Celle solari di tipo P o celle solari di tipo N: quale tecnologia scegliere?

Sommario:
1.Differenze fondamentali tra celle solari di tipo N e di tipo P
2.Vantaggi e svantaggi delle celle solari di tipo N e P
3.Celle solari di tipo N VS. Celle solari di tipo P
4.Applicazioni delle celle solari di tipo N e delle celle solari di tipo P
5.Pannello solare di tipo N o P, quale scegliere?

Una cella solare standard in silicio cristallino (c-Si) è un wafer di silicio che è stato drogato con varie sostanze chimiche per promuovere la produzione di energia. La distinzione fondamentale tra celle solari di tipo P e di tipo N è il numero di elettroni. Una cella di tipo P spesso dosa il suo wafer di silicio con il boro, che ha un elettrone in meno rispetto al silicio (e quindi la cella è caricata positivamente). Una cella di tipo N è drogata con fosforo, che contiene un elettrone in più rispetto al silicio (rendendo la cella carica negativamente).

Celle a energia solare di tipo N
Le celle solari di tipo N utilizzano come materia prima wafer di silicio di tipo N e sono prodotte con varie tecniche, tra cui TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer), PERT/PERL (Passivated Emitter Rear Totally Diffused/Passivated Emitter Rear Locally Diffused), IBC (Interdigitated Back Contact) e così via. La regione c-si di un pannello solare di tipo N è caricata negativamente a causa del drogaggio al fosforo del wafer. Lo strato emettitore superiore è carico negativamente a causa del drogaggio del boro.

Celle a energia solare di tipo P

Le celle solari di tipo P utilizzano wafer di silicio di tipo P come materia prima e sono prodotte principalmente con la tradizionale tecnologia Al-BSF (Aluminum Back Surface Field) e la tecnologia PERC (Passivated Emitter Rear Contact). I pannelli solari di tipo P hanno un'importante area di c-si in massa che è caricata negativamente a causa del drogaggio di boro. Lo strato emettitore superiore è caricato positivamente grazie al drogaggio con fosforo. La tecnologia PERC è più comunemente utilizzata sul mercato.

Nel complesso, le celle di tipo N presentano i seguenti vantaggi e svantaggi, descritti in dettaglio di seguito.

Vantaggi:

1. Non sono soggette alla degradazione indotta dalla luce.
2.Lunga aspettativa di vita
3.Maggiore efficienza di conversione rispetto alle celle di tipo P

Svantaggi:

1. Più costose
2.Più costoso
3.Piccola quota di mercato

Per riassumere brevemente, le celle di tipo P presentano i seguenti vantaggi e svantaggi, descritti più dettagliatamente di seguito.

Vantaggi:

1. Costi più bassi
1.Costi inferiori
2. Ampiamente disponibili
3.Elevata immunità alle radiazioni

Svantaggi:
1.Soffrono del difetto di degradazione indotta dalla luce (LID)
2. Non è durevole come le celle solari di tipo N.

(1) In termini di tasso di bifaccialità, le celle solari di tipo N hanno un tasso di bifaccialità più elevato rispetto alle celle solari di tipo P. La cella PERC (tipo P) ha un tasso bifacciale del 75%, TOPCon (tipo N) ha un tasso bifacciale dell'85% e HJT (tipo N) ha un tasso bifacciale del 95% circa. Più alto è il tasso bifacciale, maggiore è il guadagno in termini di produzione di energia sul retro del modulo, in particolare nelle centrali fotovoltaiche con elevata riflettività superficiale.

(2) In termini di coefficiente di temperatura, le celle PERC hanno uno dei valori più bassi, pari a -0,37%/°C, le celle TOPCon hanno uno dei valori più alti, pari a -0,29%/°C, e le celle HJT hanno uno dei valori più bassi, pari a 0.24%/°C. Le celle di tipo N hanno un coefficiente di temperatura inferiore rispetto alle celle di tipo P, quindi sono meno influenzate dalle alte temperature, con conseguenti maggiori prestazioni di generazione di energia e idoneità per luoghi con condizioni di irraggiamento superiori.

(3) In termini di attenuazione, i wafer di silicio di tipo N sono drogati di fosforo e hanno un contenuto di boro molto basso, quindi la degradazione della luce (LID) generata dalle coppie di boro e ossigeno è praticamente inesistente. Il modulo PERC presenta un'attenuazione del 2%-2,5% nel primo anno e dello 0,45%-0,55% nell'anno successivo, il modulo TOPCon presenta un'attenuazione dell'1% nel primo anno e dello 0,40% nell'anno successivo e il modulo HJT presenta un'attenuazione dell'1% nel primo anno e dello 0,25% nell'anno successivo. A parità di potenza di uscita complessiva, l'intero ciclo di vita della generazione di energia di un modulo di tipo N è superiore a quello di un modulo PERC e lo spazio premium è maggiore.

(4) In termini di efficienza di generazione di energia, le celle di tipo N hanno una vita oligomerica più lunga rispetto alle celle di tipo P, il che può migliorare significativamente la tensione a circuito aperto della batteria e portare a una maggiore efficienza di conversione della batteria. Il boro, utilizzato nelle celle di tipo P, ha prestazioni sufficienti ma presenta notevoli svantaggi. Ad esempio, provoca la degradazione indotta dalla luce (LID), che compromette l'efficacia dei pannelli solari di circa l'1,5% dopo i primi giorni di esposizione al sole. Questo effetto LID non è una truffa. Viene calcolato in base al wattaggio dei pannelli. Tuttavia, riduce l'efficienza ed è uno dei motivi per cui le persone sono spesso troppo fiduciose sulla quantità di elettricità che i loro nuovi sistemi solari potrebbero creare. I pannelli solari di tipo N possono raggiungere livelli di efficienza fino al 25,7%, contro il 23,6% dei pannelli di tipo P. Un'elevata efficienza di conversione può aumentare la produzione di energia per unità di superficie, riducendo al contempo i costi di produzione dell'energia fotovoltaica.

(5) Per quanto riguarda l'effetto in condizioni di scarsa illuminazione, le batterie di tipo N hanno una migliore risposta spettrale in condizioni di scarsa illuminazione, un tempo di lavoro effettivo più lungo e possono generare elettricità in periodi di bassa intensità di irraggiamento, come la mattina e la sera, i giorni nuvolosi e piovosi, con una migliore economia rispetto alle batterie di tipo P.

(6) In termini di costi, il prezzo delle celle solari è recentemente diminuito: le celle di tipo P costano circa 0,081 euro/W e le celle di tipo N costano circa 0,088 euro/W. Le celle solari di tipo P hanno un vantaggio in termini di prezzo rispetto alle celle solari di tipo N. Ciò è dovuto al fatto che i pannelli solari di tipo P esistono da molto più tempo e sono disponibili più tecnologie di produzione per creare questi pannelli solari di tipo P a un costo inferiore rispetto ai pannelli solari di tipo N.

(7) Se si confronta la durata complessiva, i pannelli solari di tipo N hanno una durata maggiore rispetto a quelli di tipo P a causa della loro struttura. I materiali delle celle solari in Si (silicio) di tipo N hanno un contenuto di boro estremamente basso e gli effetti di degradazione indotti dalla luce causati dalle coppie boro-ossigeno possono essere ampiamente ignorati. Di conseguenza, le celle solari di Si di tipo N possiedono una durata di vita dei portatori minoritari più lunga rispetto alle celle solari di Si di tipo P. Questi vantaggi fanno sì che le celle solari di Si di tipo N abbiano una durata maggiore e un'efficienza più elevata.
   
(8)Sebbene la prima cella solare inventata dai Bell Labs nel 1954 fosse di tipo N, la struttura di tipo P è diventata più dominante a causa della richiesta di tecnologie solari nello spazio. Le celle di tipo P si sono dimostrate più resistenti alle radiazioni spaziali e alla degradazione.

Creazione di un modulo solare dalla materia prima al prodotto finito. Immagine per gentile concessione di PVInsights.com

Prima del 2016, la quota di mercato della tecnologia delle celle back-site field (BSF) in alluminio come prima generazione di celle fotovoltaiche era superiore al 90%. A partire dal 2016, le celle PERC hanno iniziato a decollare e, al 19° anno, hanno eclissato la tecnologia BSF diventando la seconda generazione di celle fotovoltaiche mainstream, con una quota di mercato fino al 65%.

Le celle PERC sono una tecnologia di celle con passivazione dell'emettitore e del retro che utilizza una pellicola di passivazione per passivare il retro, rafforzando la retro riflessione interna della luce nella base di silicio, riducendo il tasso di composto del retro e aumentando l'efficienza della cella. Attualmente, la tecnologia delle batterie PERC è più matura e conveniente, ma l'efficienza della produzione di massa ha raggiunto il 23,2%, avvicinandosi gradualmente all'efficienza limite teorica del 24,5% circa, l'efficienza dello spazio ristretto per la mobilità verso l'alto e le batterie di tipo P, a causa del fenomeno dell'attenuazione della luce ricca di boro, non possono essere completamente risolte, il produttore dovrà affrontare l'investimento del tasso di beneficio marginale del tasso di diminuzione dell'effetto dello sviluppo delle batterie di tipo P è uno spazio molto limitato.

Con la crescita della domanda di mercato per l'efficienza di conversione delle batterie, i produttori di fotovoltaico hanno iniziato a creare un limite di efficienza di conversione più elevato della prossima generazione di tecnologia delle batterie: le batterie ad alta efficienza di tipo N. Le batterie di tipo N a TOPCon, HJT, IBC come rappresentante della conversione ad alta efficienza, anti-degradazione, basso coefficiente di temperatura, tasso di doppia faccia di alti vantaggi, che è favorevole a migliorare il guadagno di generazione di energia fotovoltaica, riducendo il costo dell'energia elettrica, e ridurre il costo dell'energia elettrica. Il fotovoltaico è in grado di aumentare il guadagno della produzione di energia fotovoltaica e di ridurre i costi di produzione dell'energia elettrica e ha un'ampia promessa di sviluppo, ma è ancora nelle prime fasi di industrializzazione a causa degli elevati costi di investimento.

Secondo la China Photovoltaic Industry Association, nel 2022 la nuova linea di produzione era ancora dominata dalle linee di produzione di celle PERC. Tuttavia, nella seconda metà dell'anno, una parte della capacità produttiva di celle di tipo N è stata rilasciata e la quota di mercato delle celle di tipo P si è ridotta all'87,5%, mentre la quota di mercato delle celle di tipo N è gradualmente aumentata al 9,1%. Man mano che i vantaggi delle celle di tipo N venivano riconosciuti, esse diventavano sempre più popolari e venivano utilizzate da un maggior numero di persone. Pertanto, si prevede che l'applicazione delle celle di tipo N supererà quella delle celle di tipo P nel prossimo futuro.

Secondo l'International Technology Roadmap for Photovoltaics (ITRPV), le celle mono-c-Si di tipo P controlleranno circa il 30% del mercato fino al 2028, mentre le celle mono-c-Si di tipo N saliranno a circa il 28% da appena il 5% del 2017. Questo corrisponde al desiderio dell'industria di avere ulteriori moduli ad alta efficienza, quindi i clienti del solare possono aspettarsi di vedere più progetti di tipo N sul mercato.

Quota di mercato delle celle solari di tipo p e di tipo n. Crediti: ITRPV

Al momento di scegliere i componenti per il vostro nuovo impianto solare, dovete innanzitutto decidere se i pannelli solari di tipo N o P sono adatti a voi. Nel decidere tra pannelli solari di tipo P e N, bisogna considerare il budget, il fabbisogno energetico e lo spazio disponibile per l'installazione.

Per quanto riguarda il semplice costo dell'installazione, i pannelli solari di tipo N saranno più costosi di quelli di tipo P. Per quanto riguarda il fabbisogno energetico, i pannelli solari di tipo N saranno in grado di produrre più energia rispetto ai pannelli di tipo P, grazie al loro maggiore livello di efficienza.

La quantità di spazio disponibile per l'installazione dei pannelli avrà un impatto significativo sulla tipologia scelta. Se non avete molto spazio a disposizione ma avete un grande fabbisogno energetico, dovreste scegliere il pannello solare di tipo N, che avrà un livello di efficienza maggiore.

Se invece avete a disposizione uno spazio più ampio per l'installazione e siete più preoccupati per il prezzo, potete optare per i pannelli solari di tipo N, che sono leggermente meno efficienti ma più economici per un normale proprietario di casa.

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Riferimento:

N ͅ P Ҫ - OFWeek . (n.d.). https://solar.ofweek.com/2023-03/ART-260001-11000-30589962.html

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N غ P ص - OFWeek . (n.d.). https://solar.ofweek.com/2023-03/ART-260006-11000-30589634.html

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https://zhuanlan.zhihu.com/p/486612755

Akcome Classroom | The difference between P-type and N-type solar cells, do you know? Akcome News_Media Centre_Zhejiang Akcome New Energy Technology Co. (n.d.). https://www.akcome.com/news_list/589.html

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