در دنیای رو به رشد انرژی‌های تجدیدپذیر، فناوری‌های نوین نقشی کلیدی در افزایش کارایی و کاهش هزینه‌های تولید انرژی خورشیدی ایفا می‌کنند. فناوری TOPCon که مخفف Tunnel Oxide Passivated Contact است، یکی از پیشرفت‌های برجسته در صنعت پنل‌های خورشیدی به شمار می‌رود. این فناوری که ابتدا در سال ۲۰۱۳ توسط موسسه Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems در آلمان معرفی شد، از سال ۲۰۱۹ توسط تولیدکنندگان اصلی چینی مورد استفاده قرار گرفته است. TOPCon با ترکیب لایه اکسید تونلی با سلول‌های خورشیدی نوع n-PERT، تلفات را کاهش و کارایی سلول را افزایش می‌دهد. در این مقاله از اکومهر، به بررسی جامع این فناوری می‌پردازیم، از جمله تاریخچه، نحوه کارکرد، مزایا، معایب، مقایسه با سایر فناوری‌ها و چشم‌انداز آینده آن.

TOPCon چیست؟

فناوری TOPCon یک معماری پیشرفته سلول خورشیدی است که بر پایه سیلیکون نوع n بنا شده و با استفاده از یک لایه نازک اکسید تونلی (tunnel oxide layer) و لایه پلی‌کریستال سیلیکون، تماس پاسیوشده ایجاد می‌کند. این ساختار که عمدتاً روی سمت عقب سلول اعمال می‌شود، اجازه می‌دهد تا حامل‌های بار (الکترون‌ها و حفره‌ها) به طور کارآمد استخراج شوند و تلفات الکتریکی کاهش یابد.

در مقایسه با سلول‌های سنتی، TOPCon ترکیبی از مزایای فناوری‌های PERC (Passivated Emitter Rear Contact) و سلول‌های هتروجانکشن (HJT) است، بدون اینکه معایب آن‌ها را داشته باشد. این فناوری سلول‌های خورشیدی را قادر می‌سازد تا بیش از ۲۵ درصد از انرژی خورشیدی را به برق تبدیل کنند، که این رقم بالاتر از حد نظری ۲۴ درصدی PERC است. برای مثال، شرکت LONGi در سال ۲۰۲۱ به کارایی ۲۵.۲۱ درصدی برای سلول‌های دوطرفه نوع n-TOPCon دست یافت، و JinkoSolar کمی بعد به ۲۵.۴ درصد رسید.

عملکرد واقعی و کاربردهای فناوری TOPcon

در شرایط واقعی، TOPCon عملکرد برتری از خود نشان می‌دهد. مطالعه‌ای نشان داد که ماژول‌های bifacial TOPCon تا ۱۳.۹۴ درصد انرژی بیشتری نسبت به PERC تولید می‌کنند. این فناوری برای پروژه‌های زمینی، تجاری و مسکونی ایده‌آل است، به ویژه در مناطق با آب و هوای متنوع.

تاریخچه و توسعه فناوری TOPCon

فناوری TOPCon ریشه در تحقیقات موسسه Fraunhofer ISE دارد که در سال ۲۰۱۳ آن را به صنعت معرفی کرد. از آن زمان، این فناوری به سرعت توسط تولیدکنندگان آسیایی به ویژه در چین پذیرفته شد. شرکت‌هایی مانند Trina Solar و JinkoSolar از سال ۲۰۱۹ شروع به تولید انبوه کردند. در سال ۲۰۲۱ پیشرفت‌های چشمگیری در تولید این نوع پنل خورشیدی رخ داد؛ برای نمونه، Trina Solar در مارس ۲۰۲۲ به کارایی ۲۵.۵ درصدی با سلول‌های بزرگ ۲۱۰ میلی‌متری رسید.

طبق گزارش International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) در سال ۲۰۲۲، سهم بازار PERC از حدود ۷۵ درصد فعلی به ۱۰ درصد در ده سال آینده کاهش خواهد یافت، در حالی که TOPCon تا سال ۲۰۳۳ به حدود ۶۰ درصد بازار خواهد رسید. این رشد سریع نشان‌دهنده انتقال صنعت به سمت فناوری‌های نوع n است که TOPCon در آن پیشرو است.

نحوه کارکرد سلول‌های TOPCon

سلول‌های TOPCon با ساختار پیچیده‌ای کار می‌کنند که شامل چندین لایه کلیدی است:

• سمت دریافت‌کننده نور (جلو): این بخش شامل یک پخش‌کننده فسفر استاندارد (phosphorus-diffused emitter) است که نور خورشید را جذب کرده و جریان الکتریکی تولید می‌کند.
• لایه اکسید تونلی: یک لایه نازک عایق از دی‌اکسید سیلیکون (silicon dioxide) که به عنوان تونل عمل می‌کند. این لایه الکترون‌ها را به طور کارآمد منتقل می‌کند و پرتوهای UV مضر را بازتاب می‌دهد.
• اکسید رسانای شفاف (TCO): معمولاً از اکسید قلع ایندیوم (indium tin oxide) ساخته شده است. این لایه الکترون‌های تولیدشده را هدایت می‌کند در حالی که اجازه عبور نور خورشید را می‌دهد.
• پاسیواسیون سمت عقب: سمت عقب سلول پاسیو می‌شود تا نور جذب‌نشده را به سمت جلو بازتاب دهد و تلفات الکتریکی را به حداقل برساند.
• میدان سطح عقب (Back Surface Field): یک لایه دوپ‌شده سنگین که قطب منفی را تشکیل می‌دهد و جریان الکترون‌ها را در یک جهت هدایت می‌کند.

در فرآیند کارکرد، نور خورشید از سمت جلو وارد می‌شود، انرژی فوتون‌ها به برق تبدیل می‌شود و الکترون‌ها از طریق لایه اکسید تونلی به الکترودهای عقب منتقل می‌شوند. این طرح هوشمند جذب نور، تلفات انرژی را به حداقل می‌رساند و کارایی رکوردشکنی را به ارمغان می‌آورد.

مزایای فناوری TOPCon

TOPCon مزایای متعددی نسبت به فناوری‌های سنتی ارائه می‌دهد که آن را به گزینه‌ای جذاب برای پروژه‌های خورشیدی تبدیل کرده است:

• کارایی بالا: سلول‌های TOPCon می‌توانند به کارایی بیش از ۲۵ درصد برسند، که این امر منجر به تولید انرژی بیشتر در واحد سطح می‌شود. برای مثال، ماژول‌های دوطرفه Trina Solar با فناوری TOPCon نرخ دوطرفه ۸۰ درصدی دارند، در مقایسه با ۷۰ درصد PERC.
• عملکرد بهتر در شرایط نوری کم: TOPCon در نور کم (مانند صبح زود یا غروب) کارایی بالاتری نشان می‌دهد و دوره تولید برق را طولانی‌تر می‌کند.
• ضریب دمای پایین‌تر: این سلول‌ها کمتر تحت تأثیر دماهای بالا قرار می‌گیرند که این ویژگی برای مناطق گرم مانند هند یا خاورمیانه ایدئال است.
• تخریب کمتر: نرخ تخریب سالانه کمتر از ۰.۲۵ درصد است، و مقاومت بالایی در برابر تخریب ناشی از نور (LID) دارد.
• نرخ bifaciality بالاتر: تا ۸۵ درصد که اجازه می‌دهد انرژی بیشتری از سمت عقب جذب شود، به ویژه در پروژه‌های زمینی.
• ظاهر زیبا: عدم وجود busbarهای قابل مشاهده، پنل‌ها را برای کاربردهای مسکونی و تجاری جذاب‌تر می‌کند.

علاوه بر این، TOPCon می‌تواند به راحتی به خطوط تولید PERC اضافه شود که هزینه سرمایه‌گذاری را کاهش می‌دهد.

معایب و چالش‌های TOPCon

با وجود مزایا، فناوری TOPCon چالش‌هایی نیز دارد:

• هزینه تولید بالاتر: فرآیند پیچیده‌تر و استفاده از مواد گران‌تر مانند نقره (Ag) – که در هر دو سمت سلول استفاده می‌شود – هزینه را افزایش می‌دهد. TOPCon حدود ۲۰۰ درصد نقره بیشتری نسبت به PERC مصرف می‌کند.
• پیچیدگی فرآیند تولید: نیاز به کنترل دقیق مراحل رسوب و etching و شرایط اتاق تمیز متفاوت، می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.
• مسائل زنجیره تأمین: در حال حاضر، تولید انبوه محدود است و ممکن است در کوتاه‌مدت دسترسی را محدود کند.

با این حال، با پیشرفت‌های آینده، پیش‌بینی می‌شود هزینه‌ها به سطح PERC برسد یا حتی پایین‌تر آید.

مقایسه TOPCon با سایر فناوری‌ها

• در مقابل PERC: فناوری غالب فعلی PERC است با کارایی حدود ۲۱.۴ درصد، اما TOPCon با کارایی بالاتر (۲۲.۵ درصد و بیشتر)، bifaciality بهتر و تخریب کمتر، برتر است. TOPCon می‌تواند به خطوط PERC اضافه شود، در حالی که PERC به حد نظری خود نزدیک شده است (اطلاعات بیشتر در مقاله مقایسه سلول‌های خورشیدی TOPCon و PERC)
  
• در مقابل HJT: فناوری HJT کارایی بالایی دارد اما به فرآیند تولید کاملاً متفاوت و هزینه سرمایه‌گذاری بالا نیاز دارد. TOPCon ساده‌تر و ارزان‌تر برای ارتقا است، در حالی که HJT برای تولید انبوه چالش‌برانگیزتر است (اطلاعات بیشتر در مقاله مقایسه پنل HJT و TOPCon)

طبق گزارش ITRPV، فناوری TOPCon تا سال ۲۰۳۳ بازار را رهبری خواهد کرد، در حالی که HJT به حدود ۲۵ درصد سهم خواهد رسید.

پیشنهاد مطالعه: فناوری‌های خورشیدی نوظهور در پنل‌های خورشیدی

تولیدکنندگان عمده TOPCon

چندین شرکت بزرگ در حال تولید ماژول‌های TOPCon هستند؛ از جمله:

• JinkoSolar: خط Tiger Neo با کارایی تا ۲۴.۳۸ درصد و خروجی ۶۲۰ وات.
• Trina Solar: ماژول‌های دوطرفه شیشه‌ای با فناوری TOPCon، هنوز در بازار آمریکای شمالی عرضه نشده اما به زودی وارد خواهد شد.
• REC Group: سری Alpha با کارایی تا ۲۴.۱ درصد.
• Canadian Solar: ماژول‌های HiDM5 با کارایی ۲۲.۸ درصد، با هدف ظرفیت ۸ گیگاوات تا ۲۰۲۳.
• Solar N Plus: متخصص در سلول‌ها و ماژول‌های TOPCon با کارایی ۲۶.۳ تا ۲۶.۵ درصد.

البته شرکت‌های دیگری نیز تولید و عرضه پنل‌های تاپ‌کان را در دستور کار خود قرار داده‌اند. لیست شرکت‌های تولیدکننده TOPCon را می‌توانید از این صفحه ببینید.

نتیجه و جمع‌‎بندی فناوری TOPCon

محدودیت‌های اصلی TOPCon شامل هزینه‌های بالاتر و پیچیدگی تولید است، اما نوآوری‌هایی مانند کاهش مصرف سیلیکون، بهبود کیفیت اینگوت و اتوماسیون خطوط تولید، در حال حل این مسائل هستند.

فناوری TOPCon با کارایی بالا، عملکرد پایدار و پتانسیل اقتصادی، نویدبخش تحول در صنعت خورشیدی است. اگرچه هزینه‌های اولیه بالاتر است، مزایای بلندمدت مانند تولید انرژی بیشتر و ROI بهتر، آن را برای سرمایه‌گذاران جذاب می‌کند.

با رشد ظرفیت تولید و کاهش هزینه‌ها، TOPCon نقش کلیدی در دستیابی به اهداف جهانی انرژی تجدیدپذیر ایفا خواهد کرد. برای پروژه‌های خورشیدی آینده، ارزیابی دقیق شرایط محلی و بودجه ضروری است تا مشخص شود آیا TOPCon گزینه مناسبی است.

TOPCon در پنل‌های خورشیدی چیست؟

TOPCon، مخفف “تماس غیرفعال اکسید تونلی”، یک فناوری پیشرفته سلول خورشیدی است که از پایه سیلیکون نوع n برای افزایش کارایی و عملکرد استفاده می‌کند. برخلاف سلول‌های خورشیدی سیلیکونی نوع p سنتی، سلول‌های TOPCon از دوپینگ سیلیکون نوع n استفاده می‌کنند که مزایای متعددی را ارائه می‌دهد.

پیشنهاد مطالعه: مقایسه پنل‌های خورشیدی N-Type و P-Type 

کدام یک بهتر است، پنل‌های خورشیدی TOPCon یا PERC؟

سلول‌های Topcon به دلیل فناوری غیرفعال‌سازی پیشرفته خود، عموماً نرخ کارایی بالاتری نسبت به سلول‌های PERC ارائه می‌دهند. همچنین سلول‌های Topcon ضریب دمایی بهتری را نشان می‌دهند، به این معنی که در شرایط دمای بالا عملکرد خوبی دارند.

کدام بهتر است، TOPCon یا Bifacial؟

انتخاب بین پنل‌های خورشیدی Topcon و Bifacial تا حد زیادی به نیازها و شرایط خاص پروژه خورشیدی بستگی دارد. برای پروژه‌هایی که به کارایی بالا در فضای محدود یا شرایط محیطی شدید نیاز دارند، فناوری Topcon ممکن است انتخاب بهتری باشد.

منابع:

• waaree.com
• alternergy.co.uk
• solarnplus.com