Le celle solari a eterogiunzione rappresentano una recente innovazione nel mercato fotovoltaico, che risolve i comuni inconvenienti dei moduli standard. Riducono la ricombinazione e migliorano le prestazioni nei climi caldi. Scopriamo di più su di loro.
Celle solari a eterogiunzione e tecnologia
Questi pannelli sono anche noti come celle solari a eterogiunzione di silicio (SHJ) o a eterogiunzione con strato sottile intrinseco (HIT). Si tratta di un gruppo di celle solari HJT che utilizzano una tecnologia fotovoltaica avanzata.
Non fatevi confondere dalla tecnologia a eterogiunzione. Queste celle sono costruite su un substrato di silicio monocristallino di tipo N e presentano strati di silicio amorfo non drogato (ia-Si:H) depositati sulla superficie, che ne migliorano l'efficienza e le prestazioni.
Queste celle sono costituite da tre materiali chiave:
1. Silicio cristallino (c-Si) – I pannelli solari convenzionali lo utilizzano per costruire celle solari a giunzione omogenea. Ne esistono due tipi: silicio policristallino e silicio monocristallino. Tuttavia, il silicio monocristallino è l'unico considerato per le celle solari HJT grazie alla sua maggiore purezza ed efficienza.
2. Silicio amorfo (a-Si) – Il componente chiave per queste celle solari è l'idrogenazione, che serve a correggere i difetti di densità producendo silicio amorfo idrogenato (a-Si:H). Questo materiale è più facile da drogare e ha un band gap maggiore.
3. Ossido di indio-stagno (ITO) – È il materiale scelto per lo strato di ossido conduttivo trasparente (TCO) in queste celle solari, mentre i ricercatori stanno esplorando alternative per ridurne i costi. La riflettività e la conduttività dell'ITO lo rendono un contatto ideale e uno strato esterno per queste celle solari.
Classificazione delle celle solari a eterogiunzione
Il drogaggio differenzia queste celle solari in celle di tipo n e di tipo p:
- Le celle di tipo N utilizzano wafer di c-Si drogati con fosforo che forniscono elettroni aggiuntivi per la carica negativa e li rendono resistenti alla riduzione di efficienza indotta dall'azione del boro-ossigeno.
- Cellule di tipo P drogate con boro sono più adatti alle applicazioni spaziali perché la loro resistenza alle radiazioni spaziali fornisce alla cella un elettrone in meno che la carica positivamente.
Principio di funzionamento delle celle solari a eterogiunzione
Queste celle solari utilizzano tre strati di materiali assorbenti, combinando tecniche fotovoltaiche a film sottile e tradizionali. Quando la luce solare raggiunge questi pannelli, innesca l'effetto fotovoltaico che converte i fotoni in elettricità.
Il processo di lavoro principale dell'HJT prevede:
- La luce solare stimola gli elettroni nella giunzione PN dello strato assorbente, spostandoli nella banda di conduzione e formando coppie elettrone-lacuna (eh).
- Il terminale attaccato allo strato drogato P raccoglie gli elettroni stimolati e genera elettricità che scorre attraverso il carico.
- Dopo aver attraversato il carico, l'elettrone ritorna al contatto posteriore della cella e si ricombina con una lacuna per completare la procedura di una particolare coppia eh.
Questo processo avviene continuamente man mano che i moduli generano elettricità . I moduli fotovoltaici standard in silicio cristallino (c-Si) presentano limitazioni di efficienza dovute alla ricombinazione superficiale, che si verifica quando elettroni e lacune si ricombinano senza contribuire al flusso di corrente elettrica.
Le celle HJT affrontano questo problema utilizzando una pellicola semiconduttrice passivante con uno strato a bandgap più ampio composto da a-Si:H che rallenta il flusso di carica per prevenire la ricombinazione. Questo strato tampone rallenta il flusso di carica a sufficienza per fornire un'alta tensione, impedendo al contempo la ricombinazione prima che gli elettroni vengano raccolti, migliorando così l'efficienza.
Durante il processo di assorbimento della luce, tutti e tre gli strati semiconduttori assorbono fotoni, facilitandone la conversione in elettricità.
- Lo strato superiore, in silicio amorfo (a-Si:H), raccoglie e cattura la luce solare e i suoi riflessi.
- Lo strato intermedio, in silicio cristallino (c-Si), è molto efficiente e converte i fotoni in elettricità.
- Lo strato inferiore di silicio amorfo (a-Si:H) converte i fotoni rimanenti, migliorando l'efficienza complessiva.
Lo sapevate che i prezzi per l'installazione di impianti solari sono diminuiti del 40% in 10 anni, il che ha permesso al settore di espandersi in un nuovo mercato e di installare migliaia di impianti in tutto il paese?
Combinando le tecnologie, le celle a eterogiunzione riescono a sfruttare più energia di quanta ne potrebbero catturare singolarmente, raggiungendo un'efficienza del 25% o superiore.
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Prezzo dei pannelli solari a eterogiunzione
Secondo i progetti attuali, i moduli SHJ hanno un costo compreso tra 0.48 e 0.56 USD/W, rispetto a 0.50 USD/W per i moduli convenzionali.
Nota: i prezzi delle celle solari a eterogiunzione possono variare a causa delle fluttuazioni di mercato, delle differenze tra le marche e dei fattori regionali.
Vantaggi e svantaggi della tecnologia dell'eterogiunzione
Le applicazioni della tecnologia solare a eterogiunzione in contesti di grandi dimensioni possono offrire un'efficienza dal 25 al 30%. Tuttavia, i pro dell'HJT presentano anche dei contro, elencati di seguito:
| Vantaggi | Svantaggi |
| Superano le prestazioni delle celle solari standard convertendo più luce solare in elettricità. | Per la produzione e l'integrazione sono necessarie competenze avanzate e attrezzature specializzate. |
| Efficiente ad alte temperature per ridurre il degrado delle prestazioni. | Sono sensibili ai danni a causa della loro struttura sottile. |
| Prestazioni costanti in condizioni di scarsa illuminazione e ideali in caso di condizioni meteorologiche variabili. | La sensibilità all'umidità compromette l'efficienza e la longevità. |
| Efficienza del 30% con bifaccialità del 92%, il che lo rende perfetto per progetti su larga scala. | Le limitazioni del volume di produzione, la tecnologia complessa e un'ampia gamma di semiconduttori potrebbero far aumentare i prezzi e ridurne la disponibilità. |
| Sono necessarie solo 5-7 fasi di produzione, riducendo così i costi di produzione. | A causa del suo lancio recente, l'esperienza di installazione e manutenzione è limitata. |
Riferimento incrociato: cella a doppia eterogiunzione in silicio cristallino fabbricata a 250 °C con un'efficienza del 12.9%.
I principali produttori di celle solari a eterogiunzione
I principali produttori di pannelli solari a eterogiunzione sono:
1. RIC
La loro serie Alpha Pure utilizza una tecnologia avanzata di celle a eterogiunzione (HJT) per fornire una densità di potenza che va da 226 watt/m² a 470 watt. Il modulo di REC Group presenta una disposizione delle celle senza spazi, un design a doppia cella e un'estetica elegante ottimizzata per le applicazioni residenziali. Questi pannelli garantiscono una potenza ideale in una varietà di condizioni, con conseguente coefficiente di temperatura più elevato, flusso elettrico migliorato e un rapido ritorno sull'investimento.
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2. JINERGIA
Offriamo moduli solari bifacciali N-HJT con un'efficienza cellulare estremamente elevata , superiore al 24%. I moduli Jinergy sono composti da 166 celle con un taglio a 9BB, che si traduce in un miglioramento della potenza dal 10% al 35% in diverse condizioni. Garantiamo una capacità produttiva di celle e moduli avanzata ed economicamente vantaggiosa, con prestazioni ottimali in condizioni di scarsa illuminazione, basso coefficiente di temperatura e ridotta degradazione.
3. AKCOME
Specializzata in celle e moduli solari HJT all'avanguardia con un tasso bifacciale del 95% e un'efficienza fino al 26%. Le soluzioni AKCOME Optronics sono in grado di produrre fette di silicio spesse 100 μm con PID assente, basso coefficiente di temperatura e acque reflue prive di ammoniaca.
4. Energia aumentata
La loro serie di moduli Hyper-Ion vanta un fattore bifacciale estremamente elevato e la tecnologia brevettata Hyper-link Interconnection, che massimizza la potenza erogata. I moduli Risen Energy offrono una potenza di uscita di 700-725 Wp con una bifaccialità da 110 a 132 celle, ottimizzando l'efficienza del 22.8-23.3%. Garantiscono un coefficiente di temperatura di potenza stabile, emissioni di carbonio estremamente basse e un'elevata resistenza alla scarica indotta da laser (LID).
5. HuaSen
Questa azienda leader nel settore industriale cinese fornisce wafer , celle e moduli solari a eterogiunzione di silicio di tipo N (HJT) ad altissima efficienza . I prodotti Huasun offrono una produzione energetica annua superiore del 3% rispetto al modulo solare bifacciale TOPCon, con potenze fino a 750 W e un'efficienza massima del 24.16%. La struttura a doppio vetro, l'incapsulante a base di EPE e la sigillatura PIB garantiscono migliori qualità di impermeabilità, resistenza al fuoco e alla corrosione, adatte anche a condizioni ambientali difficili.
Pannelli eterogiunzione vs. pannelli bifacciali
Entrambi utilizzano rivestimenti passivanti per ridurre la ricombinazione superficiale e migliorare l'efficienza, condividendo quindi alcune similitudini strutturali. La differenza essenziale è che i pannelli a eterogiunzione possono essere sviluppati per uso monofacciale o bifacciale, mentre i pannelli bifacciali possono integrare diverse tecnologie di base oltre all'HJT.
La tabella seguente confronta le caratteristiche essenziali dei moduli fotovoltaici bifacciali e eterogiunzione (HJT):
| Caratteristica | Moduli bifacciali | Moduli HJT |
| Assorbimento della luce | Assorbono la luce sia dalla parte anteriore che da quella posteriore. | Una struttura a strati migliora la separazione delle coppie elettrone-lacuna per una maggiore efficienza. |
| EFFICIENZA | Ottieni un'efficienza superiore al 30%. | Ottieni un'efficienza fino al 26.7%. |
| Vantaggi | Maggiore flessibilità e adattabilità della progettazione. | Maggiore efficienza di conversione, migliore tolleranza alla temperatura e velocità di degradazione più lente nel tempo. |
| Le sfide | Per un'implementazione ottimale, sono necessarie una modellazione e una simulazione accurate, dato l'impatto costante dell'albedo sulle prestazioni. | Processi di fabbricazione complessi e costi di produzione più elevati ne impediscono un utilizzo più diffuso. |
Entrambe le tecnologie fotovoltaiche migliorano l'efficienza e le prestazioni, offrendo vantaggi e sfide distinti, aumentando al contempo la praticità e la sostenibilità della produzione di energia solare.
Pannelli di silicio cristallino eterogiunto vs. tradizionali
La tecnologia a eterogiunzione rappresenta un progresso rispetto ai tradizionali pannelli c-Si, migliorando la ricombinazione e correggendo altri difetti. Confrontiamo le due tecnologie per capire come piccole modifiche alla struttura delle celle influiscano sulle prestazioni complessive del modulo.
| Caratteristica | Eterogiunzione (HJT) | Monocristallino (mono c-Si) | Policristallino (poli c-Si) |
| Strato assorbente dei materiali | Mono c-Si e a-Si:H | Mono c-Si | Poli c-Si |
| Structure | Strato a base di wafer c-Si mono racchiuso in strati passivanti a-Si:H | Giunzione pn mono c-Si | Giunzione pn poli c-Si |
| Durata della vita | 30 anni | anni 25-30 | |
| Coefficiente di temperatura (medio) | -0.21% / ºC | -0.446% / ºC | -0.387% / ºC |
| Massima efficienza registrata | 26.7% | 25.4% | 24.4% |
| Quota di mercato | 5% | 36.0% | 54.9% |
| Fascia di prezzo | $ 0.34/settimana | $ 0.16/settimana - $ 0.46/settimana | $ 0.24/settimana |
Nota: l'efficienza indicata può variare a seconda della marca e del modello.
In definitiva, le celle solari a eterogiunzione sono versatili e altamente efficienti, il che le rende ideali per applicazioni con spazi limitati. Questi pannelli offrono ottime prestazioni, ma hanno prezzi elevati, che si prevede diminuiranno nei prossimi anni. Per ulteriori contenuti informativi, continuate a leggere i nostri articoli del blog.
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