Ogniwa fotowoltaiczne typu N – czym się wyróżniają? Czy warto je wybrać?

Czym się różnią ogniwa P-type i N-type?

Moduły fotowoltaiczne, które są wytwarzane z krzemu krystalicznego generują prąd elektryczny poprzez utworzenie w krzemowej płytce złącza półprzewodnikowego typu P–N. Terminologia „P” i „N” odnosi się do oznaczeń „positive” (P) oraz „negative” (N):

• ogniwa typu P są domieszkowane borem i posiadają o jeden mniej elektron niż krzem, co tworzy dodatnie dziury elektronowe (P);
• w przypadku ogniw typu N wykorzystuje się domieszkę fosforu, który posiada o jeden elektron więcej niż krzem, co skutkuje powstaniem ujemnych dziur elektronowych (N).

W uproszczeniu, ogniwa N-type są głównie zbudowane z krzemu typu N (z dodatkiem fosforu) i cienkiej warstwy krzemu P-type (z dodatkiem boru), podczas gdy ogniwa typu P działają w przeciwnym kierunku. W obu przypadkach istnieje złącze P-N, jednak jego polaryzacja różni się. Technologia typu N generuje ujemną polaryzację, podczas gdy technologia typu P – dodatnią.

Ogniwa typu N i P – różnice w sprawności

Istnieje kilka czynników przemawiających za ogniwami N-type. Ich główną zaletą jest wyższa sprawność. W przypadku ogniw P-type maksymalny poziom sprawności wynosi 24,5%. Natomiast ogniwa typu N posiadają znacznie większy potencjał w tym obszarze, a eksperci przewidują, że można spodziewać się wyników sięgających nawet 28,7%.

Dodatkowo ogniwa typu N charakteryzują się lepszym współczynnikiem temperaturowym, co przekłada się na wyższą produkcję energii w warunkach wysokich temperatur. Posiadają one również większą odporność na degradację spowodowaną działaniem światła (LID, ang. light-induced degradation), czyli utratę wydajności w wyniku ekspozycji na promieniowanie słoneczne. Zjawisko LID występuje najczęściej, gdy w płytkach krzemowych powstają związki boru i tlenu. 

Ponieważ ogniwa typu N zawierają mniejszą ilość boru, są one znacznie mniej narażone na ten rodzaj degradacji. Dzięki temu gwarancja na utrzymanie ich wydajności może być dłuższa niż w przypadku ogniw typu P.

Na rynku dostępne są również nowoczesne moduły P-type, w których zamiast boru stosowany jest inny pierwiastek – gal. Podobnie jak bor, posiada on o jeden elektron mniej niż krzem, co umożliwia utworzenie pola elektrycznego po jego dodaniu do krzemu. Zastosowanie galu niesie za sobą kluczową zaletę w ogniwach P-type – brak reakcji na linii bor-tlen, która jest głównym czynnikiem odpowiedzialnym za wspomnianą degradację LID.

Dlaczego więc gal, mimo swoich zalet, został wprowadzony do produkcji fotowoltaiki dopiero niedawno? Przez długi czas proces łączenia krzemu z galu był chroniony prawami patentowymi. Jednakże w maju 2020 roku te patenty wygasły, co umożliwiło branży fotowoltaicznej szybkie przejście na wykorzystanie tego pierwiastka – już w 2021 roku aż 80% produkowanych paneli słonecznych typu P opierało się na technologii wykorzystującej gal.

Ogniwa typu N i P – zmniejszająca się różnica cen

Pomimo że ogniwa typu N zostały opracowane wcześniej, już w 1954 roku, większość firm fotowoltaicznych przez wiele lat opierała produkcję swoich paneli na ogniwach typu P. Nie zaskakuje fakt, że głównym czynnikiem determinującym ten stan rzeczy był niższy koszt produkcji modułów opartych na technologii typu P. Obecnie jednak różnice cenowe stopniowo zanikają.

Konieczność zastosowania dodatkowych zabezpieczeń i przeprowadzenia szczegółowych testów wiąże się z dodatkowymi kosztami, które przez lata przekładały się na wyższą cenę ogniw N-type. Jeszcze kilka lat temu różnica cen między ogniwami typu N a typu P mogła sięgać nawet 5 eurocentów za ogniwo, jednak obecnie zmniejszyła się do poziomu 2-3 eurocentów. W miarę rosnącej popularności technologii można spodziewać się dalszego wyrównania kosztów.

Dlaczego warto postawić na ogniwa N-type?

Moduły fotowoltaiczne typu N charakteryzują się wyższą sprawnością o kilka procent w porównaniu do modułów typu P. Dodatkowo są one cenione ze względu na doskonałą bifacjalność, czyli możliwość efektywnego wykorzystania światła słonecznego zarówno od przodu, jak i od tyłu panelu.

Ogniwa N-type charakteryzują się niskim współczynnikiem temperaturowym, co oznacza, że utrzymują swoją wydajność nawet w warunkach wysokich temperatur, takich jak gorące, bezwietrzne dni, kiedy to inne typy ogniw mogą doświadczać gwałtownego spadku efektywności.

W długoterminowej perspektywie niezawodność oraz minimalna degradacja podczas eksploatacji odgrywają kluczową rolę. W przypadku paneli typu N efekt LID (Light Induced Degradation), czyli spadek wydajności wskutek działania światła słonecznego, jest znacznie mniejszy lub nawet nie występuje.