n-type eller p-type solcelle? Hva er egentlig forskjellen?

Det fins mange variabler å holde rede på rundt solceller om dagen. Som kjøper er man kanskje mest opptatt av hvordan solcellene ser ut, hvor mange man får plass til på taket, og hvor mye effekt de har?

Men nå har stadig flere leverandører også begynt å reklamere med at de leverer solceller av såkalt n-type. Hva betyr nå egentlig det?

Støpeprosessen avgjør

For å forstå forskjellen må vi først kjenne til de grunnleggende prinsippene for hvordan dagens solceller er bygd opp.

Så og si alle solceller som produseres og selges i dag, lages av krystallinsk silisium (c-Si). Silisiumet er smeltet, renset og skåret opp i syltynne plater, såkalt wafer på under en millimeter i tykkelse.

De fleste wafer-plater som i dag leveres er positivt ladet ved at ørsmå mengder med bor blandes inn i silisiumet i støpeprosessen. Dette gir waferen et overskudd på positive, mobile ladninger, siden bor har et elektron mindre enn silisium. Man sier da at waferen er av en «p-type».

På solcellefabrikken dekkes så waferen med et enda tynnere lag av negativet ladet silisium, gjerne iblandet fosfor. Denne er en «n-type».

Elektronene vil gjerne vandre fra p-plate til n-plata men dette forhindres av at det oppstår elektrisk spenning i grenseområdet mellom de to lagene.

N-type blir mer vanlig

Sollyset endrer på dette forholdet, ved at fotonene i sollyset slår løs elektroner fra p-plata, slik at disse kan vandre over til den negativt ladede toppsiden.

Selve strømproduksjonen foregår litt enkelt forklart ved at elektronene «vandrer» tilbake til p-plata via en ledning. Denne evige runddansen av elektroner, holdt i gang av sollyset, produserer elektrisitet så lenge sola skinner.

En kjent utfordring med wafer iblandet bor er imidlertid at den har en redusert evne til å produsere elektrisitet i starten, en svikt med materialet som har fått det fancy navnet «lys-indusert degradering» (LID). LID skyldes kombinasjonen av oksygen og bor i silisiumet og reduserer både effekten og renheten i p-type solceller.

En løsning på dette har vært å produsere n-type wafer, isteden for p-type wafer. Dette er wafer produsert av superrent silisium iblandet fosfor isteden for bor. Denne waferen er immun mot LID-effekten noe som har bidratt til å gjøre materialet mer effektivt i solceller.

Framfor å dekke en positivt ladet wafer med negativt ladet fosfor, lager man en negativt ladet wafer og dekker toppen med positivt ladet bor. For enkelthets skyld kaller man gjerne den første varianten for en p-type solcelle, mens den siste varianten kalles en n-type solcelle.

REC går for n-type

P-type wafer har likevel været det langt vanligste materialet å bruke i solceller. Dette skyldes ikke minst at silisium produserte etter den utbredte Czochralski metoden gjerne har blitt produsert med bor. Produksjonen av n-type silisium og wafer hare vært mye mindre, og ettersom modulprodusentene hele tiden har planlagt for å vokse, har de planlagt ut i fra hva slags silisium og wafer det er mest og billigst tilgang på.

I tillegg har p-celler vist seg å være bedre egnet som materiale i romforskningen, da de er mer motstandsdyktige mot stråling. Romkappløpet drev derfor fram utviklingen av p-cellene.

Men nå er dette i ferd med å endre seg. De senere år har imidlertid n-type solceller overtatt større og større markedsandeler.

Da REC for to år siden lanserte en ny serie av solceller, kalte de like gjerne hele serien for N-Peak for å understreke bruken av n-type wafer i solcellen.

Også SunPower, som leverer noen av merkedsts mest effektive solceller, bruker n-type wafer. Norske Norsun, som produserer wafer i Årdal, har gått helt over til å produsere n-type wawer.

p-type fortsatt størst

De senere år har flere store kinesiske silisiumsprodusenter, som LONGi og Zhonghuan, gått over til å produsere n-type silisium og wafer. Dette har økt tilgangen på, og senket prisene på n-type wafer.

Fortsatt er p-type solceller det langt vanligste. 90 prosent av solcellene er p-type. Men ifølge det internasjonale teknologiske veikartet for solceller (ITRPV) vil n-type solceller ta større og større markedsandeler og nå opp mot 30 prosent i 2030, opp fra bare fem prosent i 2017. Ettersom ordinære silisiumsbaserte solceller nærmere seg grensene for hva man kan presse ut av dem av virkningsgrad og effekt, blir materialsammensetning og komponering av solcellene bare viktigere og viktigere.

– p-type solceller har vist seg å være lette å produsere, de har nådd virkningsgrader på godt over 20 prosent og kan lages svært billig, sier solenergiforsker Erik Marstein ved Institutt for Energiteknikk (IFE). Han tror likevel man bør over på n-type wafer for å oppnå enda høyere virkningsgrad.

– I industrien har konsepter basert på n-type wafere ofte nådd de høyeste virkningsgradene, og denne type wafere er utgangspunktet for flere høyeffektivitetsarkitekturer. Mange venter at n-type solceller vil komme sterkt i årene som kommer ettersom kravet til virkningsgrad fortsetter å øke, sier han.