Pertarungan Kinerja Cahaya Rendah: TOPCon, BC, dan HJT Didukung Data Dunia Nyata
Daftar Isi
Pendahuluan
Daya papan nama adalah nilai terukur; respons cahaya rendah adalah kinerja dunia nyata. Di sebagian besar wilayah dunia, iradiasi tetap di bawah 1000 W/m² selama lebih dari 90% waktu. Hanya dua atau tiga jam sekitar tengah hari matahari yang mendekati kondisi STC. Matahari terbit, matahari terbenam, langit mendung, hujan—sel menghabiskan sebagian besar masa kerjanya dalam cahaya rendah. Efisiensi terukur yang tinggi tidak menjamin output dunia nyata yang tinggi. Hari ini kita menguraikan respons cahaya rendah: siapa yang menang dalam fisika, siapa yang terbukti lebih kuat di lapangan, dan bagaimana menilai kualitas cahaya rendah sel langsung di lini produksi.
Fisika Respons Cahaya Rendah: Siapa yang Lebih Sedikit Bocor dan Rekombinasi
Dari rangkaian ekuivalen dioda, akar penyebab penurunan efisiensi dalam cahaya rendah sederhana: arus fotogenerasi menyusut, tetapi kebocoran dan rekombinasi tidak menyusut secara proporsional, sehingga bagian relatifnya bertambah.
Faktor paling kritis: resistansi shunt Rsh
Dalam cahaya rendah, arus fotogenerasi turun tajam, tetapi arus bocor tetap hampir konstan (tergantung pada tegangan dan Rsh). Bagian arus bocor yang lebih besar menurunkan Voc, yang menurunkan FF, yang menurunkan efisiensi.
Semakin tinggi Rsh (semakin kecil kebocoran), semakin baik respons cahaya rendah. Ini adalah faktor fisik inti.
| Tipe Sel | Karakteristik Rsh | Kinerja Cahaya Rendah |
|---|---|---|
| HJT | Lapisan pasivasi i-a-Si:H dengan isolasi sangat baik, rekombinasi antarmuka sangat rendah | Terbaik |
| TOPCon | Kutub positif dan negatif terpisah di depan dan belakang, sedikit zona isolasi tepi, jalur bocor terkendali | Baik |
| BC | Struktur interdigitated belakang, banyak parit isolasi P⁺/N⁺, meningkatkan risiko kebocoran tepi | Lebih Lemah |
Faktor sekunder: faktor idealitas n
Faktor idealitas mencerminkan mekanisme rekombinasi: n=1 untuk arus difusi ideal, n=2 ketika rekombinasi daerah deplesi mendominasi. Semakin besar n, semakin berat kerugian rekombinasi di bawah cahaya rendah. Struktur kontak pasivasi TOPCon memberikan n≈1,1-1,2, sambungan PN interdigitated belakang BC memiliki lebih banyak saluran rekombinasi antarmuka pada n≈1,2-1,4, dan pasivasi silikon amorf HJT unggul pada n≈1,0-1,1.
Resistansi seri Rs kurang berpengaruh di sini. Kerugian daya pada Rs adalah I²R; di bawah cahaya rendah arusnya kecil, sehingga dampak relatifnya melemah.
Mengapa BC Lebih Lemah di Bawah Cahaya Rendah: Alasan Struktural
BC menempatkan elektroda positif dan negatif di bagian belakang, memerlukan banyak parit isolasi antara daerah P⁺ dan N⁺ untuk mencapai pemisahan listrik. Parit-parit ini membawa dua masalah:
Risiko kebocoran tepi: Etsa parit dapat merusak substrat silikon dan membentuk jalur kebocoran. Satu permukaan belakang BC memiliki ratusan parit isolasi, masing-masing merupakan jalur kebocoran potensial.
Rekombinasi antarmuka: Luas antarmuka P⁺/N⁺ dari struktur interdigitated belakang semakin besar, menambah pusat rekombinasi dan mendorong faktor idealitas n lebih tinggi.
Ini adalah tantangan struktural yang melekat, bukan masalah "siapa yang melakukannya dengan buruk." Optimasi proses (mengontrol morfologi parit, meningkatkan lapisan pasivasi) dapat membantu, tetapi struktur ini menempatkan BC pada kerugian alami pada titik ini.
Alasan HJT berkinerja terbaik di bawah cahaya rendah adalah sebaliknya: lapisan pasivasi intrinsik silikon amorf i-a-Si:H memberikan pasivasi permukaan yang luar biasa, kerapatan keadaan antarmuka rendah, Rsh tertinggi, dan faktor idealitas terkecil.
Bukti Lapangan: TOPCon Mengungguli BC dalam Output Per-Watt di Bawah Cahaya Rendah
Data lapangan dari beberapa lembaga pengujian menunjukkan arah yang konsisten:
| Lembaga Pengujian | Lokasi | Skenario | Keuntungan TOPCon vs BC di Cahaya Rendah |
|---|---|---|---|
| CPVT | Yinchuan, Ningxia | Periode cahaya rendah pagi/sore | Berawan +3,89%, cerah +2,33% |
| CPVT | Yinchuan, Ningxia | Iradiasi sangat rendah (0-100 W/m²) | +4.38% |
| TÜV Nord | Kagoshima, Jepang | <400 W/m² | +10.79% |
| TÜV Rheinland | Chengdu | 90% hari berawan/hujan | +2,37%, puncak pagi/sore +7,18% |
| CGC | Hainan | 127 hari termasuk 76 hari hujan | +7.83% |
| State Grid | Zhangbei | 200 W/m² | +2.6% |
Dalam kondisi cahaya redup, output per watt TOPCon melebihi BC, dan semakin rendah iradiasi, semakin lebar kesenjangannya.
Tetapi variasi dalam rute teknologi yang sama juga besar. Pengujian perbandingan multi-pemasok oleh Carbon Search Evaluation Lab menunjukkan produk BC kehilangan 2,78% hingga 6,57% pada iradiasi rendah 200 W/m², sementara TOPCon berkisar dari 2,14% hingga 4,72%. Kesenjangan antara "produk terbaik" dari ketiga teknologi lebih kecil daripada kesenjangan antara "produk bagus vs. produk buruk" dalam rute yang sama.
Kesimpulan produksi: saat memilih, tingkat proses pabrikan sama pentingnya dengan pilihan rute teknologi.
Jangan Bingung Koefisien Suhu dengan Respons Cahaya Redup
Koefisien suhu dan respons cahaya redup adalah dua parameter independen, tetapi mudah tertukar.
| Parameter | Skenario Relevan | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| Koefisien suhu | Skenario suhu tinggi (modul >50°C) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| Respons cahaya redup | Skenario iradiasi rendah (<400 W/m²) | Terbaik | Baik | Lebih Lemah |
Pada hari musim panas yang berawan dan panas, suhu tinggi dan cahaya redup bergabung, dan HJT unggul di keduanya, memperkuat keunggulannya. Pada hari musim dingin yang berawan dan dingin, suhu rendah mengurangi pengaruh koefisien suhu, dan respons cahaya redup menjadi yang terdepan. Jangan gunakan koefisien suhu untuk menjelaskan kinerja cahaya redup, dan jangan menyimpulkan koefisien suhu dari kinerja cahaya redup—keduanya adalah besaran fisika yang berbeda.
Optimasi cahaya rendah dan ketahanan UVID tidak secara inheren saling eksklusif secara fisik. Cahaya rendah bergantung pada mekanisme kehilangan listrik (Rsh, n), sedangkan UVID bergantung pada stabilitas material (ikatan kimia lapisan pasivasi, film enkapsulan). Keduanya dapat ditingkatkan secara terpisah melalui optimasi independen.
Cara Menilai Kualitas Cahaya Rendah Sel di Jalur Produksi
Indikator paling langsung: resistansi shunt Rsh.
Dalam pengujian I-V, semakin tinggi Rsh suatu sel, semakin besar kemungkinan kinerjanya baik di bawah cahaya rendah. Jika satu batch menunjukkan distribusi Rsh yang lebar dengan proporsi sel Rsh rendah yang tinggi, output cahaya rendah pasti akan menurun.
Catatan khusus untuk jalur BC: sel yang menunjukkan bintik terang abnormal di daerah parit isolasi pada gambar EL kemungkinan memiliki Rsh rendah. Ini sesuai dengan "kebocoran tepi parit" yang disebutkan sebelumnya—masalah yang secara alami rentan terjadi pada struktur tersebut.
Jalur TOPCon: Rsh di atas 1000 Ω·cm² umumnya normal; di bawah 500 memerlukan investigasi isolasi tepi atau lubang jarum pada lapisan pasivasi. Sel dengan perilaku cahaya rendah yang sangat baik biasanya menunjukkan Rsh di atas 3000.
Jalur HJT: Rsh secara alami tinggi, dan di atas 5000 adalah hal biasa. Namun Rsh rendah pada sel HJT biasanya berarti ada yang salah pada antarmuka TCO dan a-Si:H.
Ringkasan
Buku besar fisika respons cahaya rendah: HJT terbaik, TOPCon baik, BC menghadapi tantangan struktural. Buku besar lapangan: di bawah cahaya rendah, output per watt TOPCon benar-benar melebihi BC, dan semakin rendah iradiasi, semakin lebar kesenjangannya. Tapi jangan menilai hanya dari rute teknologi—kesenjangan antara produk baik dan buruk pada rute yang sama bahkan lebih besar daripada kesenjangan antar rute.
Sumber data: Uji lapangan CPVT Yinchuan (2025), uji lapangan TÜV Nord Kagoshima, uji lapangan TÜV Rheinland Chengdu, uji lapangan CGC Hainan, uji lapangan State Grid Zhangbei, uji perbandingan multi-pemasok Carbon Search Evaluation Lab (2025).
Pandangan Ooitech: Output cahaya rendah dunia nyata, bukan efisiensi papan nama, adalah ukuran sebenarnya dari sel surya, dan resistansi shunt adalah faktor tunggal yang paling menentukannya.
