Cellules solaires TOPCon : la nouvelle technologie de modules photovoltaïques dans l'industrie solaire

La technologie des cellules solaires utilisée pour fabriquer les modules photovoltaïques (PV) évolue constamment à mesure que de nouvelles technologies plus avancées et plus efficaces sont développées.Technologie de cellules solaires à contact passivé par oxyde tunnel (TOPCon)est un nouveau développement avec le potentiel de remplacer les panneaux solaires à émetteur passivé et à contact arrière (PERC) et à émetteur passivé à haut rendement et à diffusion arrière totale (PERT).

Cellules solaires TOPConreprésentent une technologie améliorée et plus efficace par rapport àCellules solaires PERC/PERT, présentant une structure très similaire.

Dans cet article, nous expliquerons des détails importants sur cette technologie, depuis les bases, la structure et la fabrication, la comparaison avec d'autres technologies populaires dans l'industrie solaire, les avantages et les inconvénients, et plus encore.

Table des matières

La technologie des cellules solaires TOPCon est l'une des dernières tendances de l'industrie solaire, développée comme une version améliorée et plus avancée de la technologie PERC/PERT. L'un des principaux avantages des cellules solaires TOPCon est quela structure n'est que légèrement différente des cellules solaires PERC/PERT, ce qui signifie que les fabricants peuvent utiliser pratiquement la même ligne de production avec quelques améliorations pour produire des cellules solaires TOPCon.

La technologie des cellules solaires TOPCon a été introduite pour la première fois en tant que concept en 2014 par l'institut de recherche allemand sur le photovoltaïque Fraunhofer ISE. Le projet conçu pour développer cette technologie s'est déroulé de 2013 à 2016, mais ce n'est qu'en 2019 que des entreprises comme Trina Solar l'ont mis à l'échelle en production. Comme la technologie des cellules solaires TOPCon s'est avérée être une mise à niveau réussie des cellules solaires PERC, de nombreuses autres entreprises, dont LONGi Solar, Suntech, Canadian Solar et bien d'autres, se sont intéressées à elle.

Le principal inconvénient de cette nouvelle technologie par rapport au PERC/PERT est que les cellules solaires TOPCon nécessitent une plus grande quantité d'argent (Ag) pour la production. Cette augmentation de l'argent se traduit par un prix de fabrication plus élevé ; cependant, de nouveaux développements pourraient s'avérer efficaces pour réduire la quantité d'argent requise, tout en offrant des rendements similaires, voire supérieurs, et en réduisant les coûts de production.

La technologie des cellules solaires TOPCon présente une structure et un processus de fabrication similaires à ceux des cellules solaires PERC, avec seulement quelques étapes supplémentaires. Dans cette section, nous expliquons comment ces deux fonctionnent :

Les cellules solaires TOPCon peuvent être fabriquées en tant que cellules solaires de type n ou de type p, mais la variation de type n s'est avérée plus efficace et résistante aux impuretés. Étant donné que les cellules solaires TOPCon sont une mise à niveau des cellules solaires PERC/PERT, il est important de comprendre la structure de cette nouvelle technologie.

Les cellules solaires PERT sont fabriquées avec une couche massive de silicium cristallin (c-Si) de type n en raison de sa qualité de surface supérieure et elle est couplée à une couche d'émetteur p+ pour créer la jonction pn. La couche émettrice est recouverte d'une couche passivante d'oxyde d'aluminium (Al2O3) et surmontée d'un revêtement de nitrure de silicium (SiNx) pour ses propriétés antireflets. Les cellules solaires PERC remplacent la couche absorbante par une couche massive de type p et un émetteur n+ pour la jonction pn.

La partie inférieure de la région en vrac est dopée avec du phosphore pour créer le champ de surface arrière, et elle est ensuite recouverte de SiNx similaire au sommet de la cellule. Le haut et le bas de la cellule solaire sont équipés de contacts en argent (Ag) ou en aluminium (Al) pour fermer le circuit lorsque la cellule est connectée à la charge ou à d'autres cellules au moment de la fabrication du panneau solaire PERC/PERT.

La structure de cellule solaire PERC/PERT s'est avérée assez efficace depuis son introduction sur le marché et sa mise en œuvre pour fabriquer des modules photovoltaïques, mais les chercheurs ont trouvé des moyens de l'améliorer et ont donc créé la cellule solaire TOPCon.

La structure de la cellule solaire TOPCon reprend la structure de base de la cellule solaire PERT maiscomprend une couche de dioxyde de silicium ultra-mince (SiO2) fonctionnant comme couche d'oxyde tunnel et remplace la couche de champ de surface arrière avec une couche de silicium polycristallin dopé au phosphore (n+ Poly-Si). Ces modifications ont amélioré l'efficacité en réduisant le processus de recombinaison grâce à la passivation dans les couches ajoutées.

L'une des meilleures choses à propos de la technologie des cellules solaires TOPCon est que le processus de fabrication est si similaire à celui des cellules solaires PERT que les fabricants n'auront qu'à faire un petit investissement pour mettre à niveau leur ligne de production existante. La plupart des équipements de fabrication peuvent rester les mêmes. Cela fait des cellules solaires TOPCon un excellent investissement pour les fabricants de modules PV PERC/PERT déjà sur le marché.

Une fois les cellules solaires TOPCon fabriquées, des caractérisations de courbes de cellules solaires IV sont effectuées pour évaluer leurs performances.

La technologie des cellules solaires TOPCon est assez prometteuse, ayant le potentiel de se développer rapidement au sein de l'industrie solaire. Lorsque l'on considère une nouvelle technologie montante comme celle-ci, il est important de l'analyser par rapport à d'autres technologies photovoltaïques populaires sur le marché. Dans ce cas, nous comparerons la technologie de cellules solaires TOPCon aux technologies de cellules solaires PERC et à hétérojonction (HJT).

La technologie des cellules solaires PERC occupe actuellement la première place, avec la part de marché la plus élevée de l'industrie solaire à 75 %, tandis que la technologie des cellules solaires HJT a commencé à être adoptée en 2019, sa part de marché n'était que de 2,5 % en 2021. TOPCon, qui est à peine présent sur le marché, représente déjà 8 % du marché du PV, mais il pourrait commencer à croître en 2023 alors que les principaux fabricants passeront de PERC/PERT à TOPCon.

Compte tenu des spécifications techniques, la technologie PERC est dépassée par les technologies de cellules solaires HJT et TOPCon. Alors que le PERC présente une efficacité de 24,5 % et un facteur de bifacialité de 70 %, TOPCon porte l'efficacité à 26,1 % et le facteur de bifacialité à 85 %, tandis que le HJT va encore plus loin avec une efficacité de 26,56 % et un facteur de bifacialité de 92 %. Le coefficient de température des cellules solaires PERC est pire que celui de TOPCon avec ses 0,3 %/ºC, tandis que les cellules solaires HJT vont encore plus bas à 0,21 %/ºC.

Les cellules solaires HJT peuvent sembler assez prometteuses, mais cette technologie présente des revers majeurs en raison du coût de production plus élevé des cellules solaires et de la ligne de production incompatible avec les technologies actuelles. C'est là que les cellules solaires TOPCon ont une longueur d'avance puisque la chaîne de production requise pour les cellules solaires TOPCon est pratiquement la même que PERC/PERT et le coût est également assez similaire.

Compte tenu de la similitude entre les spécifications techniques des cellules solaires HJT et TOPCon, mais compte tenu des revers de la technologie HJT, il est compréhensible que de grands fabricants comme Trina Solar, Jinko Solar, LONGi et d'autres optent pour les cellules solaires TOPCon au lieu de HJT. .

Les cellules solaires TOPCon présentent quelques différences par rapport aux cellules solaires PERC/PERT mais améliorent considérablement les performances. Dans cette section, nous présentons les avantages et les inconvénients des cellules solaires TOPCon.

La technologie des cellules solaires TOPCon est une mise à niveau des cellules solaires PERC/PERT, comportant deux étapes supplémentaires. Cette petite différence entre les deux technologies permet aux fabricants de cellules solaires PERC et PERT de passer à TOPCon en ajoutant seulement quelques équipements pour un petit investissement.

L'une des principales caractéristiques des panneaux solaires TOPCon est le rendement plus élevé obtenu. Selon l'institut Fraunhofer ISE, les gains d'efficacitépeut aller au-delà de 25% . Cela a déjà été prouvé par des fabricants de PV comme LONGi, Jinko Solar et d'autres, avec un rendement élevé de 26,1 %.

Les modules PV traditionnels présentent un coefficient de température de 0,4 %/℃-0,5 %/℃, tandis que les modules PV PERC fonctionnent mieux en prenant ce coefficient légèrement sous le cadre de 0,4 %/℃. Les modules PV TOPCon fabriqués par Jinko Solar, d'autre part, ont déjà prouvé qu'ils portaient le coefficient de température à moins de 0,3 %/℃, améliorant considérablement leurs performances dans de nombreux scénarios météorologiques extrêmes.

Le facteur bifacial pour les modules PV PERC a été déterminé en moyenne à environ 70 %. Les panneaux solaires TOPCon, d'autre part, ont prouvé qu'ils portaient le facteur bifacial jusqu'à 85 %. Ce facteur bifacial accru peut augmenter les gains de puissance jusqu'à 2 %.

La technologie des cellules solaires TOPCon est toujours confrontée à plusieurs défis dans le processus de fabrication. Certains d'entre eux incluent des opinions différentes sur la meilleure technique de dépôt de bore, des exigences différentes pour les conditions de salle blanche qui doivent être respectées et l'incapacité de l'émetteur sélectif actuel à s'appliquer à l'émetteur frontal TOPCon. Pour que l'industrie solaire progresse avec TOPCon, ces problèmes doivent être résolus.

Différentes entreprises mettant à niveau leurs lignes de production PERC/PERT vers des cellules solaires TOPCon ont emprunté des voies différentes, mais comme la production de masse est limitée, la feuille de route pour cette technologie est toujours en cours de développement. Alors que de grandes entreprises comme Trina Solar, LONGi et d'autres commencent à s'attaquer à des problèmes majeurs et à trouver des moyens optimaux de produire des cellules solaires TOPCon, la feuille de route deviendra plus claire.

L'un des principaux problèmes des cellules solaires TOPCon est un besoin plus élevé d'argent pour imprimer les contacts sur la cellule. L'option idéale pour réduire les coûts serait d'augmenter l'efficacité tout en maintenant les coûts actuels. Il est impératif de réduire les coûts de cette technologie pour arriver sur le marché à des prix raisonnables.

Les tendances du marché sont passées au cours de la dernière décennie des panneaux solaires à champs de surface arrière (BSF) à la technologie des cellules solaires PERC, et maintenant il semble se déplacer vers les panneaux solaires TOPCon. Au départ, les panneaux solaires BSF dominaient le marché, mais les fabricants ont commencé à adopter la technologie des cellules solaires PERC et la part de marché a augmenté jusqu'à atteindre 40 % en 2018, et près de 75 % d'ici 2021. Étant donné que la technologie des cellules solaires TOPCon est une mise à niveau rentable de Cellules solaires PERC/PERT, cette nouvelle technologie pourrait bientôt dominer le marché.

En 2021, LONGi a annoncé un nouveau record de panneaux solaires de type n à haut rendement à 25,21 % avec la technologie de cellule solaire TOPCon. Peu de temps après, Jinko Solar a annoncé un record d'efficacité encore plus élevé à 25,4 %. En 2022, Trina Solar a battu le record avec une efficacité de 25,5 %, tandis que Canadian Solar a également atteint une efficacité élevée de 25,0 % la même année. Fin 2022, Jinko Solar a battu le record deux fois de suite, atteignant d'abord 25,7 % puis 26,1 %.

De nombreux fabricants de panneaux photovoltaïques commenceront à remplir le marché de panneaux solaires TOPCon au fur et à mesure qu'ils conçoivent et commercialisent leurs produits. LONGi a lancé ses panneaux solaires bifaciaux TOPCon au SNEC 2021, et Suntech a sorti sa série Ultra VPro en 2022, mais il semble que 2023 sera l'année où la plupart des fabricants de PV lanceront leurs produits. Jinko Solar a dévoilé trois variantes différentes de panneaux solaires TOPCon avec une puissance allant de 445W à 635W, Canadian Solar arrive également sur le marché avec des panneaux solaires allant jusqu'à 690W, et Trina Solar a dévoilé ses nouveaux panneaux solaires TOPCon allant jusqu'à 445W.

Ce ne sont que quelques-uns des plus grands fabricants, mais à mesure que la technologie progresse, d'autres grandes entreprises de l'industrie solaire lanceront également des panneaux solaires TOPCon. Il est fort possible qu'à mesure que la technologie des cellules solaires TOPCon devienne plus populaire, les panneaux solaires PERC commencent à céder la place à TOPCon pour augmenter sa part de marché et sa présence dans l'industrie.

La technologie des cellules solaires TOPCon est un produit révolutionnaire qui améliore la conception des panneaux solaires PERC/PERT.

Cette technologie a déjà fait ses preuves en atteignant des rendements proches de la limite de Shockley-Queisser pour les cellules solaires à jonction pn unique et en offrant de meilleures performances en général.

L'industrie solaire commence à se familiariser avec la technologie des cellules solaires TOPCon. LONGi a déjà lancé ses modules bifaciaux en 2021, mais la plupart des fabricants lanceront leurs panneaux solaires TOPCon à haut rendement du deuxième (Q2) au dernier trimestre (Q4) de 2023.

Il est possible qu'au début, la technologie des cellules solaires TOPCon ait des coûts légèrement plus élevés que les panneaux solaires PERC/PERT, mais les analystes s'attendent à ce que le coût des panneaux solaires TOPCon soit inférieur au coût actuel de la technologie des cellules solaires PERC.

La voie de la technologie des cellules solaires TOPCon n'est pas non plus entièrement exempte de concurrence. Il existe d'autres technologies présentant un grand potentiel intéressant pour aller à l'encontre de cette technologie nouvellement mise à niveau, notamment le HJT au fur et à mesure de son développement, et la technologie des cellules solaires à contact arrière interdigité (IBC).

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