PERC vs TOPCon vs HJT vs BC : pourquoi les cellules solaires diffèrent tant en prix et en efficacité
Table des matières
La question centrale de ce numéro
Du P-type au N-type, du PERC au TOPCon, HJT et BC, que signifient réellement ces lettres ? Quels problèmes différents résolvent-elles, et que doivent examiner les professionnels de la chaîne d'approvisionnement lors de leur sélection ?
Le fournisseur A dit : « Notre module TOPCon atteint 22,5 % d'efficacité, un point de plus que le PERC. » Le fournisseur B dit : « Notre module HJT a un meilleur coefficient de température et génère plus d'énergie dans des conditions chaudes. » Le fournisseur C dit : « Notre module BC n'a pas de grilles sur le devant, il a l'air plus propre et convient aux projets distribués. »
Alors, comment les comparer ? Si vous ne regardez que le prix et l'efficacité nominale, vous manquerez les choses qui comptent vraiment :
Différentes routes technologiques ont différents rendements de production en masse, ce qui affecte la stabilité de livraison.
La consommation de pâte d'argent diffère (HJT est plus élevée), ce qui affecte les tendances de coût et le risque d'approvisionnement.
Les mécanismes de dégradation diffèrent (P-type a LID, N-type a LeTID), ce qui affecte les réclamations de garantie.
Les températures de processus diffèrent (HJT est un processus à basse température), ce qui affecte l'équipement, les seuils d'investissement et le paysage global des fournisseurs.
Ce numéro vous aide à construire un cadre complet pour comparer les routes technologiques.
Comprendre en une phrase
PERC est le sommet de la technologie P-type (passivation arrière), TOPCon est la route principale de production en masse N-type (passivation de contact), HJT est la route haute performance à basse température (passivation d'interface hétérojonction), et BC déplace les électrodes à l'arrière comme solution esthétique. Elles résolvent le même problème sous différents angles : réduire les pertes d'efficacité.
Une analogie simple
La perte d'efficacité des cellules solaires est comme une maison de cinq étages qui fuit à chaque étage :
Fuite au premier étage (perte d'absorption) : la lumière traverse sans être absorbée.
Fuite au deuxième étage (perte de thermalisation) : l'énergie excédentaire des photons à haute énergie se transforme en chaleur.
Fuite au troisième étage (perte de recombinaison) : les électrons et les trous se recombinent avant d'être séparés.
Fuite au quatrième étage (perte par résistance) : le courant rencontre une résistance dans la cellule et les électrodes et se transforme en chaleur.
Fuite au cinquième étage (perte par ombrage) : les électrodes avant bloquent une partie de la lumière du soleil.
Le PERC répare principalement le troisième étage (recombinaison arrière). Le TOPCon répare principalement la partie de contact du troisième étage (recombinaison de contact). Le HJT rénove presque entièrement le troisième étage (passivation des interfaces). Le BC répare principalement le cinquième étage (déplacement des électrodes à l'arrière pour éliminer l'ombrage).
Note sur la chaîne d'approvisionnement : différentes voies réparent différents étages, mais le coût et la difficulté de réparation de chaque étage varient. Ce que vous choisissez n'est pas seulement un chiffre d'efficacité, mais un compromis entre "où investir, combien de pertes vous pouvez économiser, et quel prix vous payez."
Principes professionnels
Type P vs type N : le choix du substrat
| Article | Wafer de type P | Wafer de type N |
|---|---|---|
| Dopage | Bore | Phosphore |
| Porteur majoritaire | Trous | Électrons |
| Dégradation LID | Plus notable (recombinaison bore-oxygène) | Plus faible |
| Sensibilité aux impuretés | Plus élevée | Plus faible (durée de vie des porteurs minoritaires plus élevée) |
| Technologie représentative | PERC | TOPCon, HJT, certains BC |
Tendance : le type N remplace le type P comme courant dominant, car la durée de vie des porteurs minoritaires des wafers de type N est plus élevée (les électrons vivent "plus longtemps"), et combinée à une passivation plus avancée, elle permet d'atteindre une efficacité plus élevée.
PERC : ajout d'un film protecteur à l'arrière
PERC signifie Passivated Emitter and Rear Cell. À l'arrière d'une cellule traditionnelle de type P, il ajoute :
Une couche de passivation Al2O3 (oxyde d'aluminium) pour réduire la recombinaison arrière.
Une couche de protection SiNx (nitrure de silicium) pour augmenter la réflexion arrière, renvoyant les photons non absorbés pour une seconde chance d'absorption.
Principales pertes traitées : recombinaison arrière plus perte de transmission arrière.
Caractéristiques de la chaîne d'approvisionnement : technologie la plus mature, chaîne d'approvisionnement la plus complète, coût le plus bas, mais un plafond d'efficacité autour de 23,5 %. C'est la base installée la plus importante, avec les pièces de rechange et le remplacement les plus faciles.
TOPCon : une grille de contact de précision
TOPCon signifie contact passivé par oxyde tunnel. La structure clé : à l'arrière d'une plaquette de type N, une couche d'oxyde très mince (SiO2, environ 1-2 nm) est réalisée, puis recouverte d'une couche de polysilicium dopé.
La couche d'oxyde agit comme une grille, bloquant les porteurs minoritaires (trous) de se recombiner tout en permettant aux porteurs majoritaires (électrons) de passer par effet tunnel (c'est le « tunneling »).
La couche de polysilicium dopé fournit un bon contact électrique et réduit la résistance de contact.
Principales pertes traitées : recombinaison dans la région de contact métallique plus résistance de contact.
Caractéristiques de la chaîne d'approvisionnement : hautement compatible avec les lignes PERC (mise à niveau possible) et actuellement la principale voie de production de masse de type N. Surveillez la consommation de pâte d'argent, le rendement du processus de couche d'oxyde et les données de dégradation.
HJT : deux couches protectrices en sandwich autour d'une plaquette
HJT signifie technologie hétérojonction. Structure : des deux côtés d'une plaquette cristalline de type N, une couche de silicium amorphe intrinsèque (i-a-Si:H) est déposée comme passivation, puis recouverte d'une couche de silicium amorphe dopé, et enfin d'un oxyde conducteur transparent (TCO).
« Hétéro » signifie que le silicium cristallin et le silicium amorphe sont deux matériaux semi-conducteurs différents.
Les deux couches i-a-Si:H fournissent une excellente passivation de surface.
Tout le processus est réalisé à basse température (<200°C, alors que PERC/TOPCon nécessitent 800°C et plus).
Principales pertes traitées : recombinaison de surface plus perte de température (coefficient de température plus faible, meilleure performance en chaleur).
Caractéristiques de la chaîne d'approvisionnement : haute efficacité et bon comportement en température, mais investissement en équipement important, consommation élevée de pâte d'argent et besoin de cibles (ITO pour le TCO). Le processus à basse température signifie qu'il est incompatible avec les lignes haute température existantes et nécessite de nouvelles capacités.
BC / IBC : déplacer les électrodes vers l'arrière
BC signifie Back Contact, et IBC signifie Interdigitated Back Contact. La face avant d'une cellule traditionnelle comporte des grilles métalliques (électrodes) qui bloquent environ 5 % à 7 % de la lumière solaire. La technologie BC place toutes les électrodes positives et négatives à l'arrière, laissant la face avant complètement non ombragée.
Comment cela fonctionne : les régions P+ et N+ sont disposées alternativement à l'arrière pour former des jonctions PN locales, avec des électrodes positives et négatives entrelacées.
Principales pertes traitées : ombrage des électrodes avant.
Caractéristiques de la chaîne d'approvisionnement : face avant propre (sans grilles) et haute efficacité, mais processus complexe, défis de rendement importants et nombreuses barrières de brevets. Cela convient au marché distribué haut de gamme.
Aperçu de la carte des pertes d'efficacité
| Type de perte | Principe | PERC | TOPCon | HJT | BC |
|---|---|---|---|---|---|
| Perte d'absorption | Les photons traversent / se réfléchissent | Réflexion arrière améliorée | Identique | Identique | Aucun ombrage avant |
| Perte de thermalisation | L'énergie excédentaire des photons à haute énergie devient de la chaleur | Identique (lié à la bande interdite, difficile à modifier par la voie) | Identique | Identique | Identique |
| Recombinaison de surface | Les défauts de surface piègent les porteurs | Passivation avant | Avant + arrière | Excellente passivation double face | Dépend du substrat |
| Recombinaison de contact | Recombinaison au contact métallique | — | Oxyde tunnel | Isolation en silicium amorphe | Dépend de la conception |
| Perte de résistance | Échauffement du chemin de courant | Standard | Plus faible (contact en polysilicium) | Dépend de la qualité du TCO | Chemin arrière plus long |
| Perte d'ombrage | Ombrage des électrodes avant | Oui | Oui | Oui | Presque aucun |
| Perte de température | Baisse d'efficacité à haute température | Moyenne | Meilleure | Meilleure | Meilleure |
Guide d'illustration
Figure 1 : Comparaison P-type vs N-type
Colonne de gauche (tons bleus) : plaquette de type P, dopage au bore, porteurs majoritaires sont les trous, dégradation LID plus notable, technologie représentative PERC. Colonne de droite (tons verts) : plaquette de type N, dopage au phosphore, porteurs majoritaires sont les électrons, durée de vie des porteurs minoritaires plus élevée, technologies représentatives TOPCon/HJT/BC. La différence fondamentale entre le type P et le type N réside dans l'élément de dopage et le type de porteur majoritaire, et le type N peut atteindre un rendement plus élevé grâce à une durée de vie des porteurs plus longue combinée à une passivation avancée.
Figure 2 : Comparaison des coupes transversales PERC / TOPCon / HJT / BC
Quatre colonnes, chacune montrant la coupe transversale verticale d'une cellule, avec la position de la jonction PN marquée par un cercle en pointillés rouges. PERC et TOPCon ont leur jonction PN sur le devant, HJT a des hétérojonctions des deux côtés, et BC a sa jonction PN entièrement à l'arrière. Lecture de la chaîne d'approvisionnement : plus de couches signifie plus d'étapes de processus, ce qui signifie des défis de rendement plus importants. HJT a le moins de couches mais utilise des films minces à basse température, TOPCon a un nombre de couches modéré le plus proche des lignes existantes, et BC a la structure arrière la plus complexe.
Figure 3 : Carte des pertes d'efficacité solaire
La bataille des routes technologiques consiste principalement à améliorer les pertes dans les deuxième et troisième anneaux. Aucune technologie ne peut parfaitement résoudre toutes les pertes à la fois. Lecture de la chaîne d'approvisionnement : lorsque vous comparez l'écart d'efficacité entre deux technologies, demandez clairement de quelle couche de perte provient la différence, car cela détermine si l'écart est réel ou seulement un résultat de laboratoire, et s'il tient dans différentes conditions telles que la température élevée ou la faible luminosité.
Termes clés de ce numéro
| Terme | Anglais | Explication en une phrase | Pourquoi la chaîne d'approvisionnement devrait le savoir |
|---|---|---|---|
| PERC | Cellule arrière à émetteur passivé | Une couche de passivation ajoutée à l'arrière d'une cellule de type P pour réduire la recombinaison | Plus grande base installée, chaîne d'approvisionnement la plus mature, remplacement le plus facile |
| TOPCon | Contact passivé à oxyde tunnel | Une cellule de type N utilisant un oxyde tunnel pour réduire la recombinaison de contact | Route N-type actuelle dominante, surveiller le rendement et la pâte d'argent |
| HJT | Technologie hétérojonction | Hétérojonction silicium cristallin-amorphe avec passivation double face | Potentiel de rendement élevé, investissement en équipement important, surveiller l'utilisation d'argent et les cibles |
| BC/IBC | Contact Arrière / Contact Arrière Interdigité | Électrodes entièrement déplacées à l'arrière pour éliminer l'ombrage | Processus complexe, défi de rendement, contraintes de brevets |
| Passivation | Passivation | Recouvrir la surface du silicium avec une couche de matériau pour réduire les défauts et la recombinaison | La qualité de la passivation détermine la dégradation et la durée de vie |
| Pâte d'argent | Pâte d'argent | Pâte contenant de l'argent utilisée pour créer les lignes de grille conductrices | Le prix de l'argent affecte le coût des cellules, l'utilisation d'argent dans HJT est un point clé |
| LID | Dégradation induite par la lumière | La lumière provoque une baisse de rendement dans les modules de type P | Le LID doit être pris en compte dans la garantie des modules de type P |
| LeTID | Dégradation induite par la lumière et la température élevée | Dégradation due à la lumière et à la température élevée, que le type N peut également subir | Un point de dégradation clé pour les modules de type N |
Idées reçues courantes
Idée reçue 1 : TOPCon n'est qu'un PERC amélioré. Compréhension correcte : TOPCon utilise des plaquettes de type N (PERC utilise le type P), et le concept de conception de contact passivé est complètement différent de PERC. Bien que certaines lignes PERC puissent être mises à niveau vers TOPCon, ce sont deux générations de technologie.
Idée reçue 2 : HJT peut déjà remplacer entièrement TOPCon. Compréhension correcte : HJT a un rendement élevé et une température de processus basse, mais un investissement en équipement important, une consommation de pâte d'argent élevée (environ le double de celle de TOPCon) et un besoin en cibles. Chacun a ses scénarios d'utilisation et groupes de clients adaptés.
Idée reçue 3 : La technologie la plus efficace doit être la meilleure. Compréhension correcte : il faut examiner le coût total, y compris le rendement en production de masse, le coût des matériaux (surtout l'argent et les cibles), la dégradation, le coefficient de température, la réponse en faible luminosité et la stabilité de l'approvisionnement. Le rendement nominal n'est qu'une dimension de l'évaluation technique.
Idée fausse 4 : Un module BC n'a pas de grille frontale, donc son efficacité doit être la plus élevée. Compréhension correcte : BC déplace les électrodes à l'arrière, éliminant la perte d'ombrage frontal, mais le processus arrière est plus complexe et le chemin de résistance arrière est plus long. L'avantage d'efficacité de BC est clair dans des conditions spécifiques, mais il n'est pas optimal dans tous les scénarios.
Points clés de la chaîne d'approvisionnement
Choisir une route technologique équivaut à choisir la stabilité d'approvisionnement pour les 5 à 10 prochaines années.
Capacité et approvisionnement : PERC a la plus grande capacité mais est remplacé par TOPCon. Lors de l'évaluation des fournisseurs, examinez leur part de capacité de type N et leur progression de montée en puissance.
Dépendance à la pâte d'argent : l'argent est le deuxième poste de coût le plus important d'une cellule après la plaquette. La consommation d'argent de HJT est un goulot d'étranglement de coût que l'industrie surveille (la pâte d'argent à basse température est plus chère).
Dégradation et garantie : les modules de type N se dégradent généralement moins que ceux de type P, mais les performances LeTID varient selon les fabricants. Lors des négociations de garantie, obtenez la courbe de dégradation spécifique.
Correspondance des pièces de rechange : les modules de remplacement doivent correspondre à la route technologique d'origine et aux paramètres de lot. Connecter des modules avec des conceptions de jonction PN différentes en série provoque des pertes de désadaptation.
Risque de brevet : les brevets de la technologie BC sont concentrés dans quelques entreprises, donc la substitution nationale et le marché des pièces de rechange pour la chaîne d'approvisionnement peuvent être limités.
Note sur la chaîne d'approvisionnement : choisir une route technologique de modules ne concerne pas seulement l'efficacité et le prix d'aujourd'hui, mais une prédiction de la stabilité d'approvisionnement et de la disponibilité des pièces de rechange sur les 25 prochaines années. TOPCon est actuellement le choix à « haute certitude », HJT est le choix à « fort potentiel futur », et BC est le choix à « haute valeur dans des scénarios spécifiques ».
À retenir en une phrase
PERC répare l'arrière, TOPCon répare le contact, HJT répare l'interface, et BC répare l'ombrage. La logique sous-jacente de la concurrence entre ces quatre technologies est de rapiécer différents points de la carte des pertes d'efficacité, et votre décision d'achat est un équilibre multi-objectifs entre maturité, coût, efficacité et sécurité d'approvisionnement.
Point de vue d'Ooitech
Ooitech estime : PERC, TOPCon, HJT et BC ne sont pas une course pour un seul chiffre d'efficacité, mais quatre rapiéçages différents sur la carte des pertes d'efficacité, et le choix intelligent est celui qui équilibre maturité, coût, efficacité et sécurité d'approvisionnement à long terme.
