Kristallina kisel-solceller
Kiselbaserade solceller hör till den första och äldsta generationen av solcellsteknik. Med en global produktionsandel på omkring 97 % (2023) dominerar de marknaden helt.
Varför kisel?
Kisel lämpar sig särskilt väl för solceller:
| Egenskap | Fördel |
|---|---|
| Förekomst | Näst vanligaste grundämnet i jordskorpan |
| Halvledaregenskaper | Mycket lämpligt för den fotovoltaiska effekten |
| Stabilitet | Lång livslängd (25+ år) |
| Tillverkningserfarenhet | Flera decenniers optimering |
Monokristallint vs. polykristallint
Den avgörande skillnaden ligger i kristallstrukturen:
Monokristallint kisel
Czochralski-processen: ur en monokristall skärs tunna wafers
| Egenskap | Typiskt värde |
|---|---|
| Struktur | En sammanhängande kristall |
| Färg | Mörkblå till svart |
| Verkningsgrad | 20–24 % (kommersiellt) |
| Tillverkning | Czochralski-process |
Fördelar:
- Högst verkningsgrad
- Lång livslängd
- Bäst ytutnyttjande (mest effekt per m²)
Nackdelar:
- Högre tillverkningskostnad
- Mer avancerad produktionsprocess
Polykristallint kisel
| Egenskap | Typiskt värde |
|---|---|
| Struktur | Många små kristaller (korn) |
| Färg | Ljusblå, lätt glittrande |
| Verkningsgrad | 17–19 % (kommersiellt) |
| Tillverkning | Gjutprocess |
Fördelar:
- Billigare att tillverka
- Enklare produktionsprocess
Nackdelar:
- Lägre verkningsgrad
- Minskande marknadsandel
Marknadstrend: Polykristallina moduler ersätts i allt större utsträckning av monokristallina. Prisskillnaden är numera liten, medan skillnaden i verkningsgrad är tydlig.
Tillverkningstekniker i detalj
AL-BSF: Den klassiska standarden
AL-BSF står för "Aluminium Back Surface Field" – den klassiska standardtekniken under många årtionden.
Skiktuppbyggnad i en klassisk AL-BSF-solcell
| Skikt | Funktion |
|---|---|
| N-kontakt | Negativ pol, strömavledning |
| N-dopat kisel | Elektronöverskott |
| PN-övergång | Laddningsseparation |
| P-dopat kisel | Basmaterial |
| Aluminiumskikt | Minskar rekombination |
| P-kontakt | Positiv pol |
Verkningsgrad: 18–20 % (kommersiellt)
PERC: Vidareutvecklingen
PERC = "Passivated Emitter and Rear Cell" – en vidareutveckling av AL-BSF.
Förbättringar jämfört med AL-BSF:
- Extra passiveringsskikt på baksidan
- Lokala baksideskontakter
- Mindre rekombination av laddningsbärare
| Aspekt | AL-BSF | PERC |
|---|---|---|
| Verkningsgrad | 18–20 % | 21–23 % |
| Rekombination | Högre | Lägre |
| Kostnad | Låg | Måttlig |
| Marknadsandel | Minskande | Dominerande |
PERC är i dag den mest spridda tekniken på marknaden.
HIT/SHJ: Heterojunction-teknik
HIT = "Heterojunction with Intrinsic Thin Layer" (även kallad SHJ = Silicon Heterojunction)
Kombination av kristallint och amorft kisel
| Skikt | Material |
|---|---|
| N-kontakt | Metallgaller |
| PN-övergång | Heterojunction |
| Kristallint Si | N-dopat (bas) |
| Amorft Si | Odopat + P-dopat |
| TCO | Transparent oxid (t.ex. ITO) |
| P-kontakt | Metallyta |
Fördelar med HIT/SHJ:
- Mycket hög verkningsgrad (22–24 %)
- Låg temperaturkoefficient (mindre tapp vid höga temperaturer)
- Möjlig bifacial användning (produktion från båda sidor)
- Lång livslängd
Nackdelar:
- Mer komplex tillverkning
- Högre kostnad per watt
TOPCon: Den nya stjärnan
TOPCon = "Tunnel Oxide Passivated Contact" – den teknik som nu snabbt tar marknadsandelar.
TOPCon: tunn oxidbarriär för maximal effektivitet
| Skikt | Funktion |
|---|---|
| N-kontakt | Strömavledning |
| Passiveringsskikt | Minskar rekombination |
| N-dopat kisel | Bas (N-typcell!) |
| PN-övergång | Laddningsseparation |
| Tunneloxidskikt | Möjliggör tunneleffekt |
| P-dopat kisel | Tunt skikt |
| P-kontakt | Strömavledning |
Särdrag: Tunneloxidskiktet utnyttjar den kvantmekaniska tunneleffekten – elektroner kan passera, men hål blockeras i hög grad.
Fördelar med TOPCon:
- Mycket hög kommersiell verkningsgrad (22–24 %)
- Kan byggas vidare på befintliga PERC-produktionslinjer (ombyggnad i stället för helt ny fabrik)
- N-typ: ingen ljusinducerad degradering (LID)
- Bra prestanda vid svagt ljus
Teknikkjämförelse
Bedömning: ++ mycket bra, + bra, - dålig, -- mycket dålig
Sammanfattande översikt
| Teknik | Verkningsgrad | Kostnad | Trend |
|---|---|---|---|
| AL-BSF | 18–20 % | Låg | ↓ Fasas ut |
| PERC | 21–23 % | Måttlig | → Stabil |
| HIT/SHJ | 22–24 % | Hög | ↑ Premiumsegment |
| TOPCon | 22–24 % | Måttlig | ↑↑ Stark tillväxt |
Vilken teknik ska man välja?
| Situation | Rekommendation | Skäl |
|---|---|---|
| Begränsad budget | PERC | Bästa pris–prestanda-förhållandet |
| Maximal verkningsgrad | TOPCon eller HJT | Högsta kommersiella verkningsgrader |
| Begränsad takyta | N-typ (TOPCon/HJT) | Högre produktion per m² |
| Balkong- eller småanläggning | PERC | Prisvärd och tekniskt tillräcklig |
| Långsiktig investering | N-typ | Lägre degradering över tid |
Slutsats
Det viktigaste: Kristallina kiselceller står för omkring 97 % av solcellsmarknaden. Trenden går tydligt mot N-typceller: TOPCon förväntas successivt ersätta PERC som standardteknik. För nya installationer i Sverige är TOPCon-moduler i dag ofta det mest intressanta valet – de ger en bra kombination av hög verkningsgrad, lång livslängd och konkurrenskraftigt pris.
För den som vill fördjupa sig ytterligare: Tunnfilm och nya tekniker
Källor
- Pastuszak, J.; Węgierek, P.: Photovoltaic Cell Generations and Current Research Directions. Materials 2022
- ITRPV: International Technology Roadmap for Photovoltaic 2024
- D. Pan, T. Guo, X. Chen: Silicon-based solar cell: Materials, fabrication and applications. ISCTIS 2021
- Lindroos, J.; Savin, H.: Review of light-induced degradation in crystalline silicon solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells 2016