漏电流与红光响应双杀!TOPCon弱光完胜,结构优势更是无法超越!
(来源:光伏见闻)
弱光性能这个词听起来有点专业,但其实很简单。我们平时买组件,会看到一个“功率”,这是在一个标准实验室条件下测出来的,标准光照是每平方米1000瓦。这个1000瓦的光照有多强呢?大概就是,相当于北纬35°夏季正午,空气质量AM 1.5下的晴天光强。
但在现实中,一天里大部分时间的光照都达不到1000瓦。特别是在早上太阳刚升起和傍晚太阳快落山的时候,光强非常弱。另外,在冬天,或者阴天、雨天,光照也很弱。弱光性能,指的就是光伏组件在这些光强比较弱的条件下,还能不能好好发电、发电效率高不高的能力。
理想情况下,组件功率和辐照度应该是接近线性关系,打个比方,一块标称1000W的组件在200辐照度下,组件功率应该接近200w, 因为辐照的比值是200比1000。但实际因为组件本身内部会有漏电流情况,在低辐照时,这部分漏电流影响会放大,造成组件功率进一步衰减。
这点上TOPCon结构相比于BC有着天然优势。在200W/㎡低辐照度下,BC的低辐照性能在93%~95%,而晶科飞虎三的低辐照性能则在96%~97%,保持着更高的功率。
这点行业内其实大家已经形成了共识,并伴有大量第三方的实证数据验证,都说明了TOPCon这项技术在弱光环境下有着更好的发电量表现。为了让大家能更好的理解其原因,我们也是对相关机理特性进行了拆解分析:
1. 第一个原因在于漏电流损耗
组件的实际输出的电流等于光生电流减去流过二极管的正向电流和并联电阻Rsh分流的电流,Rsh的大小主要受漏电流影响。并联电阻Rsh主要是由于p-n结质量不佳或在结附近有杂质造成的,这些因素可能导致结短路,特别是在电池边缘处。Rsh反映了电池的漏电水平,Rsh越大,漏电损失的电流越小,组件最终输出的电流就越大,对应的输出功率越大。
对于TOPCon而言,电极位于电池片的正背面,天然P区和N区之间的隔离较好,有效阻断漏电流,Rsh高。反观BC结构,P区和N区均在电池背面,由于P区和N区相互交叉,很难通过材料、工艺实现高品质隔离,漏电流偏大,Rsh低,很多电流悄悄流失掉,造成发电量损失。在强光下,漏电流影响较小;然而弱光下,漏电流占比提升,从而显著降低组件输出电流和功率。
打个比方。把电流当成水流,把组件上的小“漏电点”当成水管上的“小沙眼”。
BC组件:它为了追求正面好看,把正负极全都做到了背面。这个工艺非常复杂,在制造过程中,就容易产生一些肉眼看不见的“漏电点”,也就是“小沙眼”。
TOPCon组件:它的结构是正负极分在两面,工艺相对成熟稳定,不容易产生“沙眼”。
在中午:阳光很强,就像水管里的水压非常大、水流很猛。这时候,BC组件虽然有“沙眼”在漏水,但因为总水量太大了,漏掉的那一点点,你几乎感觉不到。所以中午大家发的电都差不多。
在早晚:阳光很弱,水压变小了,水流变成了“涓涓细流”。这时候,BC组件的“沙眼”漏水问题就突出了。本来水就这么点,它还不停地漏,那损失的比例就很大了。
而TOPCon组件,因为它“沙眼”几乎没有、不怎么漏水,哪怕是“涓涓细流”,它也能老老实实地把大部分水也就是电流,收集起来拿去发电。
所以结论就是:在早晚光线最弱的时候,TOPCon因为“漏电”损失更少,发电性能会明显好于BC组件。
2. 第二个原因是:从光谱原理看,TOPCon对弱光核心光谱,红光的响应更强
早晚、阴天的太阳光,和中午强光的光谱是完全不一样的。由于瑞利散射效应,散射强度和波长的4次方成反比,波长越长的光,越容易穿透大气层。清晨和傍晚,太阳光斜射地球,穿透大气层的路径更长,红光的占比会上升。在弱光环境下,谁能更好的利用红光,发电量表现也就更优异,这点与电池背面的重掺杂区比例和膜层结构息息相关:
重掺杂区一般是指:硼扩发射极、N-poly、P-poly、掺杂非晶硅等,这些区域会使内部产生的光生载流子复合严重、无法有效的贡献电流。另外,N-poly、P-poly等背面膜层吸光更严重。
BC电池的P区和N区全部集中在背面,背面重掺杂的多晶硅膜层区域面积是TOPCon的两倍,光生载流子还没变成电流就被消耗掉,红外光谱响应低于TOPCon。
而TOPCon电池背面采用局域化N-poly结构,N-poly占比小于30%,重掺杂的多晶硅区域小、缺陷少,光生载流子复合率低,寄生吸收少,对红光的响应效率更高;
这点从两者的EQE,也就是外量子效率曲线数据中可也以清晰的看到:TOPCon电池在红外光谱段的响应能力,明显高于BC电池。简单说:弱光下占比更高的红光,BC组件“收不到、用不上”,而TOPCon组件能完美吸收、高效转化,这是从电池结构上决定的天生优势,BC技术无论怎么优化,都无法弥补。
打个比方。我们把不同波长的光源比作不同大小石头,这些红光的石子较小,短波长石子更大。而电池片里的重掺杂区,就像是挡在电流前面的一张过滤网。
BC电池为了追求正面美观,把正负极全部集中在背面,导致重掺杂区域面积非常大,这些区域无法吸收光源,相当于铺了一张漏风破洞的滤网。弱光下大量的红光砂石冲过来,直接穿过滤网,大量宝贵的弱光能量白白浪费。
而晶科飞虎3采用的TOPCon电池,背面是局域化N-poly结构,重掺杂的多晶硅区占比不到30%,对光源吸收更充分,就像一张更加严密滤网,将红光牢牢抓住,被电池充分吸收、高效转化成电能。
简单说:自然界中弱光光谱红光占比提高,TOPCon能更好的利用红光。再配合TOPCon更低的漏电流,双重优势叠加,让飞虎3在弱光下的相对功率能稳定保持在96%~97%,比BC组件高出2~3个百分点。