En 2022, la technologie des cellules de type N est sortie du laboratoire et a ouvert la première année de production de masse, avec une plus grande augmentation de l'efficacité des cellules solaires. En novembre de l'année dernière, l'efficacité de conversion de la cellule à hétérojonction de silicium développée indépendamment par LONGi Green Energy a atteint 26,81 %, établissant ainsi le plus haut record du monde pour l'efficacité des cellules solaires à base de silicium. Les cellules de type n devraient devenir le leader de la prochaine génération de technologie PV et remplacer progressivement les cellules de type p.
Histoire du développement des cellules P
Les cellules de type P font principalement référence aux cellules BSF et aux cellules PERC. avant 2014-2015, la technologie des cellules PV était dominée par les cellules BSF, monocristallines ou polycristallines, avec une passivation de l'aluminium sur la face arrière. après 2015, les cellules PERC se sont développées. la face arrière des cellules PERC n'est pas seulement une passivation de l'aluminium, mais aussi principalement une passivation de l'oxyde d'aluminium et du nitrure de silicium, ce qui permet d'éviter certains des problèmes précédents. Quelques défauts techniques. Grâce aux avantages du monocristallin en termes d'efficacité de conversion et de coûts de production, les cellules PERC sont devenues la technologie la plus efficace pour réduire rapidement les coûts énergétiques des systèmes. Au cours des deux années suivantes, l'ensemble du marché s'est progressivement tourné vers la technologie PERC. D'ici 2022, la proportion de produits à base de cellules PERC sur le marché mondial dépassera 90 %.
Actuellement, les cellules PERC ne sont pas si loin derrière, mais on prévoit que d'ici trois ans tout au plus, il sera difficile de concurrencer les cellules de type N, plus efficaces.
L'essor des cellules de type N
En juillet 2022, la cellule PERC G12 à haut rendement développée par Trina Solar a atteint un rendement maximal de 24,5 %, établissant ainsi un nouveau record mondial. Et 24,5% est déjà la limite du rendement des cellules de type P.
Par rapport aux plaquettes de silicium de type P, les plaquettes de silicium de type N ont une durée de vie des porteurs supérieure d'au moins un ordre de grandeur, pourquoi ? En effet, les plaquettes de type N sont principalement dopées au "phosphore", de sorte qu'aucune paire bore-oxygène (principale cause de l'atténuation photogénique dans les cellules de type P) ne se forme dans le matériau, ce qui rend l'atténuation initiale induite par la lumière des cellules et modules de type N presque nulle. C'est la différence fondamentale entre les cellules N et les cellules P. De ce fait, la tension en circuit ouvert et le courant de court-circuit des cellules N sont considérablement augmentés, ce qui se traduit par un meilleur rendement de conversion des cellules.
Classification de la technologie des cellules N
Les cellules de type N présentent de nombreux avantages, notamment un rendement de conversion élevé, un taux biface élevé, un faible coefficient de température, l'absence de décroissance de la lumière, un bon effet de lumière faible et une plus longue durée de vie du support.
La technologie des cellules N peut être subdivisée en hétérojonction (HJT), TOPCon, IBC et autres types de technologie. Actuellement, les fabricants de cellules photovoltaïques choisissent principalement TOPCon ou HJT pour poursuivre la production de masse.
Le rendement théorique des cellules TOPCon de type N peut atteindre 28,7 %, tandis que le rendement théorique des cellules à hétérojonction peut atteindre 27,5 %.
TOPCon est une technologie basée sur le processus des "cellules N", qui a été développée pour réaliser un "passage par tunnel à travers la couche d'oxyde pour passiver le contact", et qui peut augmenter de manière significative le rendement de conversion des cellules N.
Premier avantage de TOPCon : haute efficacité
Selon des calculs théoriques, l'efficacité de la production de masse actuelle des batteries TOPCon est d'environ 23,7 à 23,8 %. Certains fabricants de batteries ont annoncé avoir atteint 24 % et plus, et de nombreuses entreprises, dont Zhonglai, ont atteint une efficacité de 25 % ou plus en laboratoire, ce qui laisse présager un avenir radieux.
Deuxième avantage TOPCon : le faible coût
TOPCon et PERC sont tous deux des procédés à haute température, et peuvent maximiser la conservation et l'utilisation des procédés traditionnels existants de l'équipement des cellules P, qui sont hautement compatibles avec les technologies des cellules et l'équipement des lignes de production. Si seul le processus PERC d'origine est mis à niveau, un investissement supplémentaire de 7 à 14 millions d'euros/GW est nécessaire, ce qui représente un meilleur coût marginal d'investissement que les autres voies de la technologie de type N. Les lignes de production de la technologie PERC sont l'application principale des cellules de type P, alors, face à la pression de l'amortissement des actifs des lignes de production PERC à grande échelle, il faut continuer à mettre à niveau et à transformer les équipements en lignes de production TOPCon. propice à la réduction du risque de naufrage.
À l'avenir, à mesure que le coût des matériaux autres que le silicium diminuera et que les rendements et les efficacités s'amélioreront, le TOPCon comblera rapidement l'écart de coût avec le PERC et deviendra une nouvelle génération de produits grand public.
Progrès de l'industrialisation de TOPCon
En raison de la grande capacité existante des cellules PERC, la nouvelle capacité PERC en 2019 est essentiellement réservée à l'interface TOPCon pour une transformation et une mise à niveau ultérieures. Et beaucoup des capacités de production actuelles de PERC des grandes usines de premier rang ont progressivement arrêté leur capacité de production.
Actuellement, les principales entreprises impliquées dans la technologie TOPCON sont : Longi, Zhonglai, JinkoSolar, Trina Solar, Orient Sunrise, etc., qui sont pour la plupart des entreprises intégrées verticalement. Parmi elles, Zhonglai est l'une des premières entreprises à mettre en place TOPCon, et le rendement moyen de conversion des lots de production de masse de cellules TOPCon de l'entreprise est de 24,2 %, certains produits atteignant 24,5 %.
Selon PVInfoLink et Tiburon New Energy, la capacité de production de TOPCon à l'échelle de l'industrie devrait dépasser 40 GW d'ici la fin 2022, et devrait atteindre environ 80 GW d'ici la fin 2023.
Le procédé HJT est très différent du TOPCon mentionné ci-dessus, qui est une mise à niveau de la ligne de production "P-cell". Par conséquent, de nombreux fabricants choisissent de continuer à mettre à niveau et à modifier le TOPCON afin de réduire les coûts. Alors, quels sont les avantages du HJT ?
Premier avantage de HJT : un processus court
Le processus de fabrication des cellules HJT ne comporte principalement que 4 étapes : la fabrication de la toison, le dépôt de silicium amorphe, le dépôt de TCO et la sérigraphie. Le flux de processus est beaucoup plus faible que les 10 pour PERC et les 12-13 pour TOPCON. Les nouveaux fabricants qui veulent entrer sur le marché aujourd'hui sont donc plus enclins à utiliser la technologie HJT. Cela donne aux nouveaux fabricants la possibilité de concurrencer les fabricants établis.
Deuxième avantage du HJT : un plus grand potentiel de développement
En laboratoire, le rendement de conversion de TOPCon est d'environ 24 %, tandis que le rendement de production en série des cellules de type N est généralement déjà supérieur à 24 %. Les cellules HJT peuvent utiliser du silicium nanocristallin dopé et du silicium microcristallin dopé sur les surfaces avant et arrière respectivement, et à l'avenir, le rendement de conversion pourra être porté à plus de 30 % en empilant des IBC et des chalcogénures.
Troisième avantage de la HJT : faible atténuation
Selon les données, les cellules HJT subissent une dégradation de 1 à 2 % la première année et de 0,25 % par an par la suite, ce qui est bien inférieur à la dégradation des cellules PERC (2 % la première année et 0,45 % par an par la suite). Par conséquent, les cellules HJT génèrent environ 1,9 % à 2,9 % de puissance par watt de plus que les cellules PERC double face tout au long de leur cycle de vie.
Progrès de l'industrialisation de la HJT
Les itinéraires des processus HJT et PERC sont complètement différents et ne peuvent pas être étendus, seules de nouvelles lignes de production peuvent être mises en service ; et le HJT n'est pas compatible avec les équipements de production PERC courants, de sorte que le fait d'utiliser déjà le processus PERC puis de passer au HJT entraînera des coûts de conversion plus élevés pour les entreprises. Par conséquent, la technologie HJT est plus favorable aux entreprises situées en dessous de la deuxième ou troisième ligne ou aux industries de nouvelle technologie, sans le bagage historique de la capacité.
Selon des statistiques incomplètes, la capacité et les plans d'expansion divulgués par 24 entreprises, dont CR Power, CNBM, Runyang, Huasheng New Energy et Akcome Technology, la planification de la future capacité de HJT a atteint 112 GW.
Parallèlement au ralentissement de l'amélioration de l'efficacité des cellules CRP du marché principal et à l'industrialisation des cellules à hétérojonction à base de plaquettes de type N, l'orientation du développement de l'industrie des cellules photovoltaïques change tranquillement. Les experts de l'industrie estiment que, par rapport aux autres voies technologiques, la technologie des cellules HJT présente de meilleurs taux de conversion et une marge de réduction des coûts. Elle est également plus adaptée à la combinaison avec des technologies telles que l'IBC et le minerai de titane calcique, une technologie connue dans l'industrie comme un candidat important pour la production commerciale de PV de prochaine génération.
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