Analiza rozwoju technologii ogniw słonecznych typu N

Spis treści

• Wprowadzenie
• Różnice i trendy rozwojowe ogniw typu P i typu N
• Technologia ogniw TOPCon
• Technologia ogniw HJT

Wprowadzenie

Do 2025 roku punkt ciężkości technologii ogniw fotowoltaicznych stopniowo przesunął się z typu P na typ N.

W porównaniu z tradycyjnym PERC, ogniwa typu N wykazują wyraźne zalety w zakresie wydajności i długoterminowej niezawodności:

• Poziom wydajności: standardowe moduły produkowane masowo osiągają 22–23%, a część produktów przekroczyła już 23%, co przewyższa granicę ok. 21% dla typu P;
• Niezawodność: ogniwa typu N charakteryzują się lepszym współczynnikiem temperaturowym, reakcją przy słabym oświetleniu i kontrolą degradacji;
• Skala przemysłowa: globalna zdolność produkcyjna ogniw typu N przekroczyła już 300 GW, a planowana moc zbliża się do 800 GW, co oznacza, że po raz pierwszy udział przekroczył typ P.

W tym kontekście TOPCon i HJT stały się dwiema głównymi ścieżkami technologicznymi typu N i stanowią kluczowy punkt konkurencji oraz modernizacji w branży.

Różnice i trendy rozwojowe ogniw typu P i typu N

Historia rozwoju i sytuacja rynkowa ogniw typu P

W ciągu ostatnich dziesięciu lat ogniwa typu P dominowały w branży fotowoltaicznej, a ich ścieżka technologiczna ewoluowała od BSF do PERC:

• Faza BSF (przed 2015 r.): zastosowanie pasywacji tylnej powierzchni aluminium (Al-BSF). Wydajność ogniw monokrystalicznych wynosiła ok. 17–18%, a polikrystalicznych 15–16%. Proces był dojrzały, ale silna rekombinacja powierzchniowa ograniczała potencjał dalszych ulepszeń.
• Faza PERC (2015–2022): pasywacja tylnej strony przy użyciu Al₂O₃ + SiNx podniosła wydajność ogniw do 22%, a modułów do ok. 21–22%. Według danych PV InfoLink udział rynkowy PERC wzrósł z ok. 40% w 2018 r. do ponad 90% w 2022 r.

Upowszechnienie technologii PERC skutecznie obniżyło koszt energii elektrycznej (LCOE) i odegrało kluczową rolę w osiągnięciu globalnej parytetu sieciowego w latach 2015–2020.

Należy jednak zwrócić uwagę na kilka kwestii:

• Degradacja LID i LeTID: ok. 2% w pierwszym roku, następnie średnio 0,45% rocznie;
• Granica sprawności: wydajność konwersji zbliża się do teoretycznego limitu 24%, co ogranicza możliwości dalszej poprawy w produkcji masowej.

Wraz z dojrzewaniem i rozbudową produkcji ogniw typu N, PERC stopniowo traci przewagę w nowych mocach produkcyjnych. Według prognoz InfoLink udział PERC do 2025 r. spadnie poniżej 30%, a po 2026 r. stopniowo wycofa się z głównego nurtu rynku.

Wzrost znaczenia ogniw typu N i ich przewagi wydajnościowe

Główna zaleta ogniw typu N wynika z właściwości materiałowych: fosforowe wafle eliminują charakterystyczne dla typu P kompleksy bor-tlen, co niemal całkowicie usuwa degradację indukowaną światłem (LID) i znacząco wydłuża żywotność nośników ładunku. Skutkuje to następującymi ulepszeniami:

• Wydajność: masowa produkcja stabilizuje się na poziomie 22–23%, część firm osiągnęła już ponad 23%; PERC utrzymuje się na ok. 21%.
• Niezawodność: lepsza reakcja przy słabym oświetleniu w porównaniu z typem P, współczynnik temperaturowy zazwyczaj ok. -0,30%/°C.
• Degradacja: początkowa degradacja świetlna bliska zeru, roczna stopa degradacji niższa niż w przypadku PERC (0,45% rocznie).

Na rynku ogniwa typu N stopniowo zastępują ogniwa typu P:

• 2023 r.: globalne plany produkcyjne ogniw typu N przekroczyły 600 GW;
• 2024 r.: faktyczna zdolność produkcyjna przekroczyła 300 GW, po raz pierwszy wyprzedzając typ P;
• Prognoza: do 2025–2026 r. udział typu N w nowych mocach przekroczy 70%.

Klasyfikacja i główne ścieżki technologii ogniw typu N

Ogniwa typu N charakteryzują się wysoką sprawnością, dużą bifacjalnością, niskim współczynnikiem temperaturowym, brakiem degradacji świetlnej, dobrą reakcją przy słabym oświetleniu oraz długą żywotnością nośników. Obecnie główne ścieżki technologiczne obejmują:

• Technologia TOPCon: sprawność masowej produkcji 21–23%; możliwa adaptacja istniejących linii PERC, niskie nakłady inwestycyjne. Globalna moc produkcyjna przekroczyła 300 GW w 2024 r., czyniąc TOPCon dominującym rozwiązaniem.
• Technologia HJT: dzięki niższemu współczynnikowi temperaturowemu i wyższej bifacjalności, niektórzy producenci osiągają wydajność modułów 23% i więcej, co przewyższa TOPCon, choć koszty są wyższe.
• Technologia IBC: brak metalowych siatek na przedniej stronie, współczynnik odbicia światła może spaść do ok. 1,7%. Technologia ta znajduje zastosowanie w segmencie premium i BIPV, stabilnie osiągając 22–23,5% sprawności.

Podsumowując, TOPCon dominuje w krótkim okresie, natomiast HJT i IBC są postrzegane jako bardziej perspektywiczne kierunki w średniej i długiej perspektywie.

Technologia ogniw TOPCon

TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) to ulepszona ścieżka technologiczna oparta na procesach ogniw typu N. Jej istota polega na utworzeniu ultracienkiej warstwy tlenku oraz domieszkowanej warstwy polikrystalicznego krzemu na tylnej stronie wafla, co zmniejsza rekombinację nośników i zwiększa napięcie obwodu otwartego oraz ogólną sprawność.

Kluczowe zalety

• Poziom sprawności: sprawność masowej produkcji wynosi zazwyczaj 21–23% i stanowi standard branżowy; niektórzy liderzy osiągnęli już ponad 23%, a rekordy laboratoryjne zbliżają się do 25–26%. W porównaniu z PERC, TOPCon lepiej radzi sobie w warunkach słabego oświetlenia, charakteryzuje się korzystniejszym współczynnikiem temperaturowym i większą stabilnością.
• Kompatybilność kosztowa: możliwa bezpośrednia modernizacja linii PERC przy dodatkowych nakładach rzędu 7–14 mln euro/GW. Dobra kompatybilność z procesami wysokotemperaturowymi pozwala uniknąć dużych kosztów utopionych.
• Długoterminowa niezawodność: niska degradacja modułów zapewnia stabilniejszą produkcję energii w czasie, co czyni technologię odpowiednią dla instalacji komercyjnych, przemysłowych oraz dużych elektrowni naziemnych.

Postępy w industrializacji

• Skala produkcji: do końca 2024 r. globalna moc produkcyjna ogniw TOPCon przekroczyła 300 GW, dominując wśród nowych mocy wytwórczych.
• Główne przedsiębiorstwa: Longi, Jinko, Trina, Zhonglai, Risen i inni wdrożyli już masową produkcję na dużą skalę.
• Prognozy rynkowe: przewiduje się, że w latach 2025–2026 udział TOPCon w światowym rynku ogniw przekroczy 60%, utrzymując pozycję lidera.

Znaczenie rynkowe

• Napędza wzrost sprawności modułów fotowoltaicznych, stanowiąc kluczowe wsparcie dla redukcji kosztów systemowych i zwiększenia efektywności.
  Przy stałym spadku LCOE, TOPCon stał się obecnie najbardziej opłacalną technologią ogniw typu N.

Technologia ogniw HJT

HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) to technologia ogniw typu N, która łączy krzemowy substrat krystaliczny z cienką warstwą krzemu amorficznego, tworząc strukturę heterozłącza. W przeciwieństwie do TOPCon, który bazuje na modernizacji linii PERC, HJT wymaga budowy nowych linii produkcyjnych i stanowi całkowicie niezależną ścieżkę technologiczną.

Kluczowe zalety

• Krótki proces technologiczny: obejmuje jedynie cztery etapy – teksturowanie, nanoszenie krzemu amorficznego, nanoszenie TCO oraz sitodruk. Jest to prostsze niż w przypadku PERC (10 etapów) czy TOPCon (12–13 etapów), co sprzyja szybkiemu wejściu nowych producentów.
• Wysoki potencjał rozwojowy: rekord laboratoryjny w 2023 r. wyniósł 26,8%. W połączeniu z IBC lub tandemami perowskitowymi możliwe jest przekroczenie teoretycznej sprawności 30%.
• Niska degradacja: ok. 1% w pierwszym roku i ok. 0,35% rocznie później, znacznie mniej niż w PERC (2% w pierwszym roku, 0,45% rocznie). W całym cyklu życia HJT wytwarza ok. 2% więcej energii na jednostkę powierzchni niż bifacjalny PERC.
• Odporność środowiskowa: niski współczynnik temperaturowy (ok. -0,243%/°C), stabilna praca w wysokich temperaturach i przy słabym oświetleniu.

Postępy w industrializacji

• Kompatybilność procesowa: HJT nie jest zgodny z PERC, wymaga nowych linii, co oznacza wyższe koszty inwestycyjne. Jednak dla nowych graczy to przewaga, gdyż nie ponoszą kosztów amortyzacji sprzętu PERC.
• Plany produkcyjne: do 2024 r. ponad 20 firm – m.in. China Resources Power, CNBM, Runyang, Huasheng, Akcome – ogłosiło łączne plany produkcyjne przekraczające 100 GW, z czego część osiągnęła już produkcję na poziomie gigawatów.

Znaczenie rynkowe

• HJT jest uznawany za technologię o dużym potencjale średnio- i długoterminowym, z przewagą w zastosowaniach tandemowych, BIPV oraz w warunkach wysokiej temperatury i niskiego nasłonecznienia.
• Wraz z dojrzewaniem procesów takich jak zastępowanie pasty srebrnej, galwanizacja miedzią czy cieńsze wafle, HJT ma szansę obniżyć koszty i skutecznie konkurować z TOPCon.

Uwaga dotycząca danych: przedstawione dane dotyczące mocy produkcyjnych ogniw typu N pochodzą z prognoz InfoLink, EnergyTrend i TaiyangNews. Różnice wynikają z różnych metod (np. moce nominalne a rzeczywiste, dane globalne a regionalne). Trendy pozostają jednak spójne: od 2024 r. moce produkcyjne typu N przekroczyły moce typu P; TOPCon dominuje w krótkim okresie, natomiast HJT i IBC mają większy potencjał wzrostu w dłuższej perspektywie.

W miarę jak sprawność PERC zbliża się do granic, przemysł fotowoltaiczny przyspiesza przejście na technologie typu N. Dzięki wyższemu potencjałowi sprawności, niższej degradacji oraz kompatybilności z IBC i perowskitami, HJT jest postrzegany jako kluczowy kandydat następnej generacji. Teoretyczny limit dla ogniw monokrystalicznych wynosi 29,43%, a sprawność laboratoryjna TOPCon i HJT sięga już 26–27%, co oznacza, że dalsze postępy będą zależeć od technologii tandemowych.

Maysun Solar koncentruje się na rynku europejskim, oferując partnerom niezawodne dostawy oraz moduły w różnych klasach mocy oparte na ogniwach typu N, w tym technologiach IBC, technologiach TOPCon, technologiach HJT. Dzięki temu zapewnia najbardziej odpowiednie rozwiązania fotowoltaiczne dla Twojego dachu.

Referencje:

Fraunhofer ISE. (2024). Photovoltaics report. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems. https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/Photovoltaics-Report.pdf

IEA. (2024). Renewables 2024: Analysis and forecast to 2029. International Energy Agency. https://www.iea.org/reports/renewables-2024

PV InfoLink. (2023). Explosive growth of TOPCon capacity accelerates p-n technology transition. PV InfoLink. https://www.infolink-group.com/energy-article/solar-topic-explosive-growth-of-topcon-capacity-accelerates-p-n-technology-transition

Może Ci się spodobać: