Kristal Silisyum Hücrelerin Yapısı, Özellikleri ve Türleri

1.Güneş Hücresi Üretim İşlemi

Güneş fotovoltaik hücreleri veya kısaca FV hücreleri, bilgisayar işlemcilerini yapmak için kullanılan silisyum temelli “WAFER” lara benzer kristal silisyum Wafer’lar (levha yonga) kullanılarak üretilir. Türkçe yazıların birçoğunda Silisyum genelde “Silikon” olarak çevrilmektedir, fakat dilimizde doğru kullanımı Silisyum’dur.  Silisyum Wafer’lar (Yonga levhaları), polikristalin veya monokristal olabilir ve birkaç farklı üretim yöntemi kullanılarak üretilir. Bu yöntemlerden en verimlilerinden biri Monokristal hücre üretimi için en yaygın kullanımı olan “Czochralski” yöntemidir. Bununla birlikte, daha yakın zamanlarda heterojunction (hetero-farklı cins bağlantılı) veya kısaca “HJT hücreleri” aşağıda açıklanacağı üzere artan verimlilik ve geliştirilmiş yüksek sıcaklık performansı nedeniyle daha popüler hale gelmiştir.

Polisilisyum

Genel olarak hücre üretimi yöntemlerinde; ilk olarak silisyum kumdan çıkarılır, ama bu herhangi bir kum değildir. Silis kumu veya silisyum dioksit olarak bilinen bu kum genellikle ezilmiş kuvars(quartz) kumtaşı adı verilen bir hammaddeden başlayarak bir dizi üretim sürecinden geçer. İlk olarak, kuvarsit veya silis kumu, karbon ve kuvarsit Karbon Ark Kaynağı (CAW) adı verilen bir işlemle, bir ark fırınında birleştirilerek, istenmeyen oksijenden arındırılır ve metalurjik kalitede silisyuma dönüştürülür. Bu işlem çok yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir ve % 99 saf silisyum ile sonuçlanır. Daha sonra, metalurjik sınıf silisyum, ya Siemens süreci adı verilen bir kimyasal saflaştırma işlemi kullanılarak ya da geliştirilmekte olan bir dizi daha ekonomik metalurjik işlem kullanılarak yükseltilmiş metalurjik sınıf silisyum (UMG-Si) kullanılarak Polisilisyum’a dönüştürülür. Bu aşamada P-tipi ya da N-tipi silisyuma dönüşmek üzere eser miktarda bor ya da fosforla katkılanan çok saf özellikli bir polisilisyum elde ederiz.  Polisilisyum bu aşamada eritilir ve büyük bir dikdörtgen bloklar halinde dökülür. Son aşamada çok kristalli (polikristal) wafer’ların üretilmesi için elmas tel kesme yöntemi kullanılarak ince ince dilimlenebilir. Wafer (Yonga levhası) halinde olan malzeme daha sonra PN bağlantısını (fotovoltaik hücre) oluşturmak için P veya N tipi çok ince bir tabaka ile kaplanabilir.

Monosilisyum

Daha verimli monokristal wafer veya hücreleri üretmek için, fosfor ve/veya boron katkılı/ dopinglenmiş silisyum Czochralski işlemi kullanılarak saf bir katı kristal külçe haline getirilebilir. Bu işlem, bir külçe olarak bilinen tek bir monokristal kristali yavaşça büyütmek için polikristal silisyum yüksek basınç ve sıcaklık altında eritilmesi sürecini içerir.

Monokristal PV hücreleri yapmak için temel adımlar

1. Silis kumu, Karbon Ark Kaynağı (CAW) işlemi kullanılarak %99 silisyuma saflaştırılır.
2. %99 silisyum, %100 saf silisyuma yakın bir şekilde daha da rafine edilir.
3. -Silisyum bor veya fosforla (P veya N tipi) katkılanır/dopinglenir.
4. Katkılı silisyum eritilir ve tek bir külçe haline getirilir.
5. Büyük yuvarlak külçe(ingot) elmas tel kesimiyle ince kare wafer (levha) haline getirilir.
6. İnce Waferlar, PN (pozitif-negatif) bağlantısını oluşturmak için P (örnek:bor) veya N (örnek: fosfor) tipi bir tabaka ile kaplanır.
7. Baralar (busbar)* ve parmaklar(finger) aşağıda gösterildiği gibi hücrelere serigrafik (screen printing-metalizasyon işlemi) olarak basılır.

*Hücreleri birbirine bağlayan elektrik kontakları, baralar(busbar) olarak bilinir ve akımın bir devredeki tüm hücrelerden akmasına izin verir.

Katkılama (Dopingleme) yapısına göre Hücre Tipleri: P TİPİ VE N TİPİ

Güneş fotovoltaik hücreleri veya kısaca FV hücreleri güneş ışığını doğrudan DC elektrik enerjisine dönüştürür. Güneş panelinin performansı, kullanılan silisyumun hücre tipi ve özellikleri ile belirlenir. İki ana tip hücre monokristal ve polikristal silisyum hücredir. Hücrenin tabanı (wafer-levha), pozitif bir p-tipi silisyum veya negatif n-tipi silisyum oluşturmak için farklı katkı maddeleri kullanılarak yapılabilir.

• N-Tipi- Negatif yüklü Silisyum Fosfor katkılı (dopingli);
• P-Tipi- Bor ile katkılı (dopingli) pozitif yüklü Silisyum

 anlamında kullanılmaktadır.

Her iki hücre tipi de birlikte bir FV güneş hücresinin işlevi için temel olan p-n bağlantısını oluşturan p ve n-tipi silisyumunun bir kombinasyonunu kullanır. Aralarındaki fark, p-tipi hücrelerin, ultra ince bir n-tipi silisyum tabakası ile birlikte taban/temel(base) olarak Bor katkılı (dopingli) silisyum kullanmasıdır.

N-tipi hücreler ise tam tersidir ve ince bir p-tipi tabakası olan n-tipi silisyum taban (base) kullanırlar. N-tipi hücre yapısı, ince p-tipi ‘yayıcı-emitter’ katmanı eklemek için bor difüzyon işlemi olarak bilinen yöntemi kullandığından daha pahalıdır. Ancak daha yüksek performans ve daha düşük ışık kaynaklı bozunma (LID) ve daha iyi bir sıcaklık katsayısı sunmaktadırlar.

Yaygın (P tipi) bir silikon güneş hücresinin temel yapı şeması aşağıdaki gibidir:

Açıklandığı gibi p-tipi ve n-tipi silisyum bir araya getirilir ve p-n bağlantısı olarak bilinen şeyi oluşturur. Bağlantı, güneş radyasyonu hücreden geçtiğinde elektronların akışını sağlayan bir elektrik alanı yaratır. Fotovoltaik etki, ışık fotonlarının (enerji) elektronları silisyumdan serbest bırakarak bir elektrik akışı oluşturmasıdır.

N-tipi silikon hücrenin temel yapı diyagramı – Mono kristal

Doğası ve malzeme bileşimi nedeniyle n-tipi hücreler, safsızlıklara karşı daha büyük bir toleransa ve genel verimliliği artıran daha düşük kusurlara sahip olarak daha yüksek performans sunar. Ek olarak n-tipi hücreler, hem mono hem de çoklu p-tipi hücrelere kıyasla daha yüksek sıcaklık toleransına sahiptir. Daha da önemlisi, n-tipi hücreler, Bor ile katkılanmış p-tipi hücrelerde yaygın bir sorun olan bor-oksijen kusurlarından ötürü LID (ışık kaynaklı bozunma) sorunlarından muzdarip değildir.

• N tipi substratta daha düşük safsızlıklar
• Geliştirilmiş yüksek sıcaklık performansı
• Daha düşük oranda ışık kaynaklı bozulma (LID)

Maliyet ve Verimlilik

N-tipi hücre yapımı, ince p-tipi ’emitör’ tabakasını eklemek için bor difüzyon işlemi olarak bilinen işlemi kullandığından daha pahalıdır. Bu difüzyon süreci daha karmaşıktır ve p-tipi hücre fosfor difüzyon işlemine kıyasla daha yüksek sıcaklıklar gerektirir. Baz n-tipi silisyum üretimi için n-tipi hücrelerin daha pahalı olmasına rağmen, daha yüksek verimlilik, daha düşük kayıplar ve zaman içinde çok daha düşük bozulma sağlayan çok daha yüksek bir saflığa sahiptir, bu, geri ödemeyi artıran daha yüksek üretim ve performans ile sonuçlanır.

2.Polikristal, Monokristal ve Döküm Monokristal Hücreler

Çok kristalli veya “multi” hücreler olarak adlandırılan polikristal hücreler, genellikle çok yönlü kristalli malzemeden (çok yönlü büyütülmüş) büyütülen dökme (cast) kare külçelerden (ingotlardan) yapılır. Bunların üretilmesi daha ucuzdur, ancak granül(tane) sınırlarında meydana gelen rekombinasyon kaybı nedeniyle biraz daha düşük verimlilik sunar. Poli hücreler hala yaygın olarak kullanılmaktadır ve güvenilirlikleri tartışılmaz düzeydedir, ancak aşağıda açıklandığı gibi, monokristal hücreler daha yüksek verimlilik ve daha düşük sıcaklık katsayısı nedeniyle daha çok rağbet görmeye başlamıştır.

Standart Monokristal hücreler genel olarak baklava desenli koyu siyah renktedir, poli veya multi kristalli hücreler kare kenarlıdır, mavi renk tonlarında görünür. Dökme monokristal, poli hücrelere çok benzer şekilde kare kenarlı siyah ya da koyu laciverttir.

Döküm(Cast) Monokristal Hücreli Panel

Monosilisyum benzeri(Quasi) hücreler olarak da bilinen döküm monokristal hücreler, polikristal hücrelere benzer bir döküm üretim süreci kullanılarak yapılır. Daha az enerji yoğun döküm işlemi, yaygın Czochralski işlemi kullanılarak yapılan geleneksel mono hücrelere kıyasla “mono benzeri” hücrelerin üretim maliyetini düşürür. Döküm monokristal wafer (yonga levhalar) bor-oksijen kusurlarına daha az duyarlıdır ve düşük bir ışık kaynaklı bozunma (LID) oranına sahiptirler ve bu da onları monokristal hücrelerle performans ve güvenilirlik açısından karşılaştırılabilir kılar. Döküm mono hücreler uzun yıllardır piyasadadır, ancak son zamanlarda birçok büyük hücre ve panel üreticisi tarafından benimsenmiş ve dünyada yaygınlaşmıştır.

Monokristal hücreler neden daha verimlidir?

Monokristal silisyumun esas faydaları, benzersiz czochralski üretim süreci sayesinde granül sınırları ve daha düşük safsızlıklar içermeyen tek tip kristal yapıdan kaynaklanmaktadır. Monokristal hücreler daha düşük bir ışık kaynaklı bozunma oranına (LID) ve ayrıca aşağıda ayrıntılı olarak açıklandığı gibi biraz daha iyi bir sıcaklık katsayısına sahiptir. Karşılaştırıldığında, polikristal (multikristalli hücreler), çok küçük ancak tanımlanmış kristal sınırlarına sahiptir, bu sınırlar çok küçük bariyerler olarak hareket edebilir ve verimliliği azaltabilir. Çok kristalli hücreler, güvenilir ve uzun ömürlü olsalar da yıllarca kullanımdan sonra mikro çatlaklar oluşturmaya daha müsait olabilirler.

Yüksek Sıcaklık Performansı

Güç sıcaklık katsayısı, hücre sıcaklığı arttıkça güç kaybı miktarıdır. Tüm güneş hücreleri ve paneller, standart test koşulları (STC- 25 ° C’de ölçülür) kullanılarak derecelendirilir ve hücre sıcaklığı arttıkça güç çıkışını yavaşça azaltır. Genel olarak hücre iç  sıcaklığı, güç çıkışında % 8-14’lük bir azalmaya eşit olan ortam hava sıcaklığından 20-35 ° C daha yüksektir.

Güç sıcaklık katsayısı karşılaştırması- Daha düşük, daha verimli

• Polikristal hücreler-%0,4 ila %0,43/°C
• Monokristal hücreler-%0,35 ila %0,40 /°C
• Monokristal IBC hücreleri-%0,29 ila %0,31/°C
• Monokristal HJT hücreleri-%0,25 ila %0,27/°C

Aşağıda daha ayrıntılı olarak açıklanan monokristal IBC hücreleri, standart polikristal ve monokristal hücrelere kıyasla %-0.30 / ° C’lik çok daha düşük bir sıcaklık katsayısına sahiptir. Ancak, yüksek sıcaklıklarda en iyi performans gösteren hücreler, son bölümde anlatacağımız Panasonic ve REC gibi panel markalarında kullanılan hetero-farklı- bağlantılı/eklemli (HJT) hücrelerdir.

3. Yeni Nesil Hücre Teknolojileri

Birçok fotovoltaik güneş paneli üreticisi, çeşitli güç derecelerine ve garanti koşullarına sahip monokristal ve polikristal (aynı zamanda multi kristalli olarak da bilinir) çeşitleri içeren bir dizi güneş paneli modeli sunmaktadır. Güneş panellerinin verimlilikleri, fotovoltaik hücre teknolojisindeki hızlı ilerlemeden dolayı son birkaç yılda önemli ölçüde artmıştır. Aşağıda bu ilerlemelere neden olan hücre tipleri listelenmiştir.

• PERC– Passivated Emitter and Rear Contact- Pasifleştirilmiş yayıcılı ve Arkadan Temaslı
• Bifacial– Çift yüzlü hücreler
• Multi-Çoklu- Bara- Çoklu şerit ve tel baralar
• Yarım hücreli Bölünmüş Panel (Half Cut)- Yarım kesilmiş ve 1/3 kesilmiş hücreler
• Şingıl Hücreler– Üstüste binmiş şingıl hücreler
• Yüksek Yoğunluklu Boşluksuz Hücreler– Hücreler arası boşlukları kaldırma
• IBC- Birbirine Bağlı Arka taraf iletkenle Temaslı hücreler
• HJT – Hetero (Farklı) Bağlantılı hücreler

Aşağıda ayrıntılı olarak açıklanan bu yenilikler ve daha fazlası, 25 yıla kadar ürün garantileri ve 25-30 yıla kadar performans garantileri sunan birçok üretici ile çeşitli verimlilik iyileştirmeleri, gölge toleransı ve artırılmış güvenilirlik sunmaktadır. Bununla birlikte, mevcut tüm yeni panel çeşitleriyle, bir güneş enerjisi kurulumuna yatırım yapmadan önce biraz araştırma yapmaya değer.

PERC – Pasifleştirilmiş Hücreler

Son birkaç yılda PERC, hem mono- hem de polikristal hücrelerde birçok üretici için tercih edilen teknoloji olarak ortaya çıktı. PERC, daha fazla ışık fotonu absorbe etmek ve toplam ‘kuantum verimliliğini’ artırmak için hücrenin arka tarafında ek katmanlar kullanan daha gelişmiş bir hücre mimarisi olan “Pasifleştirilmiş yayıcılı ve Arkadan Temaslı” hücre anlamına gelir. Yaygın bir PERC teknolojisi, yerel alüminyum yüzey alanı (Al-BSF)’dır. Bununla birlikte, PERT (tamamen yayılmış pasifleştirilmiş yayıcı) ve PERL (Pasifleştirilmiş Verici ve Arka Lokal olarak dağıtılmış) gibi birkaç başka varyasyon da geliştirilmiştir.

Avustralya Gelişmiş Fotovoltaik Merkezi’nin (UNSW) yöneticisi Profesör Martin Green, şu anda dünya çapında çoğu güneş paneli üreticisi tarafından yaygın olarak kullanılan PERC konseptini icat etti.

PERC arka katmanı ve yerel AI-BSF (Alüminyum Arka Yüzey Alanı) – Resim LONGi Solar

Qcells firması, PERC teknolojisini polikristalli hücrelere dahil eden ilk firmaydı, ancak PERC modülleri ürün yelpazesi için Q.antum adını kullandılar. Jinko solar firması, yakın zamanda monokristal N-tipi PERC hücresinde kaydedilen en yüksek verimlilik olan % 24,79 oranını yakalayarak bu hücre tipinde güneş verimliliği rekorunu kırdı. Mono PERC hücreleri,  Winaico, Trina Solar, Q hücreleri, LONGi Solar, Jinko Solar, Risen ve JA Solar gibi büyük firmaların  da ana ürün gruplarında yer alarak en popüler ve verimli hücre tipi haline gelmiştir.

Çoklu / Tel Baralar – Multi Busbar Hücreler

Her hücre boyunca küçük gümüş metalik parmaklar akımı baralara aktarır. Daha yakın zamanlarda, birçok üretici geleneksel şerit baralardan çok telli baralara veya MBB’ye geçmiştir.

Baralar (Bus bar), her bir hücrenin enerjisini çeken ve elektronları (akımı) güneş paneli boyunca taşıyan ince teller veya şeritlerdir. Fotovoltaik hücreleri daha verimli hale geldikçe, daha fazla akım üretirler ve son yıllarda çoğu üretici 3 baradan 5 veya 6 baraya geçmiştir. 2019 yılından itibaten LG enerji, REC, Trina Solar ve Canadian Solar gibi birçok üretici bir adım daha ileri giderek düz baralar yerine 12 veya 16’ya kadar çok ince yuvarlak tel kullanarak çoklu bara (MBB) sistemleri geliştirmiştir. Geleneksel düz şerit baraların sorunu, hücrenin bir kısmını gölgelemeleri ve performansı biraz düşürmeleridir, bu nedenle dikkatlice tasarlanmaları gerekir. Öte yandan, çoklu yuvarlak tel baralar daha düşük direnç ve elektronların parmaklar (finger) boyunca hareket etmesi için daha kısa bir yol ağlayarak daha yüksek performans sağlar.

Olası darbeler, ağır yükler veya paneller üzerinde yürüyen insanlar nedeniyle bir hücre mikro çatlağı meydana gelirse, hücre üzerinde bulunan çoklu baralar, akımın akması için alternatif yollar sağladıkları için çatlak ya da çatlakların bir sıcak noktaya (hotspot) dönüşme ihtimali azalır.

Resimde elektriksel olarak düşük kayıp, düşük stres ve optik absorpsiyon artırımı anlamına gelen ‘Cello’ teknolojisi olarak adlandırdığı 12 küçük yuvarlak tel barayı ilk kez kullanan LG Neon modülleri görülmektedir. Biraz sıkı fıkı görünmesine rağmen, temelde Çello çok telli teknolojisi elektrik direncini düşürür ve verimliliği daha da artırır.

Trina solar, diğer pek çok üretici ile birlikte 2019’da bir dizi modülde seçenek olarak çoklu bara (MBB) adı altında ince yuvarlak telli bara hücreleri sunmaya başladı.

Daha önce açıklandığı gibi, daha fazla baraya sahip olmanın bir başka faydası da, eğer bir hücrede dış stresler nedeniyle mikro çatlaklar meydana gelirse, elektronların akması için birçok alternatif baraya sahip olduğundan, bunun bir sıcak nokta oluşturma şansının daha az olmasıdır. Bu, aşağıdaki şemada gösterilmiştir.

Yarım Kesilmiş Hücreli Split Paneller

Dünyanın önde gelen üreticilerinin çoğu artık geleneksel tam boyutlu kare hücreler yerine yarı kesilmiş veya yarım boyutlu hücrelere geçmiştir. Bu, güneş panelini etkili bir şekilde paralel olarak çalışan % 50 kapasiteli iki küçük panele ayırır. Bunun, baralar (akım toplayıcılar) yoluyla daha düşük direnç kayıpları nedeniyle artan performans dahil olmak üzere birçok faydası vardır. Daha yakın zamanlarda, Trina Solar gibi bir dizi üretici, hücrenin 1/3 kesimli hücreler olarak bilinen üç kısma bölünmesini sağlayan ekstra büyük 210 mm kare hücreler üretmeye başladı. Bu geniş formatlı hücreler, 600W’a kadar yüksek güçlü paneller üretmek için kullanılır.

Her bir hücre yarı boyutta olduğu için aynı voltajda akımın yarısını üretir, bu da busbar genişliğinin yarı yarıya azaltılabileceği anlamına gelir ve bu da hücre gölgelemesini, kayıpları azaltır ve verimliliği artırır. Daha düşük akım aynı zamanda daha düşük hücre sıcaklıklarına dönüşür ve bu da lokalize gölgeleme, kir veya hücre hasarına bağlı olarak potansiyel sıcak noktaların oluşumunu ve şiddetini azaltır. Ek olarak, üstten ve alttan panelin ortasına olan daha kısa kablo mesafesi, verimliliği daha da artırır ve benzer boyutlu bir panelin güç çıkışını 20W’a kadar artırabilir.

Geliştirilmiş gölge toleransı

Diğer bir önemli fayda, panelin üst veya alt kısmındaki kısmi gölgelemenin, panelin güç çıkışını geleneksel tam boyutlu hücrelere sahip bir panel ile aynı miktarda azaltmamasıdır. Bunun nedeni, üst ve alt bölümlerin paralel olarak bağlanması ve daha küçük ayrı paneller gibi davranmasıdır. Kısmi gölgeleme sırasında, voltaj korunur ve akım kaybı %50 azaltılır, bu da gölgelendiğinde daha iyi performans anlamına gelir.

Çift Yüzlü (Bifacial) Güneş Hücreleri ve Panelleri

İki yüzeyli (Bifacial) güneş enerjisi teknolojisi birkaç yıldır mevcuttur, ancak gereken çok yüksek kaliteli monokristal hücrelerin üretim maliyeti düşmeye devam ettikçe popüler olmaya başlamıştır. İki yüzeyli hücreler, panelin her iki tarafından ışığı emer ve doğru yerde ve koşullarda geleneksel monofasiyal panellere göre  % 27’ye kadar daha fazla enerji üretebilir. İki yüzeyli güneş panelleri, yansıyan ışığın panelin arka tarafından girmesine izin veren hücreleri kapsüllemek(koruyucu ön ve arka yüz) için tipik olarak bir cam ön ve şeffaf arka polimer arka tabaka kullanır. İki yüzeyli modüller, daha uzun ömürlü olan ve arıza riskini önemli ölçüde azaltabilen bir cam arka taraf da kullanabilir; bazı üreticiler artık iki yüzeyli panel modellerinde 30 yıllık performans garantileri sunmaktadır.

Geleneksel olarak çift yüzlü güneş panelleri, yalnızca benzersiz konumlardaki zemine monte kurulumlarda kullanılmıştır. Güneş ışığının çevredeki yüzeylerden, özellikle de kar yağışına eğilimli bölgeler ve aşırı enlemlerde kolayca sıçradığı veya yansıtıldığı yerlerde yaygındır. Hafif kumlu yüzeyler üzerine zemine monte edildiklerinde iyi çalıştıkları kanıtlanmış olsalar da, eğik olduklarında açık renkli çatılarda bile % 10’a kadar daha yüksek çıktı elde edebiliyorlar. İki yüzeyli güneş panelleri üreten üreticiler arasında LG enerji, Trina solar, Jinko Solar ve Yingli Solar bulunmaktadır.

Çift Cam Paneller

Birçok üretici artık cam-cam, çift cam veya duble cam güneş panelleri olarak adlandırılan ve iki yüzeyli teknoloji ile karıştırılmaması gereken özel paneller de üretmektedir. Arka cam, geleneksel beyaz EVA (plastik) arka tabakanın yerini alır ve camın çok stabil olması, reaktif olmaması ve zamanla bozulmaması veya UV degradasyonundan zarar görmemesi nedeniyle üstün özellikte cam-cam bir sandviç oluşturur. Cam-cam panellerin daha uzun ömürlü olması nedeniyle, Trina solar gibi bazı üreticiler artık 30 yıllık performans garantileri sunmaktadır.

Çerçevesiz Paneller

Özel kenetleme sistemleri gerektiğinden panellerin montajını zorlaştırabilecek alüminyum çerçeveye sahip olmayan birçok çift cam panel modeli mevcuttur. Bununla birlikte, çerçevesiz modüller, özellikle temizlik açısından çeşitli avantajlar sunmaktadır. Kir ve tozu yakalayacak çerçevenin olmaması nedeniyle panel eğimi arttıkça çerçevesiz modülleri temizlemek çok daha kolaydır ve bu sayede rüzgâr ve yağmurdan kendi kendini temizlemeye yardımcı olmaya daha meyillidir. Bu durumda daha fazla güneş enerjisi çıkışı sağlar. Bununla birlikte, bir alüminyum çerçevenin mukavemeti olmadan çift cam paneller, daha dayanıklı olsalar da, istenildiği kadar sert değildirler ve özellikle düz veya yatay monte edildiğinde esniyor veya eğiliyor gibi görünebilirler.

Şingıl Hücreler

Şingıl hücreleri, panel boyunca yatay veya dikey olarak monte edilebilen üst üste binen ince hücre şeritlerini kullanan yeni bir teknolojidir. Bu hücreler, normal bir tam boyutlu hücrenin lazerle 5 veya 6 şerit halinde kesilmesi ve arka taraf bağlantı yapıştırıcısı kullanılarak Şingıl konfigürasyonunda katmanlanmasıyla yapılır. Her hücre şeridinin hafif üst üste binmesi, hücre şeritlerini birbirine bağlayan tek bir barayı gizler. Bu benzersiz tasarım, hücreyi kısmen gölgeleyen ön yan bara bağlantılarını gerektirmediğinden panel yüzey alanının daha fazlasını kapsar ve böylece aşağıda açıklanan IBC hücrelerine çok benzer şekilde panel verimliliğini artırır.

Diğer bir yararı da, uzun kiremitli hücrelerin genellikle paralel olarak bağlanmasıdır, bu da her bir uzun hücrenin etkili bir şekilde bağımsız olarak çalışmasıyla gölgelendirmenin etkilerini büyük ölçüde azaltır. Aynı zamanda, şingıl hücrelerin üretimi nispeten ucuzdur, bu nedenle, özellikle kısmi gölgeleme bir sorunsa, çok uygun maliyetli, yüksek performanslı bir seçenek olabilirler.

Seraphim, yüksek performanslı Eclipse panel serisi ile şıngıl hücre modüllerini piyasaya süren ilk üreticilerden biriydi. SunPower P serisi, özellikle büyük ölçekli uygulamalar için daha düşük maliyetli bir seçenek sunan SunPowerin özel serisine en yeni eklenen ürünlerdendir. Şingıl hücreli güneş panelleri üreten diğer üreticiler arasında Yingli Solar ve Znshine firmaları da bulunmaktadır.

Yüksek Yoğunluklu Hücreler

Panel verimliliğini daha da artırmak için üreticiler, hücreler arasındaki dikey hücreler arası boşluğu ortadan kaldıracak teknikler uygulamaya başladı. Hücreler arasındaki standart dikey 2-3 mm boşlukların kaldırılması, toplam panel yüzey alanının daha büyük bir kısmının güneş ışığını emmesine ve böylece güç üretmesine ve dolayısıyla toplam panel veriminin artmasına neden olur. Bu, nispeten basit bir modifikasyon gibi gelebilir, ancak küçük boşluk, baraların, hücreleri bir hücrenin ön tarafından bitişik hücrenin arka tarafına bükmesi ve birbirine bağlaması için alan sağlar.

Hücreler arası boşluğu en aza indirmek veya ortadan kaldırmak için geliştirilmekte olan birkaç teknik vardır ve en yaygın olanı, bara ara bağlantısı için bir miktar alan gerektiğinden, boşluğu yaklaşık 2 mm’den 0,5 mm’ye düşürmektir. Geleneksel büyük şeritli (ribbonlu) baralar, hücrelerin önü ve arkası arasında bükülmek için birkaç milimetre boşluk gerektiriyordu. Bununla birlikte, çoklu baraların (multibusbar) kullanımına yoğun geçiş, boşluğun önemli ölçüde azaltılmasını sağlamıştır.

Bunu başarmak için JinkoSolar firması, şirketin Döşeme Şeridi (Tilling Ribbon-TR) hücreleri olarak adlandırdığı ürünü geliştirdi. Döşeme Şerit teknolojisi, hücreleri hafifçe üst üste bindirerek ve bir sıkıştırma birleştirme yöntemi kullanarak hücreler arası boşluğu ortadan kaldırır. Şerit hücrelerin döşenmesi ayrıca gerekli olan lehim miktarını önemli ölçüde azaltır, bu da gerekli gümüş miktarını azaltır ve bu da panelleri hem daha ucuz hem de daha çevre dostu yapar.

IBC Hücre Teknolojisi

IBC veya Birbirine Bağlı Arka taraf iletkenle Temaslı hücreler, hücrenin ön tarafında 5 ila 6 büyük görünür şerit (ribbon) baraya ve birden fazla parmağa sahip geleneksel hücrelerin aksine, hücrenin arka tarafına entegre edilmiş 30 veya daha fazla iletkenden oluşan bir ızgaraya sahiptir. Daha yaygın olan önden açık bara tasarımındaki en belirgin sorun, hücreyi kısmen gölgelemeleri ve ışık fotonlarının bir kısmını yansıtarak verimliliği azaltmalaradır. IBC hücreleri bu sorundan muzdarip değildir ve bonus olarak, açıkta baralar olmadan çok daha ‘nizami ve şık’ görünür.

Yüksek güç ve dayanıklılık

IBC silisyum hücreleri, arka katmanlar tüm hücreyi güçlendirdiğinden ve sonunda arızaya yol açabilecek mikro çatlamayı önlemeye yardımcı olduğundan, yalnızca daha verimli değil, aynı zamanda geleneksel hücrelerden çok daha güçlüdür.

Sunpower, hücreye geri geçen herhangi bir ışığı yansıtmak için yüksek derecede yansıtıcı metal ayna benzeri bir yüzeyle birlikte patentli ‘Maxeon’ hücre tasarımında yüksek kaliteli, sağlam bir bakır IBC arka temel katmanı kullanır. Aşağıda gösterilen ‘Maxeon’ IBC hücresinin arka tarafı, daha çok kırılgan olan geleneksel hücrelerin aksine gerilime ve bükülmeye son derece dayanaklıdır.

Sunpower ‘Maxeon’ IBC hücresinin arka tarafı, verimliliği artıran, hücrenin güçlendirilmesine yardımcı olan ve mikro çatlamayı önleyen ince metal ızgara iletkenlerini gösterir.

Yüksek Verimli N-Tipi Güneş Pilleri

PERC ve bifacial, güneş dünyasının ana akım ürünleri olarak yaygın olsalar da, en verimli ve güvenilir teknoloji hala N-tipi monokristal hücrelerdir. Bell laboratuarları tarafından 1954 yılında geliştirilen ilk güneş hücresi türü, N-tipi katkılı (dopingli) silisyum bir wafer kullandı, ancak zamanla daha uygun maliyetli P-tipi silisyum küresel pazarın% 80’inden fazlasında kullanılarak baskın hücre tipi haline geldi. Yüksek hacim ve düşük maliyetin P-tipinin arkasındaki ana itici faktör olması nedeniyle, N-tipinin, üretim maliyetleri daha da düştükçe ve verimlilikleri arttıkça daha popüler hale gelmesi beklenmektedir.

Sağlam bakır destekli SunPower IBC N-tipi hücreler, % 22’nin üzerinde ultra yüksek verimlilik elde ediyor – Sunpower Corp

Heterojunction – HJT Hücreleri

Heterojunction veya HJT güneş hücreleri, genel olarak, “hetero(farklı cins) bağlantı” olarak bilinen şeyi oluşturan hücrenin her iki tarafında ek ince film amorf silisyum katmanları olan yüksek saflıkta N-tipi kristal silisyumdan bir taban kullanır. İki farklı fotovoltaik malzeme, biraz farklı ışık dalga boylarını emer ve böylece genel hücre verimliliğini artırır. Pazardaki mevcut HJT panelleri, %21,7’ye varan yüksek panel verimliliklerine ulaşıyor.

HJT hücrelerinin en etkileyici özelliklerinden biri, poli ve mono silisyum kristalin hücrelere kıyasla %40’a yakın daha düşük olan inanılmaz derecede düşük sıcaklık katsayısıdır. Güneş paneli güç çıkışı, 25°C veya STK (Standart Test Koşulları) hücre sıcaklığında derecelendirilmiştir, bunun üzerindeki her derece güç çıkışını biraz azaltır. Yaygın poli ve mono hücrelerde, sıcaklık katsayısı °C başına yaklaşık %0,38’dir ve bu, çok sıcak rüzgârsız günlerde toplam güç çıkışını %18’e kadar azaltabilir. Karşılaştırıldığında, HJT hücreleri, çok sıcak günlerde hücre kayıplarını yaklaşık %10’a düşüren, yaklaşık %0.26/°C’lik çok daha düşük bir sıcaklık katsayısına sahiptir.

Not: İlgili yazı https://www.cleanenergyreviews.info/blog/2017/9/11/best-solar-panels-top-modules-review?rq=bifacial adresinden çeviridir ve bu sayfadan ingilizce olarak okunabilir.