Comparaison des performances en faible luminosité : TOPCon, BC et HJT soutenues par des données réelles
Introduction
La puissance nominale est une valeur de référence ; la réponse en faible luminosité est la performance réelle. Dans la plupart des régions du monde, l'irradiance reste inférieure à 1000 W/m² pendant plus de 90 % du temps. Seules deux ou trois heures autour du midi solaire se rapprochent des conditions STC. Lever du soleil, coucher du soleil, ciel couvert, pluie—les cellules passent la majeure partie de leur vie active sous une faible luminosité. Un rendement nominal élevé ne garantit pas un rendement réel élevé. Aujourd'hui, nous analysons la réponse en faible luminosité : qui gagne sur le plan physique, qui se montre plus fort sur le terrain, et comment évaluer la qualité en faible luminosité d'une cellule directement sur la ligne de production.
La physique de la réponse en faible luminosité : qui fuit et se recombine le moins
D'après le circuit équivalent de la diode, la cause fondamentale de la baisse d'efficacité sous faible luminosité est simple : le courant photogénéré diminue, mais les fuites et la recombinaison ne diminuent pas proportionnellement, donc leur part relative augmente.
Le facteur le plus critique : la résistance shunt Rsh
Sous faible luminosité, le courant photogénéré chute fortement, mais le courant de fuite reste à peu près constant (il dépend de la tension et de Rsh). Une plus grande part de courant de fuite fait chuter Voc, ce qui entraîne une baisse de FF, et donc une baisse d'efficacité.
Plus Rsh est élevé (plus la fuite est faible), meilleure est la réponse en faible luminosité. C'est le facteur physique central.
| Type de cellule | Caractéristiques Rsh | Performances en faible luminosité |
|---|---|---|
| HJT | Couche de passivation i-a-Si:H avec une excellente isolation, recombinaison d'interface extrêmement faible | Meilleur |
| TOPCon | Pôles positif et négatif séparés sur la face avant et arrière, peu de zones d'isolation des bords, chemins de fuite contrôlables | Bon |
| BC | Structure interdigitée arrière, nombreuses tranchées d'isolation P⁺/N⁺, risque accru de fuite en bordure | Plus faible |
Facteur secondaire : facteur d'idéalité n
Le facteur d'idéalité reflète le mécanisme de recombinaison : n=1 pour un courant de diffusion idéal, n=2 lorsque la recombinaison dans la zone de déplétion domine. Plus n est grand, plus la perte par recombinaison est importante sous faible éclairement. La structure de contact passivé TOPCon donne n≈1,1-1,2, la jonction PN interdigitée arrière de BC a plus de canaux de recombinaison d'interface avec n≈1,2-1,4, et la passivation au silicium amorphe de HJT excelle avec n≈1,0-1,1.
La résistance série Rs importe moins ici. La perte de puissance aux bornes de Rs est I²R ; sous faible éclairement, le courant est faible, donc son impact relatif diminue.
Pourquoi BC est plus faible sous faible éclairement : une raison structurelle
BC place les électrodes positive et négative à l'arrière, nécessitant de nombreuses tranchées d'isolation entre les régions P⁺ et N⁺ pour assurer la séparation électrique. Ces tranchées posent deux problèmes :
Risque de fuite en bordure: La gravure des tranchées peut endommager le substrat de silicium et former des chemins de fuite. Une seule surface arrière de BC contient des centaines de tranchées d'isolation, chacune étant une voie de fuite potentielle.
Recombinaison d'interface: La zone d'interface P⁺/N⁺ de la structure interdigitée arrière s'agrandit, ajoutant des centres de recombinaison et poussant le facteur d'idéalité n à la hausse.
C'est un défi structurel inhérent, pas une question de « qui a mal fait ». L'optimisation du procédé (contrôle de la morphologie des tranchées, amélioration des couches de passivation) peut aider, mais la structure place BC dans une position naturellement désavantageuse sur ce point.
La raison pour laquelle HJT fonctionne le mieux sous faible éclairement est l'inverse : la couche de passivation intrinsèque en silicium amorphe i-a-Si:H offre une passivation de surface exceptionnelle, une faible densité d'états d'interface, la Rsh la plus élevée et le facteur d'idéalité le plus petit.
Preuve sur le terrain : TOPCon surpasse BC en rendement par watt sous faible éclairement
Les données de terrain de plusieurs instituts de test convergent :
| Institut de test | Lieu | Scénario | Gain TOPCon vs BC sous faible éclairement |
|---|---|---|---|
| CPVT | Yinchuan, Ningxia | Périodes de faible éclairement matin/soir | Couvert +3,89%, ensoleillé +2,33% |
| CPVT | Yinchuan, Ningxia | Très faible irradiance (0-100 W/m²) | +4.38% |
| TÜV Nord | Kagoshima, Japon | <400 W/m² | +10.79% |
| TÜV Rheinland | Chengdu | 90% de jours couverts/pluvieux | +2,37%, pic matin/soir +7,18% |
| CGC | Hainan | 127 jours dont 76 jours de pluie | +7.83% |
| State Grid | Zhangbei | 200 W/m² | +2.6% |
Dans des conditions de faible luminosité, la production par watt de TOPCon dépasse celle de BC, et plus l'irradiance est faible, plus l'écart est grand.
Mais la variation au sein d'une même technologie est également importante. Les tests comparatifs multi-fournisseurs du Carbon Search Evaluation Lab montrent que les produits BC perdent 2,78% à 6,57% à faible irradiance de 200 W/m², tandis que TOPCon varie de 2,14% à 4,72%. L'écart entre les « meilleurs produits » des trois technologies est plus petit que l'écart entre « bons produits vs. mauvais produits » au sein d'une même voie.
Enseignement pour la production : lors du choix, le niveau de processus d'un fabricant compte autant que le choix de la voie technologique.
Ne Confondez Pas le Coefficient de Température Avec la Réponse en Faible Luminosité
Le coefficient de température et la réponse en faible luminosité sont deux paramètres indépendants, mais ils sont facilement confondus.
| Paramètre | Scénario pertinent | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| Coefficient de température | Scénarios à haute température (module >50°C) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| Réponse en faible luminosité | Scénarios à faible irradiance (<400 W/m²) | Meilleur | Bon | Plus faible |
Lors d'une chaude journée d'été couverte, la température élevée et la faible luminosité se cumulent, et HJT est en tête sur les deux, ce qui renforce son avantage. Lors d'une froide journée d'hiver couverte, la basse température réduit l'influence du coefficient de température, et la réponse en faible luminosité prend le dessus. N'utilisez pas le coefficient de température pour expliquer les performances en faible luminosité, et ne déduisez pas le coefficient de température à partir des performances en faible luminosité—ce sont deux grandeurs physiques distinctes.
L'optimisation en faible luminosité et la résistance aux UV ne sont pas intrinsèquement mutuellement exclusives sur le plan physique. La faible luminosité dépend des mécanismes de perte électrique (Rsh, n), tandis que la résistance aux UV dépend de la stabilité des matériaux (liaisons chimiques de la couche de passivation, film d'encapsulation). Les deux peuvent être améliorées séparément par une optimisation indépendante.
Comment évaluer la qualité en faible luminosité d'une cellule sur la ligne de production
L'indicateur le plus direct : la résistance shunt Rsh.
Lors des tests I-V, plus la Rsh d'une cellule est élevée, plus elle est susceptible de bien fonctionner en faible luminosité. Si un lot présente une large distribution de Rsh avec une forte proportion de cellules à faible Rsh, la production en faible luminosité en souffrira inévitablement.
Note spéciale pour les lignes BC: les cellules présentant des points lumineux anormaux dans les régions de tranchée d'isolation sur les images EL sont susceptibles d'avoir une faible Rsh. Cela correspond à la « fuite de bord de tranchée » mentionnée précédemment—un problème auquel la structure est naturellement sujette.
Lignes TOPCon: une Rsh supérieure à 1000 Ω·cm² est généralement normale ; en dessous de 500, il faut enquêter sur l'isolation des bords ou les trous dans la couche de passivation. Les cellules avec un excellent comportement en faible luminosité présentent généralement une Rsh supérieure à 3000.
Lignes HJT: la Rsh est naturellement élevée, et au-dessus de 5000 est courant. Mais une faible Rsh sur une cellule HJT signifie généralement qu'un problème est survenu à l'interface TCO et a-Si:H.
Résumé
Le bilan physique de la réponse en faible luminosité : HJT est le meilleur, TOPCon est bon, BC fait face à des défis structurels. Le bilan sur le terrain : en faible luminosité, la production par watt de TOPCon dépasse vraiment celle de BC, et plus l'éclairement est faible, plus l'écart est grand. Mais ne jugez pas uniquement par la voie technologique—l'écart entre les bons et les mauvais produits sur une même voie est encore plus grand que l'écart entre les voies.
Sources de données: essais sur le terrain CPVT Yinchuan (2025), essais sur le terrain TÜV Nord Kagoshima, essais sur le terrain TÜV Rheinland Chengdu, essais sur le terrain CGC Hainan, essais sur le terrain State Grid Zhangbei, tests comparatifs multi-fournisseurs du Carbon Search Evaluation Lab (2025).
Point de vue d'Ooitech: La production réelle en faible luminosité, et non l'efficacité nominale, est la véritable mesure d'une cellule solaire, et la résistance shunt est le facteur unique qui la détermine le plus.
