Memahami Tiga Teknologi Sel PV Utama: TOPCon, HJT, dan Perovskit

Pendahuluan

Teknologi fotovoltaik surya telah berkembang pesat selama dekade terakhir, dengan beberapa arsitektur sel yang bersaing mendorong efisiensi ke tingkat yang lebih tinggi. Artikel ini membahas prinsip kerja dasar sel surya, kemudian menguraikan tiga teknologi generasi berikutnya utama yang membentuk industri saat ini, dan diakhiri dengan melihat kontrol kualitas dalam produksi sel.

Bagaimana Sel PV Surya Bekerja

Sel surya mengubah cahaya menjadi listrik, tetapi tidak semua foton yang masuk berkontribusi secara setara. Memahami di mana energi hilang adalah langkah pertama menuju pembuatan sel yang lebih baik.

• Foton dengan energi di bawah celah pita tidak diserap dan hanya melewati sel.

• Foton dengan energi di atas celah pita diserap dan menghasilkan pasangan elektron-lubang, tetapi kelebihan energi dari foton berenergi tinggi sebagian hilang sebagai panas.

• Pemisahan muatan dan transportasi pembawa yang dihasilkan mengalami kerugian pada sambungan pn.

• Kerugian rekombinasi terjadi selama transportasi pembawa.

• Resistansi kontak menyebabkan penurunan tegangan, mengakibatkan kerugian tegangan kontak.

Mengurangi Kerugian Listrik

• Pilih wafer dengan struktur kristal yang baik dan tipe yang tepat.

• Kembangkan teknik pembentukan sambungan pn yang ideal.

• Kembangkan teknik pasivasi yang ideal.

• Adopsi teknik kontak logam yang wajar.

• Terapkan teknologi medan permukaan depan dan belakang yang unggul.

Mengurangi Kerugian Optik

Untuk mengurangi kerugian optik dan meningkatkan efisiensi sel, industri telah mengembangkan berbagai pendekatan dan teknologi penangkap cahaya. Ini termasuk tekstur permukaan wafer untuk mengurangi refleksi, lapisan anti-refleksi permukaan depan, lapisan reflektif permukaan belakang, dan meminimalkan area bayangan garis kisi.

TOPCon

TOPCon, juga dikenal sebagai teknologi kontak pasif, secara luas dianggap sebagai teknologi sel surya generasi berikutnya setelah PERC. Dibandingkan dengan teknologi baru potensial lainnya seperti HJT dan IBC, TOPCon dapat ditingkatkan langsung dari jalur PERC atau PERT yang ada. Akibatnya, produsen yang ingin meningkatkan jalur produksi mereka yang ada membutuhkan investasi modal yang relatif rendah, sambil tetap mencapai peningkatan efisiensi yang solid sekitar 1%.

Sisi depan sel TOPCon pada dasarnya sama dengan sel N-type atau N-PERT konvensional, terdiri dari emitor boron (p+), lapisan pasivasi, dan lapisan anti-refleksi. Teknologi inti terletak pada kontak pasif belakang: bagian belakang wafer membawa lapisan oksida ultra-tipis (1–2 nm) ditambah film tipis silikon campuran mikro/amorf yang didoping fosfor. Untuk aplikasi bifacial, metalisasi dilakukan dengan mencetak layar kisi Ag atau Ag-Al di depan dan kisi Ag di belakang.

Tunnel Oxide Passivated Contact

Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon) telah menarik perhatian signifikan baru-baru ini karena mencapai efisiensi konversi tinggi sebesar 25,7%. Struktur TOPCon terdiri dari oksida terowongan tipis dan lapisan kontak polisilikon yang didoping fosfor (P). Lapisan polisilikon yang didoping P dapat dibuat dengan mengkristalkan a-Si:H atau dengan langsung mendepositkan polisilikon menggunakan LPCVD. TOPCon menonjol sebagai kandidat yang menjanjikan di antara teknologi sel surya efisiensi tinggi.

HJT Heterojunction

Teknologi heterojunction (HJT) adalah metode pembuatan panel surya yang telah meningkat selama dekade terakhir. Saat ini, ini adalah salah satu proses paling efektif untuk mendorong efisiensi dan output daya ke tingkat tinggi, bahkan melampaui kinerja teknologi PERC arus utama industri. Sel HJT menggabungkan dua teknologi berbeda menjadi satu: silikon kristalin dan film tipis amorf. Menggunakan teknologi ini bersama-sama menghasilkan lebih banyak energi daripada menggunakan salah satu saja, mencapai efisiensi 25% atau lebih tinggi.

Struktur Sel HJT

Menggunakan wafer monokristalin sebagai substrat, film a-Si:H intrinsik setebal 5–10 nm dan kemudian film a-Si:H tipe-p didepositkan secara berurutan pada bagian depan wafer yang telah dibersihkan dan tekstur, membentuk heterojungsi p-n. Di bagian belakang wafer, film intrinsik setebal 5–10 nm dan film a-Si:H tipe-n didepositkan untuk membentuk medan permukaan belakang. Film oksida konduktif transparan kemudian didepositkan, dan akhirnya sablon cetak membuat elektroda kolektor logam di bagian atas kedua sisi, membangun sel surya HJT simetris.

Keunggulan Sel HJT

• Fleksibilitas dan adaptabilitas — Teknologi ini dikembangkan untuk kemampuan produksi yang sangat baik bahkan dalam kondisi cuaca ekstrem. Panel HJT memiliki koefisien suhu yang lebih rendah daripada panel konvensional, memastikan kinerja tinggi pada suhu eksternal yang tinggi.

• Perkiraan masa pakai — Rata-rata, modul PV film tipis dapat bertahan hingga 25 tahun, sementara sel HJT dapat terus beroperasi normal selama lebih dari 30 tahun.

• Efisiensi lebih tinggi — Sebagian besar panel heterojungsi di pasaran saat ini memiliki efisiensi antara 19,9% dan 21,7%, peningkatan besar dibandingkan sel monokristalin konvensional lainnya.

• Penghematan biaya — Silikon amorf yang digunakan dalam panel HJT adalah teknologi PV yang hemat biaya. Dibandingkan dengan teknologi lain, pendekatan surya film tipis ini memerlukan waktu produksi yang lebih singkat. Berkat prosesnya yang disederhanakan, HJT lebih terjangkau daripada solusi alternatif.

Perovskit

Pada tahun 2009, material perovskit pertama kali digunakan untuk mencapai efisiensi fotovoltaik sebesar 4%. Pada tahun 2021, sel surya perovskit sambungan tunggal (PSC) mencapai efisiensi 25,5%. Peningkatan pesat sel perovskit telah menjadikannya bintang baru di bidang PV dan memicu minat besar di kalangan akademisi. Karena metode operasinya masih relatif baru, ada banyak peluang untuk mempelajari lebih lanjut fisika dan kimia dasar perovskit.

Struktur Sel Perovskit

Sebagian besar struktur sel surya perovskit paling canggih didasarkan pada lima komponen: oksida konduktif transparan, lapisan transpor elektron (ETL), perovskit, lapisan transpor lubang (HTL), dan elektroda logam. Memahami dan mengoptimalkan tingkat energi serta interaksi berbagai material pada antarmuka ini adalah area penelitian yang sangat menarik dan masih dalam diskusi aktif.

CaTiO3

Perovskit adalah nama mineral, ditemukan pada tahun 1839 oleh Rose di batuan mineral Pegunungan Ural dan dinamai menurut ahli geologi Rusia Perovski. Material perovskit cenderung memiliki probabilitas rekombinasi pembawa yang rendah dan mobilitas pembawa yang tinggi, menjadikannya material yang ideal untuk sel surya.

Metode Pembentukan Film Perovskit

Kunci untuk meningkatkan efisiensi konversi daya sel surya perovskit terletak pada optimalisasi morfologi film. Metode pembentukan film yang umum digunakan di laboratorium adalah deposisi proses satu langkah atau dua langkah. Untuk memenuhi permintaan film perovskit area luas dengan biaya rendah, peralatan pemrosesan seperti slot-die coating, printing, dan spraying juga digunakan untuk fabrikasi sel surya perovskit.

Masa Depan Perovskit

Penelitian masa depan tentang perovskit kemungkinan akan fokus pada pengurangan rekombinasi melalui strategi seperti pasivasi dan pengurangan cacat, serta peningkatan efisiensi dengan menggabungkan perovskit dua dimensi dan material antarmuka yang lebih optimal. Lapisan ekstraksi muatan mungkin beralih dari material organik ke anorganik untuk meningkatkan efisiensi dan stabilitas. Meningkatkan stabilitas dan mengurangi dampak lingkungan tetap menjadi area penting.

Kontrol Kualitas dalam Produksi Sel PV Surya

Sel PV silikon kristalin adalah sel yang paling umum dalam panel surya komersial, mencakup lebih dari 90% penjualan pasar sel PV global.

Di laboratorium, efisiensi konversi energi sel silikon kristalin melebihi 25% untuk sel monokristalin dan mencapai 20% atau lebih untuk sel polikristalin. Namun, modul surya yang diproduksi secara industri saat ini hanya mencapai efisiensi 18%–22% dalam kondisi pengujian standar.

Pembersihan dan Teksturisasi

Etsa menghilangkan lapisan kerusakan permukaan dan memberi tekstur pada permukaan untuk membentuk struktur bertekstur yang menjebak cahaya dan mengurangi kerugian refleksi. Mengukur reflektansi permukaan bertekstur adalah cara penting untuk memonitor proses teksturisasi.

Pembentukan Sambungan Difusi dan Isolasi Tepi

Difusi termal dan metode serupa membentuk lapisan difusi dengan jenis konduktivitas yang berbeda pada wafer, menciptakan sambungan pn. Tipe sel yang berbeda mendepositkan lapisan pasivasi dengan ketebalan tertentu antara sambungan pn dan wafer untuk mendapatkan sel surya film tipis yang lebih efisien. Proses ini terutama memonitor masa pakai pembawa minoritas, ketebalan wafer, dan indeks bias.

Deposisi Lapisan Anti-Refleksi

Untuk lebih meningkatkan penyerapan cahaya, film anti-refleksi diterapkan di atas permukaan wafer. Saat ini, industri menggunakan deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma (PECVD) untuk mendepositkan film tipis pada wafer, yang sekaligus berfungsi sebagai lapisan pasivasi. Pada tahap ini, pengukuran utama adalah transmitansi film anti-refleksi dan keseragaman resistansi lembaran.

Pembuatan Elektroda

Elektroda garis kisi dicetak saring di bagian depan sel, sementara medan permukaan belakang dan elektroda belakang dicetak di bagian belakang, diikuti dengan pengeringan dan sintering. Selama proses ini, kontrol suhu, akurasi penyelarasan, dan rasio tinggi terhadap lebar garis kisi merupakan indikator pemantauan yang sangat penting.

Pandangan Ooitech

ooitech percaya: TOPCon, HJT, dan perovskite masing-masing mendorong efisiensi sel surya maju dengan caranya sendiri, dan kontrol kualitas produksi yang ketat pada akhirnya mengubah teknologi ini menjadi modul yang andal dan berkinerja tinggi.