Cosa sono le celle solari TOPCon?

I produttori di moduli fotovoltaici (FV) cercano sempre di trovare alternative nuove e più avanzate per aumentare l'efficienza dei pannelli solari. Miglioramenti dell’efficienza possono essere ottenuti mediante tecnologie innovative di produzione di celle e ora ce ne sono alcune che competono nel mercato del solare fotovoltaico.

L'ultima tendenza dei moduli prevede che la crescita del mercato si concentrerà sulle celle solari HJT e TOPCon.

Il rapporto 2022 dell’International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) mostra alcune tendenze previste per i prossimi 10 anni:

♦ PERCLORO(Passivated Emitter Rear Contact) la tecnologia delle celle solari è attualmente leader di mercato con una quota di mercato di circa il 75%. Ma la previsione è che la quota di celle PERC mono-Si di tipo p diminuirà a circa il 10% entro i prossimi 10 anni.

♦ TOPCon tipo N(Tunnel Oxide Passivated Contact) guadagnerà quote di mercato da circa il 10% nel 2022 fino al 60% nel 2033, diventando la tipologia di wafer di silicio tradizionale. Si prevede che l’aumento maggiore avverrà a partire dal 2024.

♦ HJT di tipo N(Celle solari a eterogiunzione) dovrebbe aumentare da circa il 9% (2023) a oltre il 25% entro i prossimi dieci anni. L'implementazione della tecnologia delle celle HJT soffre ancora di difficoltà a causa dei maggiori costi di produzione delle celle solari e della linea di produzione incompatibile con le tecnologie attuali. Questo processo non verrà trattato in questo articolo.

PERC di tipo P rispetto a TopCon di tipo N

La tecnologia PERC è un compromesso economicamente vantaggioso tra efficienza e produzione di massa. Ma l’aumento dell’efficienza dei pannelli solari utilizzando questo metodo avviene a un ritmo lento. Gli attuali moduli tradizionali di tipo P raggiungono un'efficienza di circa il 21,4% che aumenterà al 22,75% entro i prossimi 10 anni.

Una cella solare TOPCon di tipo N installata in un modulo fotovoltaico sembra identica a una cella PERC. Le celle solari di tipo P e di tipo N sono entrambe realizzate da un wafer di silicio. La differenza tra loro sta nel modo in cui i wafer vengono drogati con sostanze chimiche per migliorare la produzione di elettricità.

In poche parole, le cellule di tipo P sono drogate con boro, mentre le cellule di tipo N sono drogate con fosforo. In confronto, il fosforo si degrada meno del boro se esposto all'ossigeno. Inoltre, il drogaggio con fosforo aggiunge elettroni liberi al wafer, aumentandone l'efficienza.

Pertanto, i moduli basati su tipo N possono raggiungere efficienze più elevate. Secondo le stime, l'efficienza odierna, pari a circa il 22,5%, aumenterà fino al 24% circa entro i prossimi 10 anni.

Il problema con il processo di produzione di tipo N è che è ancora più costoso.

Vantaggi della tecnologia TOPCon?

1- Processo di produzione

I moduli TOPCon possono essere prodotti praticamente con le stesse macchine dei moduli di tipo P, il che significa che l'utilizzo delle celle TOPCon non richiede elevati investimenti di capitale per i produttori.

2- Maggiore efficienza

Secondo l’istituto Fraunhofer ISE l’efficienza può andare oltre il 25%. L'efficienza teorica massima della cella PERC è pari a circa il 24%.

3- Degrado inferiore

I moduli TOPCon hanno un potere di degradazione energetico inferiore durante il 1° anno e durante i 30 anni di utilizzo dei pannelli fotovoltaici, rispetto ai pannelli PERC.

4- Coefficiente di temperatura inferiore

Le celle TOPCon hanno una migliore resistenza agli scenari meteorologici estremi.

5- Tasso di bifaccialità

È stato determinato che il fattore bifacciale per i moduli fotovoltaici PERC è in media pari a circa il 70% rispetto all'85% per i pannelli TOPCon. Raccolgono più energia dal lato posteriore rispetto ai moduli bifacciali PERC, il che è favorevole per i progetti di utilità montati a terra. Esteticamente possono anche essere più attraenti dei pannelli solari PERC.

6- Prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione

I moduli TOPcon hanno un'efficienza maggiore in condizioni di scarsa illuminazione, che prolunga il periodo di generazione di elettricità durante il giorno e migliora le prestazioni dell'installazione nel tempo.

Svantaggi della tecnologia TOPCon?

Uno dei maggiori problemi delle celle TOPCon rispetto alle celle PERC è che richiedono una maggiore quantità di argento (Ag) per la produzione.

Sia TOPCon che PERC utilizzano pasta d'argento durante la produzione. Tuttavia, TOPCon utilizza pasta d'argento su entrambi i lati delle celle. Ciò significa che i costi non saranno mai inferiori a quelli del PERC.

Nuovi processi di produzione potrebbero essere efficaci nel ridurre la quantità di argento richiesta, garantendo comunque efficienze simili o superiori. I costi inferiori, in cambio, consentiranno a questa tecnologia di arrivare sul mercato a prezzi ragionevoli.

Ci sono altri problemi tecnici menzionati altrove: la deposizione di boro, diversi requisiti per le condizioni della camera bianca che devono essere soddisfatti e l'incapacità dell'attuale emettitore selettivo di applicarsi all'emettitore frontale TOPCon. Questi problemi esulano dallo scopo di questo articolo.