ملخص:
تناقش مقالتنا هذه إحدى أكثر التقنيات الواعدة تجارياً لتصنيع ألواح الطاقة الشمسية ذات النوع N وهي تقنية (TOPCon: Tunnel Oxide Passivated Contact) والتي يمكن ترجمتها حرفياً “الاتصال الخامل للنفق الأوكسيدي” كما يمكن ترجمتها بناءً على فهم بنية الخلية بـ “الخلايا ذات الطبقة الناقلة والمصنعة من الأكاسيد على كامل مقطع الخلية” أو يمكن تعريبها تجاوزاً بـ ” تقنية توب كون”.
مقدمة:
تعتبر هذه التقنية التطور الطبيعي لتقنية (PERC) وذلك عند الانتقال من الخلايا ذات النوع P إلى الخلايا ذات النوع N، ويمكن القول بأن عملية التطور هذه لم تتم مباشرة وإنما مرت بمرحلة وسيطة وهي تقنية (N-type passivated emitter rear totally) أو ما يسمى (PERT). ولذلك لابد من إلقاء بعض الضوء على هذه التقنية قبل البدء بالحديث عن تقنية TOPCon.
تقنية PERT:
مع وصول تقنية (P-type PERC) إلى حدود كفاءتها ومع الانتقال لاستخدام خلايا (N-type) نظراً لما قدمته من مزايا عديدة على مستوى الكفاءة وتحسين الأداء، كان من الطبيعي دمج كلا التقنيتين معاً مما أدى مع بعض التحسينات إلى ظهور خلايا PERT أو ما يسمى “خلايا الباعث الخلفي ذات الانتشار الكامل”.
وتتميز هذه الخلايا بأن طبقة BSF تتم إشابتها بالفسفور، كما أنها تنتشر على كامل سطح الخلية. مما يمنح هذه الخلايا مقاومة أكبر للتقادم الناجم عن الضوء ومعامل درجة حرارة أخفض.
وعلى الرغم من الميزات التي أبدتها هذه الخلايا إلا أنها لم تحقق جميع الأهداف المرجوة منها حيث استطاعت تحسين الأداء مقارنة بخلايا PERC ولكنها لم تتمكن من زيادة المردود حيث اكتفت بالوصول إلى قيم مخبرية بحدود 23% تقريباً.
ومن هنا جاءت الحاجة لزيادة مردود هذه الخلايا، وقد تم ذلك عن طريق اللجوء إلى تقنية TOPCon.
تقنية TOPCon:
تتمتع الخلايا المصنعة بهذه التقنية ببنية مشابهة لخلايا PERT مع فرق جوهري وهو وجود طبقة متناهية الرقة تدعى (Tunnel Layer) وذلك كما هو موضح في الشكل الآتي:
ويمكن تلخيص دور هذه الطبقة بشكل مبسط بأنها حاجز يسمح بمرور حاملات الشحنة الأكثرية من خلاله بينما يمنع إلى حد كبير مرور حاملات الشحنة الأقلية. مما يقلل من عملية إعادة التركيب السطحي ويحسن من خصائص الخلية.
مزايا تقنية TOPCon:
تتمتع هذه التقنية بجميع الميزات الخاصة بخلايا (N-type)، والتي يمكن إيجازها بما يلي:
- الكفاءة المرتفعة حيث سجلت شركة جينكو سولار كفاءة وصلت إلى 7%، وهي مازالت بعيدة عن الكفاءة النظرية الأعلى لهذه التقنية والتي تقدر بـ 28.7%.
- معامل حراري منخفض بحدود -0.3%.
- ارتفاع قيمة Bifacial Factor حيث تبلغ بشكل وسطي 80%.
- انخفاض قيمة التقادم الناجم عن الضوء (LID).
وقد يكون أهم ما يميز هذه التقنية هو إمكانية الحصول عليها عن طريق إضافة بعض المراحل إلى خطوط الإنتاج التقليدية، عكس تقنيتي IBC وHJT.
الوجه التجاري:
. TopCon أهم الشركات الرائدة بتصنيع الألواح بتقنية JA solar, Trina solar, JOLYWOOD تعتبر شركات
وعلى مستوى الكفاءة التجارية فقد قدمت شركة Jinko solar ألواح JKM480N-60HL4 ضمن سلسلة Tiger Neo بكفاءة وصلت لـ 22.4% والتي تعتبر الأعلى على المستوى التجاري حتى الآن.
واقع هذه الخلايا خلال عام 2021:
يوضح الشكل الآتي الحصة السوقية لخلايا TOPCon لعام 2021 والتي وصلت إلى 9% وذلك وفقاً لما ورد خلال تقرير المخبر الوطني للطاقات المتجددة (NREL) المنشور بتاريخ 22/5/2022.
