Il principio delle celle solari fotovoltaiche
1. **Assorbimento e trasmissione dei fotoni:** Quando esposti alla luce, i fotoni con energia inferiore alla larghezza del bandgap non vengono assorbiti e attraversano la cella solare.
2. **Perdita di energia nei fotoni ad alta energia:** I fotoni con energia maggiore del bandgap creano coppie elettrone-lacuna, causando una certa perdita di energia.
3. **Separazione e trasporto della carica:** Si verificano perdite all'interno della giunzione pn dovute alla separazione e al trasporto dei portatori di carica fotogenerati.
4. **Perdite per ricombinazione:** Durante il trasporto dei portatori fotogenerati si verificano perdite per ricombinazione.
5. **Caduta di tensione:** La tensione di uscita subisce un calo, con conseguenti perdite di tensione di contatto.
Riduzione delle perdite elettriche
1. Utilizzare wafer di silicio di alta qualità con buona struttura cristallina.
2. Sviluppare tecniche ideali per la formazione delle giunzioni pn.
3. Implementare tecniche di passivazione ottimali.
4. Utilizzare tecnologie efficienti di contatto con i metalli.
5. Utilizzare tecnologie avanzate in prima linea e in difesa.
Riduzione delle perdite ottiche
Per migliorare l'efficienza delle celle riducendo al minimo le perdite ottiche, sono state sviluppate varie teorie e tecnologie di intrappolamento della luce, tra cui la testurizzazione della superficie per ridurre la riflessione, rivestimenti antiriflesso sulla superficie anteriore, rivestimenti riflettenti sulla superficie posteriore e aree di ombreggiatura della griglia più piccole.
TOPCon (contatto passivato in ossido di tunnel)
Struttura delle celle solari TOPCon
Il lato frontale delle celle solari TOPCon è simile a quello delle celle solari convenzionali di tipo N o N-PERT, comprendendo un emettitore al boro (p+), uno strato di passivazione e un rivestimento antiriflesso. La tecnologia di base risiede nel contatto passivato posteriore, costituito da uno strato di ossido di silicio ultrasottile (1-2 nm) e da un film sottile di silicio misto microcristallino drogato con fosforo. Per le applicazioni bifacciali, la metallizzazione si ottiene mediante serigrafia di griglie in Ag o Ag-Al sul lato frontale e griglie in Ag sul retro.
Contatto passivato con ossido di tunnel
La struttura di TOPCon, che raggiunge un'elevata efficienza di conversione del 25,7%, è composta da un sottile strato di ossido di tunnel e da uno strato di polisilicio drogato con fosforo. Lo strato di polisilicio drogato con fosforo può essere prodotto cristallizzando a-Si:H o depositando polisilicio mediante LPCVD. Questo rende TOPCon un candidato promettente per la tecnologia delle celle solari ad alta efficienza.
Tecnologia dell'eterogiunzione (HJT)
La tecnologia a eterogiunzione (HJT) combina la tecnologia a film sottile in silicio cristallino e silicio amorfo, raggiungendo efficienze del 25% o superiori. Le celle HJT superano l'attuale tecnologia PERC in termini di efficienza e potenza erogata.
Struttura delle celle solari HJT
Le celle HJT utilizzano un wafer di silicio monocristallino come substrato. Il lato anteriore del wafer viene depositato sequenzialmente con un film di a-Si:H intrinseco e un film di a-Si:H di tipo p per formare una eterogiunzione pn. Il lato posteriore viene depositato con film di a-Si:H intrinseco e di tipo n per formare un campo superficiale posteriore. Vengono quindi depositati film di ossido conduttivo trasparente, seguiti da elettrodi metallici tramite serigrafia, ottenendo una struttura simmetrica.
Vantaggi delle celle solari HJT
- **Flessibilità e adattabilità:** la tecnologia HJT garantisce un'eccellente capacità produttiva anche in condizioni climatiche estreme, con un coefficiente di temperatura inferiore rispetto alle celle solari tradizionali.
- **Longevità:** Le celle solari HJT possono funzionare in modo efficiente per oltre 30 anni.
- **Maggiore efficienza:** Gli attuali pannelli HJT raggiungono efficienze comprese tra il 19,9% e il 21,7%.
- **Risparmio sui costi:** Il silicio amorfo utilizzato nei pannelli HJT è conveniente e il processo di produzione semplificato rende l'HJT più accessibile.
Celle solari perovskite
Dopo aver raggiunto un'efficienza del 4% nel 2009, le celle solari a perovskite (PSC) hanno raggiunto il 25,5% di efficienza entro il 2021, suscitando un notevole interesse accademico. Il rapido miglioramento delle PSC le posiziona come una stella nascente nel fotovoltaico.
Struttura delle celle solari in perovskite
Le celle a perovskite avanzate sono in genere costituite da cinque componenti: ossido conduttivo trasparente, strato di trasporto di elettroni (ETL), perovskite, strato di trasporto di lacune (HTL) ed elettrodo metallico. L'ottimizzazione dei livelli energetici di questi materiali e delle interazioni alle loro interfacce rimane un'area di ricerca di grande interesse.
Il futuro delle celle solari in perovskite
La ricerca sulle perovskiti si concentrerà probabilmente sulla riduzione della ricombinazione attraverso la passivazione e la riduzione dei difetti, l'integrazione di perovskiti 2D e l'ottimizzazione dei materiali di interfaccia. Il miglioramento della stabilità e la riduzione dell'impatto ambientale sono aree chiave degli studi futuri.
Controllo di qualità nella produzione di celle solari fotovoltaiche
Incisione e testurizzazione
I danni superficiali vengono rimossi tramite incisione e la testurizzazione crea una superficie che intrappola la luce, riducendo le perdite di riflessione. La misurazione della riflettanza monitora questo processo.
Diffusione e isolamento dei bordi
Gli strati di diffusione vengono formati sui wafer di silicio per creare giunzioni pn. Uno strato di passivazione viene depositato per migliorare l'efficienza delle celle solari a film sottile, monitorata attraverso la durata dei portatori minoritari, lo spessore del wafer e l'indice di rifrazione.
Rivestimento antiriflesso
Un rivestimento antiriflesso viene applicato alla superficie del wafer di silicio per migliorare l'assorbimento della luce. La tecnica PECVD viene utilizzata per depositare un film sottile che funge anche da strato di passivazione. La trasmittanza e l'uniformità della resistenza del foglio sono parametri di misura chiave.
Fabbricazione di elettrodi
Gli elettrodi della griglia sono serigrafati sul lato anteriore, mentre il campo posteriore e gli elettrodi posteriori sono stampati sul retro. Il controllo della temperatura, la precisione dei punti e il rapporto di aspetto della griglia sono indicatori di monitoraggio critici durante l'essiccazione e la sinterizzazione.
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Data di pubblicazione: 03-08-2024
