Evolución de la célula fotovoltaica en China

La evolución tecnológica de la célula fotovoltaica

La industria fotovoltaica puede dividirse en materiales de silicio, obleas de silicio, células, módulos y sistemas fotovoltaicos, entre los cuales los materiales de silicio y las obleas de silicio son la fase inicial de la industria, las células fotovoltaicas y los módulos fotovoltaicos son la fase intermedia de la industria, y la fase final es el sistema de generación de energía. Encontrará más información útil en 10 principales fabricantes de módulos solares en el mundo.

Siendo el mayor país de la industria fotovoltaica, ¿cómo puede China reducir costes y aumentar la eficiencia? El coste de la generación de energía fotovoltaica es aproximadamente igual al coste de las centrales fotovoltaicas, de las que las células fotovoltaicas son los componentes clave, que determinan la eficiencia y el coste de la generación de energía. Por lo tanto, si desea reducir los costes y aumentar la eficiencia, el punto de partida es la célula fotovoltaica, y actualizar constantemente la investigación y el desarrollo de células fotovoltaicas. Su dirección de actualización se divide a grandes rasgos en dos tipos: uno es absorber más luz solar, y el otro es convertir la energía luminosa en electricidad tanto como sea posible.

Desde el punto de vista técnico, las células fotovoltaicas se dividen principalmente en células de silicio cristalino y células de capa fina. fotovoltaica de silicio ocupan el primer puesto absoluto en el mercado actual. Las células de silicio cristalino se clasifican según los materiales del sustrato y pueden dividirse en células de tipo P y células de tipo N. Las células de tipo P se refieren a células con obleas de silicio de tipo P como sustratos, y las células de tipo N se refieren a células con obleas de silicio de tipo N como sustratos. Las obleas de silicio de tipo P tienen un proceso de fabricación sencillo y bajo coste, mientras que las obleas de silicio de tipo N suelen tener una vida útil más larga y una mayor eficiencia celular, pero el proceso es más complicado.

Esto se debe principalmente a que: Las obleas de silicio de tipo N están dopadas con elementos de fósforo, y el fósforo tiene poca compatibilidad con el silicio y se distribuye fácilmente de forma desigual. Mientras que las obleas de silicio de tipo P están dopadas con boro, los coeficientes de segregación del boro y el silicio son equivalentes, la uniformidad de la dispersión es fácil de controlar y el coste es menor. Por lo tanto, en la actualidad, los principales productos de la industria fotovoltaica son las obleas de silicio de tipo P, y hay más células de tipo P correspondientes.

Batería tipo P

Las células de tipo P típicas incluyen células BSF, células PERC, células PERC+ y similares.

En estas categorías, aparecieron en momentos diferentes, y el mercado las evaluó de forma distinta. La primera tecnología de generación de energía fotovoltaica se basaba principalmente en células BSF, y después la tecnología de células PERC empezó a sustituir a la tecnología BSF. Después, la tecnología de células PERC se optimizó para formar la tecnología PERC+.

Batería BSF

Una vez fabricada la célula BSF en la unión PN de la célula fotovoltaica de silicio cristalino, se prepara una capa P+ depositando una película de aluminio en la superficie de retroiluminación de la oblea de silicio, formando así un campo posterior de aluminio.

El aluminio tiene muchas ventajas como campo eléctrico trasero, tales como la reducción de la tasa de cumplimiento de la superficie y el aumento de la absorción de longitudes de onda larga, pero la eficiencia de conversión fotoeléctrica de células de campo trasero de aluminio también tiene ciertas limitaciones.En términos de proceso, la preparación de la batería BSF tiene que pasar por eslabones tales como la limpieza y texturizado, unión de difusión, grabado dephosphorization vidrio de silicato, PECVD, serigrafía, sinterización, pruebas y clasificación.

El proceso de la batería BSF es un proceso general de preparación de láminas de células fotovoltaicas, y las mejoras posteriores se basan en este proceso.

Batería PERC

La pila PERC se basa en la pila BSF tradicional, añadiendo dos procesos de pasivación trasera y arranque por láser, y el rendimiento se ha mejorado notablemente. El equipo básico de aplicación correspondiente incluye máquina de limpieza, máquina de texturizado, horno de difusión, máquina de ablación láser, máquina de grabado, PECVD, equipo de serigrafía, horno de sinterización, máquina de clasificación de pruebas, etc. Si se añade un proceso de pulido de la cara posterior, también se requiere un limpiador de tanques.

Batería tipo N

Aunque las células PERC son actualmente la corriente dominante, la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células de tipo N es superior. Aunque la tecnología es difícil, las empresas aceleran la investigación y el desarrollo para reducir costes y aumentar la eficiencia.
Las baterías de tipo N incluyen las baterías IBC, las baterías HJT, las baterías HBC y las baterías TOPcon.

Entre ellas, TOPcon y HJT son las principales vías técnicas, que ya han empezado a ampliar la producción. Mientras que IBC y HBC están aún en fase experimental y de verificación, por lo que se denominan "tecnologías de futuro".

Batería TOPcon

La estructura de la célula TOPCon puede lograr una pasivación perfecta de la superficie de la célula. Utiliza una capa de óxido ultrafina y también está dopada con silicio de capa fina, ambos para operaciones de mejora de la eficiencia. Por último, el límite teórico de su eficiencia de conversión puede alcanzar los 26,6%. En comparación con la célula PERC, el proceso TOPCon añade dos eslabones, la difusión del boro y la deposición de la capa de pasivación de contacto.

Un eslabón importante es la oxidación LPCVD y la deposición de polisilicio de tipo i, que se divide en dos subcategorías, una es el proceso de difusión completa y la otra es el proceso de fósforo. Otro eslabón importante es la oxidación y deposición por PECVD de polisilicio de tipo P. Este método tiene un flujo de proceso más corto y se espera que reduzca en gran medida los costes, que es también la dirección de desarrollo de la tecnología.

Batería HJT

Las células HJT, también conocidas como células de heterounión, son una célula solar híbrida y una célula bifacial.

En comparación con las pilas PERC y las TOPCon, el flujo de proceso de las HJT se acorta enormemente, lo que ayuda a reducir el tiempo de producción y a mejorar la eficiencia de la producción. Su proceso de preparación incluye probablemente la limpieza y texturización, la deposición de silicio amorfo, la preparación de la película TCO y la serigrafía. Entre ellos, la deposición de silicio amorfo y la preparación de la película TCO son dos eslabones clave, y existen dos métodos de preparación.

El método utilizado para la deposición de silicio amorfo es el PECVD o el CAT-CVD. En comparación con el primero, el segundo tiene una mayor calidad de película y un mejor efecto de pasivación sobre las obleas de silicio, pero su uniformidad es deficiente y el coste de mantenimiento es elevado. El método utilizado para la preparación de membranas de TCO es el PVD o el RPD. Esta última tecnología tiene una baja capacidad de producción de equipos y un precio elevado. Actualmente, la patente está en manos de Sumitomo Japón y tiene protección de patente. En términos relativos, es más probable que la primera PVD se convierta en un proceso mayoritario.

Futura tecnología de células fotovoltaicas

Batería IBC

Las células IBC, también denominadas células interdigitadas de contracontacto, son una de las células solares de gran superficie de alta eficiencia y una célula típica de tipo N. En este caso, las células de contacto posterior incluyen las células MWT, EWT e IBC. La eficiencia de conversión de las células MWT y EWT es limitada, y la eficiencia de conversión teórica de las células IBC es mayor.

La parte frontal de la batería IBC no tiene líneas de rejilla metálicas, y los componentes de la parte posterior están interdigitados. Esta estructura puede aumentar el área de generación de energía y mejorar su eficiencia. Las baterías IBC también pueden integrarse con la tecnología de baterías HJT, es decir, las tecnologías de baterías HJBC y HBC, con eficiencias de 25,1% y 25,6%, respectivamente.

Célula solar de perovskita

A medida que las tecnologías TOPCon, HJT, IBC y otras han ido madurando y acercándose al límite teórico de su eficiencia de conversión fotoeléctrica, la industria ha empezado a buscar una nueva generación de tecnologías de energía solar.

Si todas las anteriores son baterías de silicio cristalino, según otra norma existen las baterías de película fina. Las células solares de perovskita son una de ellas, que utilizan semiconductores de haluro metálico de perovskita como materiales de capa absorbente de luz para absorber fotones, generar pares de electrones y accionar la batería.

Al principio, perovskita se refería a un mineral metálico. Ahora, perovskita se refiere generalmente a cristales iónicos con una estructura cristalina igual o similar a la del titanato cálcico. Como material de conversión fotoeléctrica, presenta las siguientes ventajas:

En primer lugar, la eficiencia de conversión fotoeléctrica es muy alta. En los últimos diez años, la eficiencia de las células de perovskita ha aumentado de 3% a 28%. Incluso hay laboratorios que pueden alcanzar una conversión de 31,3%, y el ritmo de crecimiento es muy superior a la velocidad de desarrollo de las baterías basadas en silicio. En 13 años se ha completado el proceso de desarrollo de 40 años de las baterías basadas en silicio. En segundo lugar, el coste de fabricación del material es bajo, y el método de síntesis es sencillo. La tercera es que puede ajustar libremente el hueco de banda de absorción de la luz, con lo que aumenta la eficiencia de utilización de la energía luminosa, e incluso se espera que la eficiencia límite de las células en tándem supere los 40%.

Sin embargo, en la actualidad, la tecnología para la preparación a gran escala de capas de perovskita no está madura, y la estabilidad del material también es insuficiente. Si queremos seguir industrializando, tenemos que investigar más a fondo el rendimiento y la estabilidad de los dispositivos.

El panorama tecnológico actual y la capacidad de producción de las principales empresas

A juzgar por el patrón actual de competencia en el mercado, dado que la tecnología está en la misma línea que la tecnología Perc dominante en la era de tipo P, la tecnología TOPcon ha presentado naturalmente una alta certidumbre a corto plazo.

La tecnología disruptiva que representa la HJT tiene muchas ventajas en cuanto a rendimiento, pero las líneas y procesos de producción no son compatibles con la era Perc. Para los principales fabricantes de células, la producción a gran escala es temporalmente antieconómica.Como tecnología a nivel de plataforma, la fusión de la HJT y la tecnología de baterías de perovskita de próxima generación para formar una batería en tándem es más fluida.

En la actualidad, las tecnologías HJT y TOPCon han entrado en la fase de batalla real en el lado de la fabricación de células.En conjunto, la tecnología TOPcon tiene evidentes ventajas a corto plazo, y HJT gana en el futuro con mayor potencial.Diferentes caminos tecnológicos tienen diferentes requisitos para diferentes equipos, y la iteración tecnológica afectará a la demanda de equipos de los fabricantes, lo que también afectará al rendimiento de los fabricantes.

En resumen, la iteración hace que la tecnología siga mejorando, y que los productos sigan reduciendo costes y aumentando la eficiencia, pero los fabricantes correspondientes también se enfrentarán a muchos riesgos al mismo tiempo.En lo que respecta a los fabricantes, el mercado anterior de equipos fotovoltaicos era pequeño, y oscilaba entre mil y varios miles de millones en cada segmento, lo que no resultaba muy atractivo para los fabricantes ajenos al sector. Sin embargo, con la expansión gradual de la escala de los equipos, cada vez hay más fabricantes de equipos atraídos por entrar, y la competencia en el sector también se ha intensificado.

A juzgar por el proceso histórico de desarrollo, la industria china de células fotovoltaicas ha crecido y crecido en iteraciones.

En 2021, la capacidad instalada acumulada de energía fotovoltaica en China será de 306,56 GW, con un aumento interanual de 21%, ocupando el primer lugar en el mundo durante siete años consecutivos. La producción de módulos fotovoltaicos es de 182 GW, ocupando el primer puesto mundial durante 15 años consecutivos. Puede verse que la escala de la industria fotovoltaica china se sitúa en una posición de liderazgo absoluto en el mundo. Si se calcula en términos de capacidad de producción, en 2021, el patrón de competencia de la industria china estará formado por Tongwei, LONGi, Aixu, Trina Solar en 10 principales fabricantes de baterías solares en ChinaJA Solar, JinkoSolar, Runyang, etc.

Recientemente también se han publicado, uno tras otro, los informes semestrales de diversos sectores. Aquí les daré un inventario del rendimiento de estas empresas en la primera mitad del año. Las acciones de Tongwei, cuyo rendimiento se ha duplicado, están a punto de producir en masa su TOPCon, que se espera que aporte beneficios excesivos al negocio celular el año que viene. Aixu shares, que ha obtenido beneficios, pronto iniciará la producción en masa de su batería ABC, lo que aumentará su negocio.