آشنایی با پنل خورشیدی تاپکان TOPCON

اگر به دنبال افزایش راندمان پنل‌های خورشیدی هستید، می‌بایست پنل‌هایی را خریداری کنید که مبتنی بر فناوری تاپکان باشند‌. پنل‌های خورشیدی که با تکنولوژی تاپکان ساخته شده‌اند، نقش بسیار مهمی در کاهش تلفات و افزایش قابلیت سازگاری با پروژه‌های بزرگ ایفا می‌کنند. حتی این پنل‌ها می‌توانند در شرایط دمایی متغیر، عملکرد بهینه‌ای داشته باشند. از این رو توانسته‌اند جایگاه ویژه‌ای در صنعت تولید انرژی‌های پاک پیدا کنند. در ادامه به مزایا و کاربردهای این تکنولوژی نوظهور پرداخته شده است.

تاریخچه فناوری  TOPCon

یکی از سخت‌ترین مشکلات و چالش‌های موجود در صنعت تولید انرژی پاک در جهان، راندمان سلول‌ها و پنل‌های خورشیدی است. محققان در این زمینه، توانستند با بررسی‌های عمیق و جایگزینی مواد اولیه تشکیل دهنده سلول‌ها بپردازند. در این مسیر به نتایج جالب و امیدوارکننده‌ای دست پیدا کردند.

فناوری TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) مهم‌ترین اتفاق برای توسعه سلول‌های خورشیدی سیلیکونی محسوب می‌شود. این فناوری با هدف افزایش راندمان و کاهش تلفات باز ترکیبی حامل درون ساختار سلول‌های راه‌اندازی شد‌. ایده اولیه این فناوری نخستین بار در سال ۲۰۱۳ توسط پژوهشگران مؤسسه Fraunhofer ISE آلمان مطرح گردید. آن‌ها با بهره‌گیری از یک لایه اکسید تونلی بسیار نازک و لایه پلی‌سیلیکون دوپ‌شده، موفق شدند راهکاری نوآورانه برای بهبود تماس‌های الکتریکی و افزایش بازده سلول های خورشیدی ارائه دهند.

در سال‌های ۲۰۱۳ تا ۲۰۱۶، مراحل توسعه جهت بهینه‌سازی این فناوری صورت گرفت. در نهایت در سال ۲۰۱۹ تولید انبوه سلول‌های TOPCon و کاربرد آن در دنیای سیستم‌های خورشیدی آغاز شد و کشورهای زیادی اقدام به واردات پنل خورشیدی به کشور خود پرداختند‌. این پیشرفت نقطه آغاز رقابت جهانی جهت بهره‌مند شدن از مزایای  TOPCon مانند راندمان بالاتر از ۲۰ درصد پنل‌های خورشیدی، پایداری بالا و افزایش انعطاف‌پذیری در تولید محسوب می‌شود. پس از چند سال، در تولید و بازدهی پنل‌های TOPCon پیشرفتی حاصل شده است. به طور کلی راندمان پنل‌های خورشیدی تاپکان در تولید تجاری به بیش از ۲۶ درصد رسیده و این فناوری به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین دستاوردهای حاضر در صنعت فتوولتائیک محسوب شده و توانسته جایگاه خود را تثبیت کند.

ساختار سلول خورشیدی  TOPCon

فناوری تاپکان یا  TOPCon در واقع به معنای تماس غیرفعال شده با اکسید تونلی بوده و همانطور که پیش‌تر گفته شد، یکی از پیشرفته‌ترین ساختارهای سلول‌های خورشیدی محسوب می‌شود. در این تکنولوژی یک لایه نازک اکسید سیلیکون (SiOx) در واقع به عنوان اکسید تونلی، بین بستر سیلیکونی و یک لایه پلی سیلیکون  دوپ‌شده (dop poly-Si) به شمار می‌رود. همین ساختار باعث شده نقش کلیدی در کاهش بازترکیب حامل‌های (بارهای مثبت و منفی) درون ساختار سلول ایفا کند. از این رو راندمان تبدیل انرژی به طور چشم‌گیری بهبود پیدا می‌کند.

سلول های خورشیدی TOPCon به طور معمول دارای لایه‌های زیر هستند:

• بستر سیلیکون نوع n  (crystalline silicon wafer)
• لایه فوق‌العاده نازک اکسید سیلیکون (SiOx) با ضخامت حدود ۱ تا ۲ نانومتر که در واقع نقش اکسید تونلی را به عهده دارد.
• لایه پلی‌سیلیکون دوپینگ‌شده (n+ poly-Si یا p+ )که روی اکسید قرار می‌گیرد.
• لایه‌های ضدبازتاب
• اتصالات فلزی در دو طرف سلول

فناوری تاپکان بر خلاف فناوری‌های پیشین ساخت سلول‌های خورشیدی که فقط از لایه‌های آلومینیومی پشتی و سیلیکون استفاده می‌شد، با دارا بودن لایه اکسید تونلی و پلی سیلیکون دوپ شده، (آلاییده)، می‌تواند تلفات بازترکیبی را کاهش دهد و همچنین امکان عبور انتخابی حامل‌های بار را فراهم می‌کند. البته مهم است که صفر تا صد نصب پنل خورشیدی را با دقت بالایی انجام دهید. همین ویژگی منحصر به فرد باعث شده تا راندمان سلول‌های تاپکان به طرز چشم‌گیری بالاتر از سلول‌های قدیمی مانند سلول‌های PERC و PERT بوده و همچنین عملکرد بهینه و پایداری را در شرایط گوناگون را ارائه کند.

در نهایت ساختار پیشرفته تاپکان از طریق کم کردن تلفات، یکی از بهترین و معقولانه‌ترین روش ها جهت افزایش بازده و توسعه نسل جدید سلول‌های خورشیدی سیلیکونی به شمار می‌رود.

فرآیند تولید و قابلیت ارتقا خطوط تولید سلول خورشیدی  TOPCon

سلول‌های خورشیدی که بر پایه تکنولوژی تاپکان هستند به علت افزایش راندمان بالای پنل‌های خورشیدی و به علت دارا بودن قابلیت ارتقا خطوط تولید سابق، با سرعت بالایی در صنعت سیستم‌های خورشیدی جایگاه منحصر به فردی پیدا کرده‌اند. فرایند تولید این سلول‌ها به سلول‌های خورشیدی  PERC شباهت داشته و همین عامل باعث ارتقا خط تولید در حال حاضر می‌‌شود.

• فرآیند تولید  TOPCon
• سلول‌های TOPCon بر اساس مراحل زیر انجام می‌شود:
• آماده‌سازی ویفر سیلیکونی با استفاده از محلول KOH به منظور حذف آسیب‌های ناشی از برش
• ایجاد امیتر در سطح جلوی سلول با روش نفوذ (diffusion) و استفاده از بورون تری‌بروماید  (BBr)
• رشد لایه نازک اکسید سیلیکون (SiOx) به عنوان لایه تونلی
• رسوب‌دهی لایه پلی‌سیلیکون به روش PECVD یا  LPCVD
• فرآیندهای رایج متالیزاسیون و پسیواسیون

این مراحل به طور عمده با پروسه‌های خط تولید PERC همپوشانی داشته و فقط به چند مرحله تجهیز جدید نیاز دارند که این موضوع باعث کاهش هزینه و زمان ارتقا خط تولید پنل‌های خورشیدی شده است.

مزایای پنل های خورشیدی با فناوری  TOPCon

فناوری TOPCon در واقع از پیشرفته‌ترین فناوری سلول‌های خورشیدی سیلیکونی است که مزایای بسیاری نسبت به فناوری های پیشین مانند PERC و PERT را دارد که باعث شده با سرعت زیادی در فناوری فتوولتائیک جایگاه خاصی پیدا کند. در ادامه به مهم‌ترین مزایای این فناوری پرداخته شده است:

کاهش تلفات انرژی و نوترکیبی

یکی از مزایای موانع برای افزایش راندمان سلول‌های خورشیدی بازترکیبی حامل‌های بار یعنی الکترون و حفره است. فناوری TOPCon به علت ایجاد لایه‌های غیر فعال شده و استفاده از اکسید تونلی خیلی نازک و مقدار بازترکیبی سطحی و همچنین حجمی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. همین کاهش تلفات باعث شده تا میزان بیش‌تری از نور خورشید به انرژی الکتریسیته تبدیل شود و در نهایت بازدهی کلی سلول افزایش می‌یابد. همچنین می‌توان گفت که این ساختار از نظر الکترونیکی پایدار بوده و می‌تواند ساختار خود را حفظ کند. همین ویژگی باعث افزایش واردات پنل خورشیدی از چین شده و تولید انرژی الکتریسیته را افزایش می‌دهد.

راندمان بالا و بازده انرژی

همانطور که در بخش قبل اشاره شد، ساختارهای منحصر به فرد سلول‌های خورشیدی تاپکان که یک لایه اکسید تونلی نازک و یک لایه پلی سیلیکونی دوپ شده را دربرمی‌گیرد، تلفات انرژی ناشی از بازترکیبی را کاهش می‌دهد. این مسئله به معنای استفاده بهینه از فوتون‌های جذب شده و تبدیل بیش‌تر آن‌ها به جریان الکتریکی و افزایش راندمان سلول‌ها و پنل‌های خورشیدی است. این ویژگی در صورتی شامل حال سیستم خورشیدی شما می‌شود که بر اساس راهنمای انتخاب برندهای معتبر در تجهیزات خورشیدی، بهترین برند را انتخاب کنید.

عملکرد عالی در شرایط دمایی و نوری مختلف

یکی از چالش‌های پیش رو در پنل‌ خورشیدی در اصفهان، افت راندمان پنل‌ها در شرایط دمایی بالا و شرایط نوری متغیر است.  سلول‌های TOPCon به علت این‌که ساختار ویژ‌ه‌ای دارند، دارای ضریب دمایی کم‌تری نسبت به فناوری قدیمی‌تر هستند. به این معنی که با افزایش دما، راندمان‌ آن‌ها به میزان کم‌تری کاهش می‌یابد. همچنین این سلول‌ها در شرایطی با نور کم و یا سایه دارای عملکرد بهتری هستند. همچنین می‌توانند انرژی بیش‌تری نسبت به سلول‌های معمولی در این شرایط تولید کنند. همین ویژگی‌ها باعث شده تا پنل‌های خورشیدی مبتنی بر تاپکان در مناطق گرمسیری و یا شرایط نوری مناسب، عملکرد بهینه‌ای از خود ارائه دهند.

مقاومت در برابر آسیب‌های PID و LID

آسیب‌های ناشی از تخریب پتانسیل (Potential Induced Degradation – PID) و تخریب ناشی از نور (Light Induced Degradation – LID)  یکی از مشکلات مرسوم در سلول‌های خورشیدی سیلیکونی بوده که به مرور زمان باعث کاهش راندمان و همچنین کم شدن عمر مفید پنل‌ها شوند. تکنولوژی تاپکان با استفاده از سیلیکون نوع n و ساختار لایه غیر فعال شده، دارای مقاومت بالایی در برابر این آسیب است. همین ویژگی باعث افزایش دوام و پایداری عملکرد پنل‌ها در طول عمر آن‌ها می‌شود. از این رو هزینه‌های تعویض و نگهداری را کاهش می‌دهند.

سازگاری با خطوط تولید  PERC

​یکی از مهم‌ترین مزایای فناوری TOPCon، سازگاری مناسب آن با خط تولید پنل‌های خورشیدی PERC است. اغلب تجهیزات و زیر ساخت‌های استفاده شده در تولید  PERC، برای تولید پنل TOPCon هم استفاده می‌شوند و فقط نیاز است که چند تجهیز جدید مانند (مانند سیستم‌های رسوب‌دهی لایه پلی‌سیلیکون و اکسید تونلی) اضافه شده و کمی تغییر در چیدمان خط تولید ایجاد شود. این ویژگی‌ها باعث شده که شرکت‌هایی که قبلا در زمینه تولید PERC سرمایه‌گذاری کرده‌اند، می‌توانند با هزینه پایین و توقف تولید از فناوری تاپکان استفاده کنند.

نکته مهم این است که ارتقا خطوط تولید پنل‌های خورشیدی از PERC به TOPCon نسبت به فناوری‌های جدید دیگر مانند HJT، دارای هزینه کم‌تری است. به طور کلی فناوری تاپکان از طریق فراهم کردن پروسه تولید مشابه با PERC و نیاز به هزینه کم‌تر برای ارتقا باعث می‌شود که تولید کنندگان با حفظ زیرساخت‌های موجود، راندمان و بازده خطوط تولید خود را آپدیت کنند و با فرایند جهانی صنعت فتوولتائیک همسو شوند.

کاربردها و آینده فناوری  TOPCon

فناوری پنل های خورشیدی TOPCon در واقع یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های سیستم‌های تولید انرژی پاک محسوب می‌شود و نقش بسیار پررنگی را در تحول انرژی سیستم‌های خورشیدی و توسعه نیروگاه‌های پاک بر عهده دارد. فرایندهای موجود در بازار نمایانگر این است که این فناوری با راندمان بالا و کم کردن هزینه‌های تولید با سرعت بالایی گسترش می‌یابد. پنل‌های خورشیدی مبتنی بر تاپکان به علت بهبود بهره‌برداری تبدیل انرژی خورشید و پایداری بالا در شرایط دمایی مختلف، یک گزینه مناسب برای نیروگاه‌های خورشیدی در مقیاس بزرگ محسوب می‌شود. این فناوری از طریق کاهش تلفات بازترکیب حامل‌ها، باعث تولید برق بیش‌تر در واحد سطح می‌شود. از این رو در پروژه‌های توسعه انرژی پاک که به بهینه‌سازی فضای نصب و همچنین کاهش هزینه‌های عملیاتی نیاز دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از سوی دیگر، ترکیب پنل خورشیدی TOPCon با سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و مدیریت صحیح انرژی، دارای امکان بهره‌برداری بهینه از انرژی خورشیدی هستند. این ترکیب باعث کم شدن وابستگی به شبکه برق، بهبود پایداری تامین انرژی و بهینه‌سازی هزینه‌های می‌شود. این ترکیب باعث کاهش وابستگی به شبکه برق، افزایش پایداری تأمین انرژی و بهینه‌سازی هزینه‌ها می‌گردد. در نهایت می‌تواند به اقتصاد کم کربن کمک کند.

جمع بندی

استفاده از پنل‌های تاپکان در سیستم‌های خورشیدی می‌تواند باعث تولید بیش‌تر انرژی الکتریکی از انرژی خورشید شود. این موضوع باعث کاهش وابستگی به شبکه برق، پایداری تامین انرژی و بهینه‌سازی هزینه‌ها شده‌ است. چرا که ساختار آن به نحوی بوده که در واقع از پیشرفته‌ترین سلول‌های خورشیدی به شمار می‌رود و راندمان تولید برق را افزایش می‌دهد. پس از آگاهی به این‌که هزینه احداث نیروگاه برق خورشیدی چقدر است؟ با خرید این پنل‌ها می‌توانید عملکرد سیستم‌های خورشیدی را به طرز قابل توجهی افزایش دهید و از مزایای آن بهره‌مند شوید. به طور مثال با این پنل‌ها می‌توانید تلفات سیستم و هزینه‌های نگهداری و تعمیر را کاهش دهید.