Wat is een heterofunctie-zonnecel

- Mar 14, 2020-

Bron: thesolarnerd.com


Front and back NBB SHJ solar cell


Zonnepaneelefficiëntie verwijst naar hoeveel licht een zonnepaneel omzet in elektriciteit. Hoe hoger de efficiëntie, hoe meer elektriciteit u van het paneel krijgt voor dezelfde hoeveelheid licht. Voor een rooftop-implementatie met beperkte ruimte kan dit een zeer belangrijke functie zijn.


De efficiëntie is in de loop der jaren gestaag toegenomen, aangezien fabrikanten steeds manieren vinden om meer elektriciteit uit dezelfde hoeveelheid zonlicht te persen. Maar naarmate de grenzen van elke technologie worden bereikt, moeten wetenschappers en ingenieurs in hun tas met trucs reiken om nieuwe manieren te vinden om de efficiëntie te laten groeien.


Een van de nieuwste technologieën die zijn weg vindt naar de markt voor zonnepanelen voor consumenten zijn heterojunctie-zonnecellen. Hoewel Panasonic deze technologie al een paar jaar heeft met hun HIT-panelen, zijn de patenten op heterojunctietechnologie in 2010 verlopen en beginnen steeds meer fabrikanten deze in hun producten toe te passen.


Wat is heterojunctie zonne-energie


Hetereojunction-zonnecellen combineren twee verschillende technologieën in één cel: een kristallijne siliciumcel die is ingeklemd tussen twee lagen amorf "dunne-film" -silicium. Samen gebruiken deze technologieën het mogelijk om meer energie te oogsten in vergelijking met het gebruik van beide technologie alleen.


Het meest voorkomende type zonnepanelen is gemaakt van kristallijn silicium - monokristallijn of polykristallijn. De siliciumkristallen worden tot blokken gekweekt en vervolgens in dunne vellen gesneden, vaak met een diamantdraadzaag, om individuele cellen te vormen.


Een minder gebruikelijk type fotovoltaïsche cel is dunne film, die is gemaakt van verschillende materialen, waaronder amorf silicium. In tegenstelling tot kristallijn silicium heeft amorf silicium geen regelmatige kristallijne structuur. In plaats daarvan worden de siliciumatomen willekeurig gerangschikt. Voor productie betekent dit dat amorf silicium op een oppervlak kan worden afgezet - een eenvoudiger en goedkoper proces dan het kweken en snijden van siliciumkristallen.


Op zichzelf is amorf silicium minder efficiënt in het omzetten van zonlicht in elektriciteit. Het heeft echter het voordeel van een minder dure fabricage. Deze lagere kosten en flexibiliteit in het type materialen waarop amorf silicium kan worden afgezet, zijn een paar belangrijke voordelen.


Met heterojunctie zonnecellen heeft een conventionele kristallijne siliciumwafel amorf silicium afgezet op de voor- en achterkant. Dit resulteert in een paar lagen dunne film zonne-energie die extra fotonen absorberen die anders niet door de middelste kristallijne siliciumwafel zouden worden opgevangen.


Diagram van een heterojunctiecel


SHJ silicon heterojunction solar cell


Hoe heterojunctie zonnecellen de efficiëntie verhogen


Een zonnecel is gemaakt van dun materiaal dat een fractie van het zonlicht opvangt dat erop valt. Het is echter niet helemaal ondoorzichtig. Sommige zonnestralen gaan dwars door de cel heen, en sommige weerkaatsen ook tegen het oppervlak.


De zonne-technologie van Heterojunction profiteert hiervan door een zonnepaneel te bouwen uit drie verschillende lagen fotovoltaïsch materiaal. De middelste laag van monokristallijn silicium doet het meeste werk om zonlicht om te zetten in elektriciteit.


Er is een toplaag van amorf dun-film silicium dat wat zonlicht opvangt voordat het de kristallijne laag raakt, en het grijpt ook wat zonlicht dat weerkaatst op de lagen eronder. Het is erg dun, dus veel zonlicht valt er doorheen. Maar toch genereert het voldoende extra elektriciteit om de extra kosten de moeite waard te maken.


Aan de achterkant van het kristallijne silicium zit nog een dunne filmlaag. Het vangt zonlicht op dat door de eerste twee lagen gaat. Als het paneel een glas-op-glas ontwerp is met een transparant achterpaneel, zal deze dunne filmlaag aan de achterkant een aanzienlijke hoeveelheid elektriciteit toevoegen vanwege zonlicht dat wordt weerkaatst door de grond.


Door een paneel te bouwen uit een sandwich van drie verschillende fotovoltaïsche lagen, kan een heterojunctie-zonnepaneel een efficiëntie bereiken van 21% of hoger. Dit is vergelijkbaar met panelen die verschillende technologieën gebruiken om hoge prestaties te behalen.


Voordelen van heterojunctie zonne-energie


De belangrijkste voordelen van heterojunctie-zonnecellen ten opzichte van conventionele kristallijne siliciumcellen zijn:

Hogere efficiëntie

Potentieel lagere kosten in vergelijking met andere technologieën die worden gebruikt om de prestaties te verbeteren, zoals PERC

Lagere temperatuurcoëfficiënt (verbeterde prestaties bij hoge temperaturen)


De efficiëntie van heterojunctiepanelen die momenteel op de markt zijn, varieert van 19,9% tot 21,7% met de nieuwste HJT-panelen van REC Solar. Hoewel dit niet de hoogste op de markt is - de huidige kampioen zijn de Maxeon-cellen die worden aangeboden door SunPower, die een efficiëntie van 22,7% bereiken - is het een aanzienlijke verbetering ten opzichte van conventionele monokristallijne cellen.


Bovendien kunnen de andere technologieën die door fabrikanten worden gebruikt om een ​​zeer hoge efficiëntie te bereiken, duurder zijn. De Maxeon-cellen van SunPower gebruiken bijvoorbeeld een dik blok koper aan de achterkant van elke cel. Hoewel deze aanpak Maxeon-cellen helpt om de meest efficiënte cellen te zijn die momenteel op de markt zijn, is het gebruik van zoveel koper niet goedkoop.


Ter vergelijking: amorf silicium is een relatief goedkope technologie. Hoewel dit type dunne-film zonne-energie lang niet zo efficiënt is als kristallijn silicium, profiteert het van relatief eenvoudige fabricage. Door minder productiestappen te vereisen dan andere technologieën, kunnen heterojunctiepanelen kosteneffectief zijn dan andere typen.


Ten slotte kunnen HJT-panelen een voordeel hebben als het gaat om prestaties bij hoge temperaturen. Zonnepanelen zijn minder effectief bij hoge temperaturen. Dit is een bekend fenomeen - in feite staat de temperatuurprestatie vermeld op het gegevensblad van elk zonnepaneel. Zoek naar temperatuurcoëfficiëntcijfers en PTC-, NOCT- of CEC-vermogenswaarden .


Een voordeel van dunnefilm-zonne-energie is echter dat het een betere temperatuurcoëfficiënt heeft dan kristallijn silicium. Dit betekent dat hoge temperaturen minder invloed hebben op dunne film dan conventioneel monokristallijn of polykristallijn silicium.


Met twee lagen dunne-film silicium krijgen heterojunctiepanelen een voordeel ten opzichte van conventionele zonnepanelen als het gaat om het behoud van hoge prestaties bij stijgende temperatuur.