P-type czy N-type? Co powinieneś wiedzieć o różnicach pomiędzy tymi ogniwami?

Inwestorzy zainteresowani zakupem instalacji fotowoltaicznej, prawdopodobnie nie zwracają uwagi na to, czy panel fotowoltaiczny jest p-type czy n-type. Są ważniejsze rzeczy, które warto wziąć pod uwagę, np. moc modułu PV czy jego estetyka. Gdyby jednak ktokolwiek się zastanawiał, co oznaczają te litery oraz jak mogą wpłynąć na wybór paneli fotowoltaicznych, poniżej krótki kurs na ten temat.

1. P-type czy n-type?
2. Cechy fotowoltaicznych n-type
3. Ogniwa n-type i p-type – udziały w rynku
4. Różnice w wydajności pomiędzy n-type oraz p-type
5. Podsumowanie

P-type czy n-type?

Działanie ogniw fotowoltaicznych oparte jest o wykorzystanie złącza p-n, najczęściej złożonego z dwóch warstw krzemu. Jedna z nich – cieńsza, nazywana jest emiterem, natomiast druga, grubsza – bazą. I to właśnie materiał bazowy stanowi o nazwie całego modułu. Jeśli w bazie mamy krzem typu p, a w emiterze krzem typu n, to cały moduł jest p-type. Natomiast, jeśli w bazie znajduje się krzem typu n, a krzem typu p w emiterze, to cały panel fotowoltaiczny jest n-type.

W procesie powstawania ogniwa krzemowego (c-Si), najpierw jest ono uzupełniane (domieszkowane) różnymi składnikami chemicznymi, aby wywołać produkcję prądu. Główną różnicą pomiędzy p-type oraz n-type jest liczba elektronów. W ogniwie fotowoltaicznym p-type, krzem jest na ogół domieszkowany borem, który posiada o jeden elektron mniej niż krzem (czyniąc ogniwo dodatnio naładowane). Ogniwo n-type jest domieszkowane fosforem, który posiada jeden elektron więcej niż krzem (w ten sposób stając się ujemnie naładowanym).

Krzem typu p domieszkowany borem, pod wpływem światła słonecznego może zachodzić w reakcje z tlenem i się utleniać, powodując obniżenie wydajności panelu fotowoltaicznego. Jest to tzw. efekt LID, czyli degradacja światłem słonecznym, odpowiadający za 2% – 3% straty mocy modułu już w pierwszym roku działania instalacji.

W krzemie typu n, fosfor nie zachodzi w reakcje z tlenem, dzięki czemu zjawisko LID jest bardzo niewielkie.

Pomimo tego, iż pierwsze ogniwa solarne stworzone w laboratoriach Bella w 1954 roku były rodzaju n-type, rynek zdominowały ogniwa p-type, z powodu popytu na technologie solarne w przestrzeni kosmicznej. Typ p okazał się bardziej odporny na degradację – w przestrzeni kosmicznej nie ma tlenu, więc zjawisko utleniania się boru było pomijalne. W związku z tym, że w tamtym czasie badania koncentrowały się na technologiach związanych z przestrzenią kosmiczną, spowodowało, iż wiele lat później, dominacja p-type przeniosła się na rynek domowych instalacji fotowoltaicznych.

Poprzez efekt skali p-type można było taniej produkować, przez co ten rodzaj ogniw zdominował rynek. Obecnie koszty produkcji oby rodzajów zaczynają być porównywalne.

Cechy ogniw fotowoltaicznych n-type

Poniżej przedstawiamy zalety ogniw n-type w porównaniu do p-type:

• wolniejsza degradacja dzięki ograniczeniu występowania efektu LID – zjawisko LID powoduje spadek mocy o 2 do 3 procent w pierwszym roku użytkowania instalacji.
• na ogół wolniej spada moc ogniw n-type wraz ze wzrostem temperatury – charakteryzują się one niższym współczynnikiem temperaturowym mocy. Jednak nie zawsze tak jest, więc aby mieć pewność należy spojrzeć do karty katalogowej danego modułu.

Zastosowanie modułów n-type nie oznacza dłuższej żywotności, znacznie większej produkcji energii elektrycznej, czy większej wytrzymałość – to zależy od innych parametrów. Mogą posiadać ww. cechy, ale nie muszą.

Wadą ogniw n-type może być dopiero rozwijana technologia produkcji, w przeciwieństwie do ogniw p-type, które są dojrzałym produktem. Badacze z holenderskiej Netherlands Organisation for Appled Scientific Research (TNO) opublikowali wyniki badań, z których wynika, iż występuje podwyższone ryzyko degradacji ogniw n-type, w których wykorzystano folię ochronną EVA. Folia EVA jest najpopularniejszym rodzajem folii ochronnej stosowanej w panelach fotowoltaicznych. W przypadku dwóch innych rodzajów folii: POE oraz TPO, nie wykryto negatywnych zjawisk.

Ogniwa n-type i p-type – udziały w rynku

Obecnie udział ogniw n-type w rynku stanowi ok. 10% rynku. Prognozy oraz informacje docierające od producentów paneli fotowoltaicznych, wskazują jednak na bardzo szybki rozwój tej technologii oraz jej dominację w ciągu kilku lat. Jednym z najbardziej obiecujących zastosowań ogniw n-type są moduły dwustronne.

Różnice w wydajności pomiędzy n-type oraz p-type

Aby porównać korzyści z zastosowania modułów n-type, najlepiej posłużyć się konkretnym przykładem.

Do porównania wykorzystano moduły Jinko Solar Tiger Mono (p-type) oraz Tiger Neo (n-type):

Po 25 latach Tiger Mono (p-type) o mocy 100W (wartość wybrana dla uproszczenia obliczeń) wyprodukuje 2.285 kWh, natomiast Tiger Neo (n-type) wyprodukuje 2.355 kWh, czyli 3 procent energii elektrycznej więcej niż p-type. Czy to dużo, czy mało? Każdy sam musi ocenić, biorąc pod uwagę różnicę w cenie pomiędzy oboma modułami.

Trzeba tutaj dodać, iż współczynnik temperaturowy mocy Tiger Mono wynosi -0,35%/⁰C, natomiast dla Tiger Neo wynosi on -0,29%/⁰C. A zatem nieco więcej prądu w wysokich temperaturach wygeneruje moduł n-type. Różnica będzie jednak niewielka, ponieważ nominalna temperatura pracy (NOCT) wynosi 45⁰C dla jednego i drugiego modułu. Warunki NOCT opisują temperaturę pracy ogniwa, gdy temperatura otoczenia wynosi 20⁰C (ogniwo nagrzewa się podczas pracy).

Podsumowanie

• Panele fotowoltaiczne n-type degradują wolniej od paneli p-type.
• N-type posiadają na ogół również korzystniejszy współczynnik temperaturowy mocy.
• Ponieważ jest to stosunkowa nowa technologia, nie jest jeszcze w pełni opanowana.