Rear Cell" – rozwinięcie AL-BSF.
Ulepszenia w stosunku do AL-BSF:
- Dodatkowa warstwa pasywacyjna
- Lokalne kontakty tylne
- Mniejsza rekombinacja
| Aspekt | AL-BSF | PERC |
|---|---|---|
| Sprawność | 18–20% | 21–23% |
| Rekombinacja | Wyższa | Niższa |
| Koszty | Niskie | Umiarkowane |
| Udział w rynku | Malejący | Dominujący |
PERC jest obecnie najczęściej sprzedawaną technologią.
HIT/SHJ: Technologia heterozłącza
HIT = "Heterojunction with Intrinsic Thin Layer" (również SHJ = Silicon Heterojunction)
Kombinacja krystalicznego i amorficznego krzemu
| Warstwa | Materiał |
|---|---|
| N-Kontakt | Siatka metalowa |
| Przejście PN | Heterozłącze |
| Krzem krystaliczny | N-domieszkowany (podstawa) |
| Krzem amorficzny | Niedomieszkowany + P-domieszkowany |
| TCO | Przezroczysta warstwa tlenkowa |
| P-Kontakt | Warstwa metalowa |
Zalety HIT/SHJ:
- Bardzo wysoka sprawność (22–24%)
- Niski współczynnik temperaturowy
- Możliwość dwustronnego wykorzystania
- Dłuższa żywotność
Wady:
- Bardziej skomplikowana produkcja
- Wyższe koszty
TOPCon: Nowa gwiazda
TOPCon = "Tunnel Oxide Passivated Contact" – wschodzący lider rynku.
TOPCon: Warstwa tunelowa dla maksymalnej efektywności
| Warstwa | Funkcja |
|---|---|
| N-Kontakt | Odprowadzanie prądu |
| Warstwa pasywacyjna | Redukuje rekombinację |
| N-domieszkowany krzem | Podstawa (ogniwo typu N!) |
| Przejście PN | Rozdzielanie ładunków |
| Warstwa tunelowa | Umożliwia efekt tunelowy |
| P-domieszkowany krzem | Cienka |
| P-Kontakt | Odprowadzanie prądu |
Cechy szczególne: Warstwa tunelowa wykorzystuje efekt tunelowy z fizyki kwantowej – przepuszcza elektrony, ale nie dziury.
Zalety TOPCon:
- Najwyższa komercyjna sprawność (22–24%)
- Oparte na liniach produkcyjnych PERC (możliwa modernizacja)
- Typ N: Brak degradacji indukowanej światłem
- Dobre zachowanie przy słabym oświetleniu
Porównanie technologii
Ocena: ++ bardzo dobrze, + dobrze, - źle, -- bardzo źle
Podsumowanie
| Technologia | Sprawność | Koszty | Trend |
|---|---|---|---|
| AL-BSF | 18–20% | Niskie | ↓ Wygasająca |
| PERC | 21–23% | Umiarkowane | → Stabilna |
| HIT/SHJ | 22–24% | Wysokie | ↑ Premium |
| TOPCon | 22–24% | Umiarkowane | ↑↑ Szybko rosnąca |
Jaką technologię wybrać?
| Sytuacja | Rekomendacja | Powód |
|---|---|---|
| Budżetowo | PERC | Najlepszy stosunek jakości do ceny |
| Maksymalna sprawność | TOPCon lub HJT | Najwyższe sprawności |
| Ograniczona powierzchnia dachu | Typ N (TOPCon/HJT) | Większy uzysk na m² |
| Mikroinstalacja | PERC | Tanie i wystarczające |
| Inwestycja długoterminowa | Typ N | Mniejsza degradacja |
Wnioski
Najważniejsze: Krystaliczne ogniwa krzemowe dominują rynek solarny z udziałem 97%. Trend wyraźnie zmierza w kierunku ogniw typu N: TOPCon prawdopodobnie zastąpi PERC jako standardową technologię. Dla nowych instalacji zaleca się moduły TOPCon – oferują najlepszy kompromis między sprawnością, trwałością a ceną.
Dla zainteresowanych: Cienkowarstwowe i nowe technologie
Źródła
- Pastuszak, J.; Węgierek, P.: Generacje ogniw fotowoltaicznych i aktualne kierunki badań. Materiały 2022
- ITRPV: Międzynarodowa mapa drogowa technologii fotowoltaicznych 2024
- D. Pan, T. Guo, X. Chen: Ogniwo słoneczne oparte na krzemie: Materiały, produkcja i zastosowania. ISCTIS 2021
- Lindroos, J.; Savin, H.: Przegląd degradacji wywołanej światłem w krystalicznych ogniwach słonecznych. Solar Energy Materials and Solar Cells 2016