معرفی فناوری‌های جدید سلول خورشیدی: PERC و ToPcon

آینده روشن انرژی؛ نگاهی به سلول‌های خورشیدی PERC و ToPcon

هر بار که نور خورشید روی پنل‌های خورشیدی می‌تابد، میلیاردها فوتون در تلاش‌ هستند تا به الکتریسیته تبدیل شوند؛ اما فقط بخشی از آن‌ها موفق می‌شوند. حالا در نظر بگیرید که فناوری‌هایی مثل سلول خورشیدی PERC و سلول خورشیدی ToPcon آمده‌اند تا این بازی را به نفع ما تغییر دهند. این نسل جدید از سلول‌های خورشیدی، با ساختار پیشرفته و لایه‌های بازتابی خاص، اجازه نمی‌دهند حتی یک پرتو بی‌دلیل از دست برود. در نتیجه بازدهی سلول خورشیدی به طرز چشمگیری افزایش می‌یابد و مسیر تولید برق پاک، کوتاه‌تر و اقتصادی‌تر شده است.

سلول خورشیدی PERC چیست؟

سلول خورشیدی PERC مخفف Passivated Emitter and Rear Contact”” است. این سلول خورشیدی نوعی نوآوری در طراحی سلول‌های سیلیکونی به‌شمار می‌آید که با اضافه کردن لایه‌ای خاص در بخش پشت سلول، تلفات الکترون‌ها را کاهش می‌دهد. نتیجه آن بهبود بازده تبدیل نور به برق است. در یک سلول خورشیدی PERC، پشت سلول با یک لایه پسیواسیون و همچنین نورهایی که ابتدا توسط سلول جذب نمی‌شوند، بازتاب داده می‌شوند تا فرصتی دوباره برای جذب شدن داشته باشند.

در طراحی سنتی زمانی که فوتون‌ها به لایه سیلیکون وارد و الکترون‌هایی آزاد می‌شوند، برخی از آن‌ها قبل از رسیدن به الکترود برگشتی بازگشت (recombination) می‌کنند و از دست می‌روند. اما در PERC با “پسیو شدن” سطح پشت و ایجاد ساختاری برای دور کردن الکترون‌ها از تماس مستقیم با سطح پشتی، این تلفات کاهش می‌یابد.

به‌طورکلی مهم‌ترین مزایای این فناوری عبارت‌اند از:

• افزایش بازدهی سلول خورشیدی تا حدود ۱–۳ واحد درصد نسبت به سلول‌های سیلیکونی معمولی
• کاهش تلفات الکترون با استفاده از لایه پاسیو پشت سلول
• بهبود عملکرد در نور کم نسبت به سلول‌های معمولی
• کاهش تاثیر گرما
• هزینه تولید پایین‌تر نسبت به فناوری‌های خیلی پیشرفته‌تر مثل TOPCon
• مناسب برای کاربردهای خانگی و صنعتی با فضای محدود

در واقع سلول خورشیدی PERC با اعمال لایه‌ای محافظ پشتی و بازتاب‌دهنده، نورهایی را که در بار اول جذب نمی‌شوند، دوباره به ساختار سلول برمی‌گرداند. در نتیجه می‌توان انرژی بیشتری از تابش خورشید به برق تبدیل کرد. این ویژگی آن را به گزینه‌ای جذاب برای کاربردهای صنعتی و خانگی تبدیل کرده است که می‌خواهد با فضای محدود بیشترین بازده را کسب کند.

معرفی فناوری ToPcon

فناوری سلول خورشیدی ToPcon  یا همان TOPCon: Tunnel Oxide Passivated Contact)) به‌عنوان یکی از نوآوری‌های پیشرو برای بهبود بازدهی انرژی شناخته می‌شود. این فناوری ساختاری پیچیده ولی هوشمند دارد. پشت سلول یک لایه نازک از اکسید سیلیکون (tunnel oxide) قرار می‌گیرد و بر روی آن لایه‌ای از سیلیکون پلی کریستالی (poly-Si) به‌عنوان تماس پسیو شده پیاده می‌شود. این ساختار جریان حامل‌های بار را با تلفات کمتر هدایت کرده و از بازترکیب الکترون‌ها جلوگیری می‌کند.

به‌طورکلی مهم‌ترین مزایای ToPcon نسبت به فناوری سلول خورشیدی قدیمی‌تر عبارت‌اند از:

• در دماهای بالاتر عملکرد پایدارتری ارائه می‌دهد
• امکان تولید بازدهی بالاتر از ۲۵ درصد را فراهم کرده است. برای مثال شرکت‌هایی مانند “LONGi” و “Jinko” به بازده‌های ۲۵.۴ درصد نیز دست یافته‌اند
• قابلیت بایفیشیالی و تولید انرژی از پشت پنل
• مناسب برای پروژه‌های بزرگ با فضای محدود و سرمایه‌گذاری بهینه
• کاهش تلفات الکترون و افزایش عملکرد در دماهای بالا

بنابراین وقتی از نوآوری در انرژی خورشیدی مانند ToPcon می‌شنویم، باید بدانیم که هدف این فناوری رسیدن به ترکیبی از بهره‌وری بالا، پایداری در شرایط محیطی متغیر و هزینه ساخت قابل قبول است تا تصویر تولید برق خورشیدی را به سمت اقتصادی‌تر شدن هدایت کند.

مقایسه بازدهی PERC و ToPcon

هر دو فناوری سلول خورشیدی PERC و فناوری سلول خورشیدی ToPcon در تلاش‌ هستند بازده تبدیل تابش به برق را بهبود بخشند. اما ToPcon با مزایای ساختاری و کاهش تلفات دست برتر را دارد. طبق مطالعات علمی اخیر، سلول‌هایی که به تولید انبوه رسیدند، حداکثر بازده گزارش‌ شده برای سلول‌های PERC در حدود ۲3.3 درصد بوده است؛ درحالی‌که سلول‌های TOPCon به بازدهی ۲۵.5 درصد رسیده‌اند.

همچنین در کارنامه عملکردی TOPCon نسبت به PERC مزیت‌هایی مثل ضریب بایفیشیالی بیشتر (معمولا ۸۰ درصد)  نسبت به PERC (۷۰ درصد) دارد که امکان تولید انرژی از پشت ماژول را افزایش می‌دهد. در جدول زیر خلاصه‌ای دقیق از مقایسه بازدهی و ویژگی‌های کلیدی بین این دو را آورده‌ایم.

همان‌طور که جدول نشان می‌دهد فناوری پنل خورشیدی جدید مبتنی بر سلول‌های ToPcon با بازده بالاتر، پایداری گرمایی بیشتر و قابلیت بایفیشیالی قوی‌تر، در مقایسه با سلول خورشیدی PERC گامی مهم به‌سوی نسل آینده انرژی پاک به‌شمار می‌رود. درحالی‌که PERC هنوز از نظر هزینه و سادگی تولید مزیتی دارد، ToPcon با بهره‌گیری از نوآوری‌های ساختاری گزینه‌ای مناسب‌تر برای نیروگاه‌های خورشیدی مدرن است. انتخاب بین این دو فناوری به شرایط اقلیمی، سرمایه اولیه و اهداف اقتصادی پروژه بستگی دارد.

آینده فناوری‌های خورشیدی

فناوری‌های خورشیدی با سرعتی چشمگیر در حال تحول هستند و مسیر آینده آن‌ها بیش از هر زمان دیگری به سمت بازدهی بالاتر، هزینه کمتر و پایداری زیست‌محیطی پیش می‌رود. تحقیقات اخیر در زمینه سلول‌های خورشیدی PERC و ToPcon نشان می‌دهد که این فناوری‌ها تنها گام‌های میانی در مسیر توسعه سلول‌های نسل بعدی مانند HJT (Heterojunction) و Perovskite Tandem هستند.

سلول‌هایی که بازدهی آن‌ها در آزمایشگاه‌ها به بیش از ۳۰ درصد رسیده است. این پیشرفت‌ها با استفاده از مواد جدید، لایه‌های ضد بازتاب و بهینه‌سازی ساختار نانویی به دست آمده‌اند که میزان جذب نور و کاهش تلفات انرژی را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهند.

از سوی دیگر روند جهانی به سمت توسعه فناوری پنل خورشیدی جدید با رویکرد بایفیشیال و ماژول‌های هوشمند در حال گسترش است. این سیستم‌ها با ترکیب حسگرها، هوش مصنوعی و ردیاب‌های خورشیدی (Solar Tracking Systems)، امکان تنظیم خودکار زاویه تابش را فراهم می‌کنند تا انرژی بیشتری در طول روز جذب شود. همزمان استفاده از مواد بازیافتی و طراحی‌های ماژولار باعث کاهش هزینه تولید و بهبود چرخه عمر پنل‌ها می‌شود.

بسیاری از صاحب‌نظران بر این باور هستند که آینده صنعت خورشیدی با تلفیق فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی، هوش مصنوعی و شبکه‌های هوشمند (Smart Grids) تعریف خواهد شد. این همگرایی به کشورها اجازه می‌دهد تا به استقلال انرژی نزدیک شوند و سرمایه‌گذاری در فناوری‌های خورشیدی نوین نه‌تنها از نظر زیست‌محیطی، بلکه از دیدگاه اقتصادی نیز گزینه‌ای استراتژیک و بلندمدت باشد.

مسیر درخشان انرژی خورشیدی با فناوری‌های نوین

فناوری‌های جدید مانند سلول خورشیدی PERC و سلول خورشیدی ToPcon نشان داده‌اند که بازدهی بالا، پایداری و نوآوری، همزمان در یک پنل خورشیدی جمع می‌شوند. این فناوری‌ها تولید برق را بهینه می‌کنند و امکان برنامه‌ریزی اقتصادی و سرمایه‌گذاری مطمئن در پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر را به وجود می‌آورند. با بررسی دقیق ویژگی‌ها، مزایا و محدودیت هر فناوری، سرمایه‌گذاران و مهندسان می‌توانند تصمیمات هوشمندانه‌تری برای آینده انرژی خود بگیرند. اگر به دنبال طراحی و راه‌اندازی پروژه‌های خورشیدی با بهره‌وری بالا هستید، گروه مهندسی آبر خدمات مشاوره، نصب و پشتیبانی حرفه‌ای ارائه می‌دهد. برای اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره تخصصی با کارشناسان سایت ما تماس بگیرید.

سوالات متداول

تفاوت اصلی بین سلول‌های خورشیدی HJT و ToPcon در چیست؟

سلول‌های HJT از ساختار هیبریدی سیلیکون بلوری و لایه‌های آمورف استفاده می‌کنند که بازده بالاتری دارند؛ درحالی‌که ToPcon از یک لایه نازک اکسید تونلی برای بهبود عبور الکترون بهره می‌برد و تولید آن ساده‌تر است.

آیا فناوری سلول خورشیدی PERC همچنان در بازار جهانی رقابت‌پذیر است؟

بله. با وجود ظهور فناوری‌های جدیدتر، سلول خورشیدی PERC به دلیل هزینه تولید پایین و زیرساخت گسترده، یکی از پرکاربردترین گزینه‌ها برای نیروگاه‌های خورشیدی در مقیاس بزرگ به‌شمار می‌آید.

آینده ترکیب سلول‌های Perovskite با ToPcon یا PERC چگونه پیش‌بینی می‌شود؟

تحقیقات در حال بررسی ترکیب سلول‌های “Perovskite” با فناوری‌های موجود است تا بازدهی بیشتر از 35 درصد به دست آید. این سلول‌های هیبریدی نسل آینده احتمالا تا سال ۲۰۳۰ به مرحله تجاری‌سازی خواهند رسید.

تهیه شده توسط امیرحسین عزیزنژاد