Що таке PERC сонячні елементи та чому за ними майбутнє?

Под термином PERC подразумевается солнечный элемент с технологией пассивации задней поверхности кремниевой пластины. Дословно PERC (Passivated Emitter Rear Cell) – пассивированный эмиттер задний контакт. Поскольку термин достаточно сложный, то мы решили разобраться в этой статье, что представляют собой солнечные элементы, изготовленные с технологией PERC, и за счет чего они имеют более высокую эффективность.

Сама по себе технология не нова. Концепция PERC была представлена еще в 1984 году учёными университета нового южного Уэльса (Австралия). Как и многим другим технологиям, PERC пришлось ждать почти 30 лет, для того чтобы стать рентабельной и пойти в массовое производство.

Що таке технологія PERC?

У звичайному фотоелементі на тильній стороні наноситься шар алюмінію, що виконує функцію контактора для знімання струму. Алюміній наносять по всій задній поверхні кремнію, що забезпечує суцільний контакт. При виготовленні PERC елемента між кремнієм та алюмінієм наноситься діелектричний шар з мікроотворами, зробленими лазером.

PERC сонячний фотоелемент

В результаті контакт відбувається саме через ці мікроскопічні отвори. А шар діелектрика забезпечує функцію екрана відбивача.

Будова сонячного елемента з технологією PERC

За рахунок чього PERC сонячні елементи мають вищій ККД?

Є три основні причини, чому діелектричний шар збільшує ефективність сонячної панелі:

1. Збільшення поглинаючої здатності фотоелемента

Шар на задній частині сонячного елемента відбиває світло, яке проходить через нього назад усередину шарів кремнію. Це дозволяє збільшити кількість генерованих електронів.

Різні довжини хвиль спектру сонячного світла генерують електрони на різних рівнях структури сонячної комірки. Так, наприклад, короткі хвилі (синій колір) генерують електрони біля передньої поверхні фотоелемента, у свою чергу, довгі хвилі (червоне світло) генерують більше електронів біля тильного боку елементу.

Довжина хвилі сонячного спектру

Через це довгохвильовий спектр генерує мало електронів, оскільки поблизу тильного боку елемента просто поглинається заднім алюмінієвим контактом. Додатковий шар сприяє відображенню цих променів і дозволяє згенерувати більше електронів поблизу тильного контакту.

Відбиття сонячних променів у сонячному елементі PERC

Особливо збільшення до продуктивності відбувається в ранковий і вечірній час, а також у похмуру погоду. Оскільки більша кількість короткохвильового випромінювання синього світла (у спектрі довжин хвиль від 450 до 495 нм) у цей час поглинається в атмосфері. Це відбувається через те, що короткохвильовий спектр має більш довгий шлях до поверхні Землі, ніж спектр довгохвильового випромінювання.

Поглинаюча здатність сонячних елементів PERC

2. Зниження небажаного перегріву у PERC сонячному елементі

Кремнієві сонячні елементи не поглинають світло із довжиною хвилі понад 1180 нанометрів. У стандартних сонячних елементах це світло поглинається заднім алюмінієвим шаром і перетворюється на тепло. Як відомо, нагрівання знижує ефективність сонячних елементів. Діелектричний шар відбиває більшу кількість світла з довжиною хвилі понад 1180 нм і допомагає сонячному елементу працювати більш ефективно за рахунок меншого перегріву.

Здатність сонячних елементів PERC відбивати сонячні промені

3. Відбиття електронів у зону p-n переходу

Крім додаткової генерації електронів та зменшення перегріву фотоелемента PERC, технологія сприяє відбиттю вже згенерованих електронів у зону p-n переходу.

Зниження рекомбенації у сонячному елементі PERC

Вибитий фотоном електрон під впливом сонячного світла може вільно «блукати» шаром кремнію і в деяких випадках просто поглинатися на тильному контакті елемента без участі в p-n переході. Цей процес називають рекомбінацією у фотоелементі. Діелектричний шар відображає електрони так само, як сонячні промені і дає більшій кількості електронів можливість знайти «дірку» для забезпечення фотоефекту. І це також збільшує продуктивність сонячної панелі.

PERC сонячні елементи – потенціал виробництва

Окрім більш високої ефективності, сонячні елементи PERC мають високий економічний потенціал. Однак, для того, щоб PERC сонячні модулі стали дешевшими за звичайні, знадобиться суттєве збільшення виробничих потужностей.

Оскільки PERC сумісний з існуючим обладнанням для виробництва технології, перехід на нову технологію для виробників буде нескладним. Зараз спостерігається зростання виробництва PERC модулів, яке за прогнозами збільшуватиметься і надалі.

Сонячні елементи, виготовлені за технологією PERC, мають ефективність понад 20%. Це забезпечує їм перевагу в порівнянні зі стандартними сонячними кремнієвими елементами, що мають ККД близько 17-19%. Ця різниця в ефективності додає 3-5 Вт номінальної потужності для модуля PERC з 60 сонячними елементами..