ตอนที่ 5: เทคโนโลยีอนาคตของเซลล์แสงอาทิตย์ (Next-Gen N-Type & Tandem)

ช่วง 1-2 ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมแผงเซลล์แสงอาทิตย์โลกได้เผชิญกับการปรับโครงสร้างทางเทคโนโลยีครั้งใหญ่ที่สุดครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์ เมื่อผู้ผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์หลักได้เปลี่ยนการผลิตจาก แผ่นเวเฟอร์ชนิด P (P-type Wafer) ไปสู่ แผ่นเวเฟอร์ชนิด N (N-type Wafer) ซึ่งมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและเสถียรภาพที่สูงกว่าอย่างเห็นได้ชัด

1. ความแตกต่างด้านโครงสร้างทางเคมีระหว่าง P-type และ N-type

แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนชนิด P-type จะถูกเจือด้วยอะตอมของโบรอน (Boron) เป็นหลัก ในขณะที่ N-type จะเจือด้วยฟอสฟอรัส (Phosphorus) โดยข้อด้อยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์ชนิด P-type คือ ความอ่อนไหวต่อปรากฏการณ์เสื่อมสภาพจากแสงอาทิตย์ (Light-Induced Degradation – LID) และการเสื่อมสภาพจากแสงและอุณหภูมิที่สูงขึ้น (Light and elevated Temperature-Induced Degradation – LeTID)

เนื่องจากอะตอมโบรอนที่เจือในซิลิคอนจะทำปฏิกิริยากับอะตอมออกซิเจนที่ปนเปื้อนในเนื้อซิลิคอนระหว่างกระบวนการดึงผลึกแบบ CZ เกิดเป็น สารประกอบเชิงซ้อนโบรอน-ออกซิเจน (Boron-Oxygen Complexes) ซึ่งเป็นจุดที่ทำให้เกิดการกลับมารวมตัวกันของประจุ (Recombination Centers) ส่งผลให้อายุของพาหะส่วนน้อย (Minority Carrier Lifetime) สั้นลงอย่างชัดเจนเมื่อแผงเริ่มรับแสงแดด ในขณะที่แผ่นเวเฟอร์ชนิด N-type ปราศจากพันธะของโบรอน-ออกซิเจน จึงไม่มีการเกิดปัญหา LID และ LeTID ทำให้ได้เสถียรภาพด้านประสิทธิภาพในระยะยาวที่เหนือกว่า

2. วิวัฒนาการและการเปรียบเทียบสถาปัตยกรรมของเซลล์แสงอาทิตย์

  • PERC (Passivated Emitter and Rear Cell): เทคโนโลยีที่สร้างสถิติการใช้งานสูงสุดในอดีต โดยการเพิ่มชั้นไดอิเล็คทริกฟิล์มบางเพื่อลดแรงยึดประจุที่ด้านหลัง (Rear Passivation Layer) ซึ่งช่วยสะท้อนโฟตอนที่ผ่านเลยแผ่นซิลิคอนให้กลับมาทำปฏิกิริยาอีกครั้ง อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ได้พัฒนามาถึงขีดจำกัดสูงสุดเชิงพาณิชย์ที่ระดับประสิทธิภาพประมาณ 24.5% แล้ว
  • TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact): เป็นเทคโนโลยีกระแสหลักที่เข้ามาทดแทน PERC ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2025-2026 โดยใช้สถาปัตยกรรมชั้นออกไซด์บางระดับนาโนเมตร (SiO2 1-2 nm) ผนวกกับโพลีซิลิคอนที่เจือสารอย่างหนาแน่น (Heavily Doped n+-Polysilicon Layer) ที่ด้านหลังของเซลล์ โครงสร้างที่มีความหนาระดับอะตอมนี้เปิดโอกาสให้อิเลกตรอนเคลื่อนตัวผ่านได้ด้วย ปรากฏการณ์ทะลุผ่านทางกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum Mechanical Tunneling) ขณะเดียวกันก็ทำหน้าที่บล็อกไม่ให้โฮลเคลื่อนที่ข้ามไป จึงช่วยลดอัตราการสูญเสียพลังงานจากการรวมตัวใหม่ที่ขั้วสัมผัสโลหะได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้มีค่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (Open-Circuit Voltage – Voc) เพิ่มขึ้น และที่สำคัญคือผู้ผลิตสามารถ ปรับแต่งอุปกรณ์ในสายการผลิตเดิมของ PERC (Line Retrofitting) ให้เป็นระบบ TOPCon ได้โดยใช้เงินลงทุนที่ค่อนข้างต่ำ
  • Back Contact (BC – รวมถึง IBC, TBC และ HPBC): เป็นการพัฒนาเชิงโครงสร้างโดยการย้ายโครงข่ายสายนำบัสบาร์และนิ้วรับประจุโลหะทั้งหมดไปไว้ที่ด้านหลังแผง (All-back contact structure) ซึ่งช่วยเปิดหน้าแผงรับแสงได้เต็มที่ 100% ปราศจากเงาบดบังของโลหะ ส่งผลให้ได้สัดส่วนการผลิตพลังงานสูงสุดและความสวยงามในสไตล์สีดำล้วน (All-black appearance) เหมาะกับหลังคาบ้านและโครงการระดับสถาปัตยกรรมที่เน้นความงามของพื้นผิว อย่างไรก็ดี เทคโนโลยี BC มีขั้นตอนการผลิตที่ซับซ้อนกว่า โดยต้องใช้ขั้นตอนการทำงานมากกว่า 20 ขั้นตอนเมื่อเทียบกับ 12 ขั้นตอนของ TOPCon ส่งผลให้ต้นทุนรวมแพงกว่าระบบ TOPCon ราว 15%
image29.jpeg
image29.jpeg

Source: https://www.tclsolar.com/products/back-contact-solar-panels

  • Silicon-Perovskite Tandem (เซลล์แสงอาทิตย์สองรอยต่อประสานซิลิคอน-เพอรอฟสไกต์): เป็นนวัตกรรมปฏิวัติโครงสร้างทางฟิสิกส์เพื่อก้าวข้าม ขีดจำกัดทางทฤษฎีของรอยต่อเดี่ยว (Shockley-Queisser Limit) โครงสร้างนี้ใช้การวางเซลล์เพอรอฟสไกต์ (Perovskite Cell) ที่ถูกปรับแต่งค่าช่องว่างพลังงานให้กว้างขึ้น (High Bandgap 1.7-1.8 eV) ไว้ที่ชั้นบนสุดเพื่อทำหน้าที่รับแสงความยาวคลื่นสั้น (แสงสีฟ้า/UV) และให้ปล่อยแสงความยาวคลื่นยาว (แสงสีแดง/อินฟราเรด) ทะลุลงไปทำปฏิกิริยาในเซลล์ซิลิคอนรอยต่อเดี่ยว (1.12eV) ที่วางอยู่ด้านล่าง

ณ ปัจจุบัน สถิติโลกประสิทธิภาพระดับห้องปฏิบัติการได้รับการทดสอบโดยบริษัท LONGi พุ่งสูงถึง 35.0% บนอุปกรณ์ขนาด 1 ตารางเซนติเมตร และ 33.0% บนพื้นที่ขนาดใหญ่ 260.9 ตารางเซนติเมตร ในขณะที่ Hanwha Qcells สามารถก้าวผ่านสถิติ 28.6% บนขนาดเวเฟอร์มาตรฐาน M10

นอกจากนี้ ในปี ค.ศ. 2026 วงการวิจัยได้รับการยืนยันความก้าวหน้าครั้งสำคัญจากวารสาร Nature ด้วยการพัฒนา เซลล์แทนเดมแบบยืดหยุ่น (Flexible Perovskite-Silicon Tandem) ที่ให้ประสิทธิภาพถึง 33.6% และทนต่อแรงบิดโค้งงอได้ถึง 5,000 ครั้งโดยคงสภาพประสิทธิภาพไว้สูงถึง 91% นวัตกรรมนี้ยังได้สลัดทิ้งโครงสร้างที่ไม่เสถียรอย่าง Methylammonium โดยเปลี่ยนไปใช้งานสารประกอบ Formamidinium Lead Iodide (FAPbI3) ที่มีเสถียรภาพทางโครงสร้างความร้อนและทนความชื้นได้สูงกว่า ด้านความพยายามเชิงพาณิชย์ บริษัท Oxford PV กำลังผลักดันการจัดจำหน่ายแผงแทนเดมประสิทธิภาพ 25% ถึง 27% ร่วมกับพันธมิตรผู้ผลิตภายนอกเพื่อป้อนเข้าสู่ระบบจำหน่ายในช่วงปี ค.ศ. 2027 โดยตั้งเป้าหมายอายุการใช้งานของแผงแทนเดมที่ 20 ปี

P-type PERC N-type TOPCon N-type BC (HPBC/IBC) Silicon-Perovskite Tandem
ประสิทธิภาพสายการผลิต (Commercial) 20.0% – 22.0% 23.0% – 25.0% 25.0% – 26.0% 25.0% – 29.0% (ปี 2026/2027)
ขีดจำกัดประสิทธิภาพทางทฤษฎี ~24.5% ~28.0% ~29.1% ~35.0% – 40.0%+
สภาวะการต้านทาน LID & LeTID อ่อนแอ สูญเสียกำลังไฟง่าย ดีเยี่ยม ไม่ไวต่อผลกระทบ ดีเยี่ยม ไม่ไวต่อผลกระทบ แปรปรวนตามระบบแคปซูลเคลือบ
ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ (Pmax) -0.35% ถึง -0.43%/°C -0.29% ถึง -0.32%/°C -0.26% ถึง -0.30%/°C ต่ำกว่า -0.25%/°C (คาดการณ์)
ประสิทธิภาพการรับแสงสองหน้า (Bifaciality) 70% – 75% 80% – 85% ต่ำ-เน้นการรับแสงด้านเดียว ต่ำ-เน้นการรับแสงด้านเดียว
โครงสร้างความซับซ้อนในกระบวนการ ปานกลาง (~10 ขั้นตอน) ปานกลาง (~12 ขั้นตอน) สูงมาก (20+ ขั้นตอน) สูงมาก (การพิมพ์ซ้อนชั้น)
เปรียบเทียบราคาในตลาด มาตรฐาน (Base) +3.6% ถึง +10% +15% จาก TOPCon ยังไม่มีข้อมูล
Post Views: 13