Struttura delle celle solari HJT

La struttura della cella HJT, che sta per eterogiunzione con strato sottile intrinseco, nota anche come HIT, è una struttura a doppia faccia simmetrica. Al suo nucleo si trova il silicio cristallino di tipo N. Depositi sequenzialmente sul lato anteriore ci sono un sottile film di silicio amorfo intrinseco e un sottile film di silicio amorfo di tipo P, formando insieme una giunzione P-N. Al contrario, il lato posteriore della lastra di silicio è stratificato con un sottile film di silicio amorfo intrinseco e un sottile film di silicio amorfo di tipo N, creando un campo di superficie posteriore. A causa della scarsa conducibilità del silicio amorfo, gli ossidi conduttivi trasparenti (TCO) vengono depositati su entrambi i lati della cella per la conduzione. Infine, gli elettrodi a doppia faccia vengono formati utilizzando la tecnologia di stampa serigrafica.

Materiali e componenti delle celle solari HJT

Tre materiali chiave utilizzati nelle celle solari ad eterogiunzione sono il silicio cristallino (c-Si), il silicio amorfo (a-Si) e l'ossido di stagno e indio (ITO).

Silicio cristallino (c-Si)

Il silicio cristallino (c-Si) costituisce la spina dorsale dell'industria fotovoltaica (PV) in rapida evoluzione, comunemente utilizzato sotto forma di wafer cristallini per la produzione di celle solari omogiunione standard. Ci sono due tipi di c-Si: policristallino e monocristallino, ma solo il silicio monocristallino è considerato per le celle solari HJT a causa della sua maggiore purezza e, di conseguenza, maggiore efficienza.

Silicio amorfo (a-Si)

L'ossido di stagno e indio (ITO) è il materiale preferito per lo strato di ossido conduttivo trasparente (TCO) nelle celle solari ad eterogiunzione. La tecnologia di deposizione dei film di ossido conduttivo trasparente (TCO) è cruciale per le alte prestazioni dei dispositivi optoelettronici. Le caratteristiche di riflettività e conducibilità dell'ITO lo rendono uno strato di contatto esterno eccellente per le celle solari HJT.

Ossido di stagno e indio (ITO)

Negli anni '70 è stato scoperto che il silicio amorfo (a-Si) era adatto per la tecnologia fotovoltaica a film sottile e poteva fungere da semiconduttore nelle celle solari, rendendolo il secondo materiale più importante nella fabbricazione delle celle solari ad eterogiunzione. Anche se lo a-Si stesso ha difetti di densità, i processi di idrogenazione possono affrontare questi problemi, producendo silicio amorfo idrogenato (a-Si:H). Questo processo, che consente una più facile drogazione e una banda proibita più ampia, lo rende più adatto per la produzione di celle HJT.

Processo di produzione delle celle HJT

Il processo di produzione delle celle HJT è relativamente breve. Consiste principalmente in quattro fasi: texturing, deposizione di silicio amorfo, deposizione di ossido conduttivo trasparente (TCO) e stampa serigrafica. Questo è significativamente meno rispetto a PERC (10 passaggi) e TOPCON (12-13 passaggi). La deposizione di silicio amorfo utilizza principalmente il metodo PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition). Attualmente, ci sono due metodi per la deposizione del film TCO: deposizione reattiva al plasma (RPD) e deposizione fisica in fase vapore (PVD).

Come funzionano le celle solari HJT?

Il principio di funzionamento delle celle solari ad eterogiunzione è simile ad altri componenti fotovoltaici. Sotto l'effetto fotovoltaico, la principale distinzione di questa tecnologia risiede nell'uso di un materiale assorbente a triplo strato che combina tecnologie a film sottile e fotovoltaiche tradizionali. Questo processo coinvolge il collegamento di un carico ai terminali del modulo, dove i fotoni vengono convertiti in energia elettrica, generando una corrente che scorre attraverso il carico.

Per generare elettricità, i fotoni colpiscono l'assorbitore della giunzione P-N ed eccitano gli elettroni, facendoli muovere verso la banda di conduzione, creando così coppie elettrone-lacuna (e-l).

Gli elettroni eccitati sono raccolti dai terminali collegati allo strato drogato di tipo P, generando una corrente che scorre attraverso il carico.

Dopo essere passati attraverso il carico, gli elettroni tornano al punto di contatto posteriore della cella e si ricombinano con le lacune, completando quella particolare coppia e-l. Mentre il modulo genera elettricità, questo ciclo si ripete continuamente.

Un fenomeno noto come ricombinazione superficiale si verifica nei componenti fotovoltaici standard in silicio cristallino, limitandone l'efficienza. In questo processo, gli elettroni eccitati si accoppiano con le lacune sulla superficie del materiale, facendoli ricombinare, e gli elettroni non vengono raccolti per fluire come corrente.

Per ridurre la ricombinazione superficiale, le celle ad eterogiunzione utilizzano un sottile film semiconduttore passivante per separare i contatti attivi (Ohmici) altamente ricombinanti dai strati basati su wafer, presentando uno strato tampone fatto di uno strato di bandgap più ampio di a-Si:H. Questo strato tampone consente al flusso di carica di essere sufficientemente lento per generare alta tensione, ma abbastanza veloce per evitare la ricombinazione prima che gli elettroni siano raccolti, migliorando così l'efficienza delle celle ad eterogiunzione.

Nel processo di assorbimento della luce, tutti e tre gli strati semiconduttori assorbono fotoni e li convertono in energia elettrica.

I fotoni che arrivano per primi vengono assorbiti dallo strato esterno di a-Si:H, convertendoli in energia elettrica. Tuttavia, la maggior parte dei fotoni viene convertita dallo strato di c-Si, che ha l'efficienza di conversione dell'energia solare più alta tra i materiali nella cella. I fotoni rimanenti vengono infine convertiti dallo strato di a-Si:H sul retro del modulo. Questo processo a tre fasi è il motivo per cui le celle solari ad eterogiunzione a singola faccia raggiungono efficienze fino al 26,7%.

Vantaggi della tecnologia a eterogiunzione (HJT)

• l Alta Efficienza: Caratteristiche celle solari ad eterogiunzione (HJT) ad alta efficienza e tecnologia avanzata a metà cella, raggiungendo efficienze del modulo superiori al 22,87%.  
• l Celle di Grandi Dimensioni: Utilizza efficienti celle solari HJT da 210 mm, offrendo una maggiore superficie per l'assorbimento della luce solare e una maggiore produzione di energia in forma compatta. 
• l Bassa Degradazione: Le celle HJT evitano gli effetti di LID, LeTID e PID grazie a un film TCO non polarizzante, con una degradazione di potenza inferiore al 11,1% in 30 anni, garantendo un'uscita energetica stabile nel lungo termine.
• l Meni Processi: Il processo di produzione è più breve, coinvolgendo principalmente quattro fasi: texturing, deposizione di silicio amorfo, deposizione di TCO e stampa serigrafica; significativamente meno rispetto a PERC (10 fasi) e TOPCON (12-13 fasi).
• l Tecnologia a Film Sottile: L'eterogiunzione al silicio ad alta efficienza (HJT) combina tecnologie a silicio cristallino e a silicio amorfo a film sottile, offrendo eccezionali capacità di assorbimento della luce e passivazione.
• l Prestazioni Stabili ad Alte Temperature: Mostra il coefficiente di temperatura di potenza più stabile di -0,24%/°C, garantendo una produzione energetica stabile in ambienti ad alte temperature con una perdita di potenza minima e un miglioramento costante del rendimento.

l Guadagno di Potenza Aggiuntivo: Le celle HJT con strutture frontali e posteriori simmetriche e un design a griglia raggiungono un tasso di utilizzo del retro superiore al 95%, offrendo più del 30% di guadagno di potenza aggiuntivo rispetto a PERC e TOPCON.

l Prestazioni Superiori in Condizioni di Luce Bassa: Inserendo uno strato sottile intrinseco i-a-Si:H tra il silicio cristallino e il silicio amorfo drogato, le celle HJT passivano efficacemente i difetti superficiali del silicio cristallino, ottenendo una maggiore tensione a circuito aperto, uno spettro di assorbimento della luce più ampio e un avvio più rapido in condizioni di luce bassa.

l Processo a Bassa Temperatura: Le celle HJT utilizzano un film sottile a base di silicio per formare la giunzione pn, con temperature di processo di saldatura inferiori a 250°C, riducendo lo stress termico e i danni da alta temperatura alle celle. Nessun Taglio delle Celle: Il processo completo di fabbricazione a metà cella senza taglio delle celle riduce al minimo gli impatti da microcrepe.

l Alta Flessibilità: La struttura unica delle celle HJT migliora notevolmente la flessibilità delle celle, riducendo il rischio di microcrepe durante il trasporto e l'installazione e migliorando l'affidabilità delle centrali elettriche.

Confronto tra tecnologia HJT, TOPCon e PERC

I pannelli solari a eterogiunzione (HJT) hanno un alto rendimento bifacciale e bassi coefficienti di temperatura, migliorando l'efficienza e la produzione di energia, riducendo efficacemente il costo dell'elettricità. Sono particolarmente adatti per le aree in Europa con temperature estive più elevate e sono ideali per fotovoltaici agricoli, parcheggi solari e recinzioni fotovoltaiche.

Previsioni Future per le Celle Solari HJT

Date le molteplici vantaggi della soluzione a eterogiunzione (HJT), è probabile che sempre più aziende continueranno ad adottare questa tecnologia nel prossimo futuro. Poiché il processo di produzione HJT coinvolge quattro fasi in meno rispetto alla tecnologia PERC, ha il potenziale per risparmiare significativamente sui costi. Sebbene PERC sia stata la scelta popolare nell'industria per molti anni, il suo complesso processo di produzione non può competere con HJT. Inoltre, PERC non ha il vantaggio delle prestazioni ad alta temperatura di HJT.

Secondo il rapporto ITRPV 2019, ci si aspetta che le celle a eterogiunzione (HJT) guadagneranno una quota di mercato del 12% entro il 2026 e del 15% entro il 2029.

Riferimento:

https://www.kanekaenergysolutions.com/what-is-heterojunction-technology-hjt-in-the-solar-industry

https://solarmagazine.com/solar-panels/heterojunction-solar-panels/#Looking_into_the_future_of_heterojunction_technology

Pannelli solari HJT di Maysun Solar

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