Někdy pokrok zahrnuje pohled zpět, tzv. vzestup. V tomto případě vedla zpětná kontaktní architektura solárních článků ke zlepšení účinnosti a snížení nákladů.
Po dlouhou dobu se zisky v účinnosti solárních článků staly hlavním prostředkem ke zlepšení výstupního výkonu modulů nejen jako důležitý atribut výkonu, ale také jako prodejní metrika.
Vyšší účinnost modulů snižuje rovnováhu nákladů systému (BOS), a tím snižuje celkové konečné náklady FV systému. Po komercializaci různých technologií článků se nyní přední výrobci fotovoltaických systémů opět vrací k umístění většiny nebo všech kontaktních prvků na zadní část článku. Nyní však využívají pokročilé architektury článků.
Tyto nové architektury nejenže zvyšují účinnost a výkon solárních modulů, ale vedou také k výhodám na systémové úrovni – jako je lepší odezva na slabé světlo, teplotní koeficient a rychlost degradace – které zvyšují energetický výnos. Každý technologický pokrok, který zvyšuje účinnost, pomáhá snižovat konečné vyrovnané náklady na výrobu elektřiny (LCOE). Díky čemuž je solární energie cenově konkurenceschopnější.
Všechny cesty vedou k zadním kontaktním buňkám
Vysoká účinnost vedla k přechodu od tradiční technologie zadního povrchového pole (BSF) k PERC a dalším typům článků. Zatímco TOPCon je v současnosti preferovanou technologií v hlavním proudu. Architektura zadních kontaktních buněk však trvale prokázala svou hodnotu z hlediska účinnosti.
Základním principem technologie zpětného kontaktu je umístění kladných a záporných kontaktů na zadní stranu buňky, což poskytuje řadu výhod. S oběma kontakty vzadu zůstává přední plocha bez překážek, což maximalizuje jak vystavení článku slunečnímu záření, tak jeho absorpci světla. Tato struktura minimalizuje povrchovou plochu, kde může dojít k rekombinaci, což vede ke zlepšení toku elektronů a zvýšení účinnosti. Varianty této technologie zahrnují Emitter Wrap-Through (EWT), Metal Wrap-Through (MWT) ─ kde je pouze přípojnice umístěna vzadu ─ a Interdigitated Back Contact Cells (IBC).
Z výše uvedených je IBC nejslibnější. V roce 2022 nejúčinnější komerční solární modul IBC poprvé dosáhl úrovně účinnosti 23 %. A solární modul na bázi zpětného kontaktu vyrobený v Číně nedávno dokonce dosáhl úrovně 24 %. V obou případech modul vyrobila společnost AIKO.
Kontaktní architektura zvyšující účinnost a výkon solárních modulů
IBC funguje na principu, že nosiče náboje generované v blízkosti předního povrchu se mohou stále shromažďovat na zadní straně článku. Výsledné výhody jsou ve zkratce:
- Zatímco přední emitor solárního článku kontaktovaný na obou stranách musí vyvážit konkurenční požadavky na nízkou povrchovou rekombinaci, nízké boční transportní ztráty a nízkou kontaktní rekombinaci; husté umístění střídavých p- a n-kontaktů na zadní straně může zabránit tyto konkurenční požadavky do určité míry kontaktovat.
- Pasivační kontakty obou polarit mohou být implementovány na zadní straně, čímž se zabrání dodatečným a významným parazitním ztrátám absorpcí, ke kterým dochází u solárních článků s pasivačními kontakty vpředu.
- Odporové ztráty způsobené kovovou mřížkou lze prakticky eliminovat bez poškození optiky solárního článku.
Vytvoření střídajících se oblastí na zadní straně pomocí n- a p-dopingu je nejkritičtější částí realizace IBC. V závislosti na typu dotování emitoru lze zvolit n- nebo p-pasivační materiály, jako je nitrid křemíku pro n-povrch a oxid hlinitý nebo oxid křemíku pro p-povrch.
Technologie solárních článků se zpětným kontaktem není nová. Byla vynalezena koncem 70. let, ale trvalo až do prvního desetiletí tohoto století, než se uvedla na trh. Pokroky v materiálech a výrobních procesech umožnily pozoruhodné zvýšení úrovně účinnosti IBC článků. Za posledních několik let došlo k výraznému nárůstu počtu společností, které tuto technologii zvládly. Mezi čtyřmi nejúčinnějšími solárními moduly jsou tři založeny na technologii zadních kontaktních článků a všechny mají účinnost modulu alespoň 23 %.
Technologie ABC od společnosti AIKO
Je pozoruhodné, že architektura a struktura IBC může být přizpůsobena waferům typu p nebo n a může být dokonce implementována do různých architektur buněk, jako je TOPCon nebo HJT. Nicméně dosud nejlepší komerční účinnosti buněk bylo dosaženo kombinací uspořádání zadního kontaktu s architekturou TOPCon typu n – přístup, který se AIKO rozhodlo následovat. Mezinárodní energetická agentura (IEA) ve své nedávné zprávě World Energy Investment 2023 uvádí, že články typu n povedou trh do roku 2033. AIKO svou současnou technologii nazývá ABC, což znamená „all back contact“ a dosáhlo sériové výroby a účinnosti 26,5 % pro jeho články.
AIKO začalo vyvíjet svou buněčnou architekturu ABC v roce 2021. To znamenalo zlom, který společnosti umožnil pustit se do výroby modulů a nakonec se vyvinout v poskytovatele komplexních řešení pro následné zákazníky. Na základě tohoto úspěchu uvedla AIKO v roce 2022 na trh svůj modul ABC první generace s účinností 23,6 %. Ta se nyní zvýšila na 24 %, jak se oznámilo v roce 2023.
Zvládnutí technologie zpětného kontaktu
Klíčem ke zvládnutí technologie IBC je interdigitální doping solárního článku. Společnost AIKO vyvinula postup pro izolaci a výrobu vzájemně propojených oblastí kolektorů selektivních na nosič. A to proto, aby se maximalizovala životnost vysoce minoritních nosičů. A zvládla tak pasivaci zadního povrchu. Ta řeší přítomnost opačných polarit dopantů na zadní straně solárního článku. Tento přístup zajišťuje efektivitu a zároveň zjednodušuje jinak složitý a nákladný proces. Dalším významným krokem ke snížení nákladů, který podnikla AIKO, je použití mědi pro pokovení článku namísto dražšího stříbra běžného u většiny ostatních technologií článků.
Architektura struktury zadního kontaktu také představuje jedinečnou možnost propojení. Vzhledem k tomu, že kontakty obou polarit leží na stejné straně, pásky se nepřipojí ze zadní části jedné buňky k další přední části. Mohou tak běžet rovně, což zabraňuje ohýbání a umožňuje buňkám, aby se hustě zabalily a zlepšuje tak míru využití plochy modulu.
Mezi vynikající atributy architektury zadního kontaktu patří vysoká hustota výkonu, která snižuje náklady spojené s montáží hardwaru, kabeláže a práce. Což přispívá ke snížení nákladů na BOS přibližně o 7 %. Teplotní koeficient -0,26 %/℃ přispívá k nárůstu energetického výnosu. Zatímco méně účinné solární moduly se nabízejí s 25 letou výkonnostní zárukou, nikdo nenabízí moduly na bázi zpětných kontaktních článků se zárukou výkonu pod 30 let.
AWARD 2023
Solární panel se zadními kontaktními články má velmi jednotný vzhled, nenarušený předními kontakty. A to zvláště když se doplní černou zadní vrstvou a černým rámem. Díky tomu je produkt vysoce ceněný v rezidenčních aplikacích. Technologie se však může přizpůsobit všem běžným aplikacím. Například AIKO má v současnosti ve svém portfoliu čtyři produkty pro rezidenční aplikace, čtyři pro C&I a jeden pro energetické elektrárny. Architektura rezidenčních produktů je k dispozici v konfiguracích dvojitého skla a jednoho skla a jsou nabízeny ve dvou variantách. Černá série má podle společnosti vynikající estetiku, a bílá série s vyšším výstupním výkonem. Produkty řady C&I zahrnují moduly skleněné zadní vrstvy v černé i bílé variantě, produkt s dvojitým sklem a lehký modul. 72 článkové dvouskleněné bifaciální moduly společnosti jsou taky součástí portfolia užitkových produktů.
Ocenění Intersolar AWARD 2023 ocenilo úspěchy společnosti AIKO za návrh světově nejúčinnějšího komerčního solárního modulu využívajícího technologii zadních kontaktních článků. Vzhledem k tomu, že účinnost horního modulu závisí na zadních kontaktních článcích, znamenal posun zpět velký skok vpřed. Což dokazuje, že technologické cesty solárních článků pravděpodobně povedou ke zpětným kontaktům.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
