L'évolution de la cellule photovoltaïque en Chine

L'évolution technologique des cellules photovoltaïques

L'industrie photovoltaïque peut être divisée en matériaux de silicium, plaquettes de silicium, cellules, modules et systèmes photovoltaïques. Les matériaux de silicium et les plaquettes de silicium constituent l'amont de l'industrie, les cellules photovoltaïques et les modules photovoltaïques constituent le milieu de l'industrie, et l'aval est le système de production d'électricité. D'autres informations utiles peuvent être trouvées dans les 10 premiers fabricants de modules solaires dans le monde.

En tant que plus grand pays de l'industrie photovoltaïque, comment la Chine peut-elle réduire les coûts et accroître l'efficacité ? Le coût de la production d'électricité photovoltaïque est approximativement égal au coût des centrales photovoltaïques, dont les cellules photovoltaïques sont les composants clés, qui déterminent l'efficacité et le coût de la production d'électricité. Par conséquent, si vous voulez réduire les coûts et augmenter l'efficacité, le point de départ est la cellule photovoltaïque, et il faut constamment améliorer la recherche et le développement des cellules photovoltaïques. L'orientation de ces améliorations se divise grosso modo en deux types : l'un consiste à absorber davantage de lumière solaire et l'autre à convertir autant que possible l'énergie lumineuse en électricité.

Les cellules photovoltaïques sont principalement divisées en cellules au silicium cristallin et en cellules à couche mince du point de vue technique, et les cellules au silicium cristallin et les cellules à couche mince du point de vue technique, et les cellules à couche mince. silicium photovoltaïque occupent une place prépondérante sur le marché actuel. Les cellules en silicium cristallin sont classées en fonction des matériaux du substrat et peuvent être divisées en cellules de type P et cellules de type N. Les cellules de type P désignent les cellules dont le substrat est une plaquette de silicium de type P, et les cellules de type N désignent les cellules dont le substrat est une plaquette de silicium de type N. Les plaquettes de silicium de type P ont un processus de fabrication simple et sont peu coûteuses. Les plaquettes de silicium de type P ont un processus de fabrication simple et un faible coût, tandis que les plaquettes de silicium de type N ont généralement une durée de vie plus longue et une efficacité cellulaire plus élevée, mais le processus est plus compliqué.

Cela s'explique principalement par le fait que les plaquettes de silicium de type N sont dopées avec des éléments de phosphore : Les plaquettes de silicium de type N sont dopées avec des éléments de phosphore, et le phosphore a une mauvaise compatibilité avec le silicium et est facilement distribué de manière inégale. Les plaquettes de silicium de type P sont dopées au bore, les coefficients de ségrégation du bore et du silicium sont équivalents, l'uniformité de la dispersion est facile à contrôler et le coût est plus faible. C'est pourquoi, à l'heure actuelle, les principaux produits de l'industrie photovoltaïque sont les plaquettes de silicium de type P, et les cellules de type P correspondantes sont plus nombreuses.

Batterie de type P

Les cellules de type P typiques sont les cellules BSF, les cellules PERC, les cellules PERC+, etc.

Dans ces catégories, elles sont apparues à des moments différents et le marché les a évaluées différemment. Les premières technologies de production d'énergie photovoltaïque étaient principalement basées sur les cellules BSF, puis la technologie des cellules PERC a commencé à remplacer la technologie BSF. Ensuite, la technologie des cellules PERC a été optimisée pour former la technologie PERC+.

Batterie BSF

Une fois la cellule BSF fabriquée sur la jonction PN de la cellule photovoltaïque en silicium cristallin, une couche P+ est préparée en déposant un film d'aluminium sur la surface de rétroéclairage de la plaquette de silicium, formant ainsi un champ arrière en aluminium.

L'aluminium présente de nombreux avantages en tant que champ électrique arrière, tels que la réduction du taux de conformité de la surface et l'augmentation de l'absorption des grandes longueurs d'onde, mais l'efficacité de la conversion photoélectrique des cellules à champ arrière en aluminium a également certaines limites.En termes de processus, la préparation de la batterie BSF doit passer par des liens tels que le nettoyage et la texturation, la jonction de diffusion, la gravure de déphosphoration du verre de silicate, le PECVD, la sérigraphie, le frittage, les tests et le tri.

Le processus de la batterie BSF est un processus général de préparation des feuilles de cellules photovoltaïques, et les améliorations ultérieures sont basées sur ce processus.

Batterie PERC

La batterie PERC est basée sur la batterie BSF traditionnelle, à laquelle ont été ajoutés deux processus de passivation de la face arrière et de démarrage au laser, et dont les performances ont été considérablement améliorées. L'équipement de base de l'application correspondante comprend une machine de nettoyage, une machine de texturation, un four de diffusion, une machine d'ablation laser, une machine de gravure, une machine PECVD, un équipement de sérigraphie, un four de frittage, une machine de triage d'essai, etc. Si un processus de polissage de la face arrière est ajouté, un nettoyeur de réservoir est également nécessaire.

Batterie de type N

Bien que les cellules PERC constituent actuellement le courant dominant, l'efficacité de la conversion photoélectrique des cellules de type N est plus élevée. Même si la technologie est difficile, les entreprises accélèrent la recherche et le développement afin de réduire les coûts et d'augmenter l'efficacité.
Les batteries de type N comprennent les batteries IBC, les batteries HJT, les batteries HBC et les batteries TOPcon.

Parmi elles, TOPcon et HJT sont les principaux itinéraires techniques, dont la production a déjà commencé à s'étendre. L'IBC et le HBC en sont encore au stade de l'expérimentation et de la vérification, c'est pourquoi on les qualifie de "technologies d'avenir".

Batterie TOPcon

La structure de la cellule TOPCon permet d'obtenir une passivation parfaite de la surface de la cellule. Elle utilise une couche d'oxyde ultra-mince et est également dopée avec du silicium en couche mince, tous deux pour des opérations d'amélioration de l'efficacité. Enfin, la limite théorique de son efficacité de conversion peut atteindre 26,6%. Par rapport à la cellule PERC, le processus TOPCon ajoute deux liens, la diffusion du bore et le dépôt de la couche de passivation du contact.

L'oxydation et le dépôt de polysilicium de type i par LPCVD constituent un lien majeur, qui se divise en deux sous-catégories : le processus de diffusion totale et le processus de phosphore. L'oxydation et le dépôt de polysilicium de type P par PECVD constituent un autre lien important. Cette méthode présente un processus plus court et devrait permettre de réduire considérablement les coûts, ce qui constitue également l'axe de développement de la technologie.

Batterie HJT

Les cellules HJT, également appelées cellules à hétérojonction, sont des cellules solaires hybrides et des cellules bifaciales.

Par rapport aux cellules PERC et TOPCon, le processus de fabrication des cellules HJT est considérablement raccourci, ce qui permet de réduire le temps de production et d'améliorer l'efficacité de la production. Le processus de préparation comprend probablement le nettoyage et la texturation, le dépôt de silicium amorphe, la préparation du film TCO et la sérigraphie. Le dépôt de silicium amorphe et la préparation du film TCO sont deux éléments clés, et il existe deux méthodes de préparation.

La méthode utilisée pour le dépôt de silicium amorphe est la PECVD ou la CAT-CVD. Par rapport à la première, la seconde offre une meilleure qualité de film et un meilleur effet de passivation sur les tranches de silicium, mais son uniformité est médiocre et le coût de maintenance est élevé. La méthode utilisée pour la préparation des membranes TCO est le PVD ou le RPD. Cette dernière technologie a une faible capacité de production d'équipements et un prix élevé. Actuellement, le brevet est détenu par Sumitomo Japan et bénéficie d'une protection. Relativement parlant, le premier procédé PVD a plus de chances de devenir un procédé courant.

Technologie future de la cellule photovoltaïque

Batterie IBC

Les cellules IBC, également appelées cellules à contact arrière interdigité, sont l'une des cellules solaires de grande surface à haut rendement et une cellule typique de type N. Les cellules à contact arrière comprennent les MWT, les EWT et les cellules IBC. Les cellules à contact arrière comprennent les cellules MWT, EWT et IBC. Le rendement de conversion des cellules MWT et EWT est limité, tandis que le rendement de conversion théorique des cellules IBC est plus élevé.

L'avant de la batterie IBC n'a pas de lignes de grille métalliques et les composants à l'arrière sont interdigités. Cette structure permet d'augmenter la zone de production d'énergie et d'améliorer l'efficacité de la production d'énergie. Les batteries IBC peuvent également être intégrées à la technologie des batteries HJT, c'est-à-dire aux technologies des batteries HJBC et HBC, avec des rendements de 25,1% et 25,6%, respectivement.

Cellule solaire à pérovskite

Les technologies TOPCon, HJT, IBC et autres ayant progressivement mûri et approché la limite théorique de leur efficacité de conversion photoélectrique, l'industrie a commencé à rechercher une nouvelle génération de technologies d'énergie solaire.

Si les batteries mentionnées ci-dessus sont toutes des batteries au silicium cristallin, il existe, selon une autre norme, des batteries à couches minces. Les cellules solaires en pérovskite sont l'une d'entre elles, qui utilisent des semi-conducteurs d'halogénure métallique en pérovskite comme couche absorbant la lumière pour absorber les photons, générer des paires d'électrons et alimenter la batterie.

Au début, la pérovskite faisait référence à un minéral métallique. Aujourd'hui, la pérovskite désigne généralement des cristaux ioniques dont la structure cristalline est identique ou similaire à celle du titanate de calcium. En tant que matériau de conversion photoélectrique, elle présente les avantages suivants :

Premièrement, l'efficacité de la conversion photoélectrique est très élevée. Au cours des dix dernières années, l'efficacité des cellules en pérovskite est passée de 3% à 28%. Certains laboratoires peuvent même atteindre une conversion de 31,3%, et le taux de croissance est beaucoup plus élevé que la vitesse de développement des batteries à base de silicium. En 13 ans, le processus de développement des batteries au silicium, qui a duré 40 ans, a été achevé. Deuxièmement, le coût de fabrication des matériaux est faible et la méthode de synthèse est simple. Troisièmement, il peut ajuster librement la bande interdite d'absorption de la lumière, augmentant ainsi l'efficacité de l'utilisation de l'énergie lumineuse, et même l'efficacité limite des cellules en tandem devrait dépasser 40%.

Toutefois, à l'heure actuelle, la technologie de préparation à grande échelle des couches de pérovskite n'est pas au point et la stabilité du matériau est également insuffisante. Si nous voulons poursuivre l'industrialisation, nous devons mener des recherches plus approfondies sur les performances et la stabilité des dispositifs.

Le paysage technologique actuel et la capacité de production des principales entreprises

Si l'on en juge par la structure actuelle de la concurrence sur le marché, la technologie TOPcon, parce qu'elle s'inscrit dans la même lignée que la technologie Perc de l'ère du type P, présente naturellement un degré élevé de certitude à court terme.

La technologie de rupture représentée par le HJT présente de nombreux avantages en termes de performances, mais les lignes de production et les processus ne sont pas compatibles avec l'ère Perc. En tant que technologie de plateforme, la fusion de la technologie HJT et de la technologie des batteries à pérovskite de la prochaine génération pour former une batterie tandem est plus aisée.

Dans l'ensemble, la technologie TOPcon présente des avantages évidents à court terme, et la technologie HJT gagne à l'avenir avec un plus grand potentiel. Les différentes voies technologiques ont des exigences différentes pour les différents équipements, et l'itération technologique affectera la demande d'équipement des fabricants, ce qui affectera également les performances des fabricants.

En bref, l'itération permet à la technologie de continuer à s'améliorer et aux produits de continuer à réduire les coûts et à augmenter l'efficacité, mais les fabricants correspondants devront également faire face à de nombreux risques dans le même temps.En ce qui concerne les fabricants, le marché précédent des équipements photovoltaïques était petit, allant d'un milliard à plusieurs milliards dans chaque segment, ce qui n'était pas très attrayant pour les fabricants extérieurs à l'industrie. Cependant, avec l'expansion progressive de l'échelle des équipements, davantage de fabricants d'équipements sont attirés par le marché, et la concurrence dans le secteur s'est également intensifiée.

À en juger par le processus de développement historique, l'industrie chinoise des cellules photovoltaïques s'est développée par itérations successives.

En 2021, la capacité installée cumulée de l'énergie photovoltaïque en Chine sera de 306,56 GW, soit une augmentation annuelle de 21%, ce qui la place au premier rang mondial depuis sept années consécutives. La production de modules photovoltaïques est de 182 GW, ce qui la place au premier rang mondial depuis 15 années consécutives. On peut constater que l'industrie photovoltaïque chinoise occupe une position de leader absolu dans le monde. Si l'on considère la capacité de production, en 2021, le modèle de concurrence de l'industrie chinoise sera formé par Tongwei, LONGi, Aixu et Trina Solar en Chine. Les 10 premiers fabricants de batteries solaires en ChineJA Solar, JinkoSolar, Runyang, etc.

Récemment, les rapports semestriels de différents secteurs ont également été publiés les uns après les autres. Je vais vous donner un aperçu des performances de ces entreprises au cours du premier semestre de l'année. L'action Tongwei, dont les performances ont doublé, est sur le point de produire en masse son TOPCon, qui devrait contribuer aux bénéfices excédentaires de l'activité cellulaire l'année prochaine. L'action Aixu, qui a réalisé des bénéfices, entrera bientôt dans la production de masse de sa batterie ABC, ce qui augmentera son activité.