Pengenalan: Mengapa Kajian Ini Penting Sekarang

Artikel ini berdasarkan kertas Nature Communications yang diterbitkan dalam talian pada Februari 2026, “Memaksimumkan penjimatan alam sekitar daripada pembuatan fotovoltaik silikon hingga 2035” oleh Bethany L. Willis et al. Kajian ini menyediakan salah satu perbandingan kitaran hayat yang lebih lengkap antara pembuatan fotovoltaik PERC dan TOPCon, melanjutkan analisis daripada data pengeluaran hari ini kepada senario teknologi dan grid 2035.

Menjelang akhir tahun 2023, kapasiti PV solar terpasang global telah melebihi 1 TWp. Dalam senario penyahkarbonan jangka panjang, angka itu boleh mencapai sekitar 80 TWp menjelang 2050. Pertumbuhan ini penting untuk peralihan tenaga, tetapi ia juga mewujudkan beban pembuatan yang sering dipandang remeh. Anggaran sebelumnya mencadangkan bahawa pembuatan PV sendiri boleh menggunakan sehingga 11% daripada baki belanjawan karbon global di bawah laluan 1.5 °C.

Masa adalah penting kerana industri silikon kristal arus perdana bergerak pantas daripada PERC hingga TOPCon. TOPCon menawarkan kecekapan yang lebih tinggi, tetapi struktur sel, dopan, lapisan pasivasi, dan metalisasinya berbeza dengan ketara daripada PERC. Persoalan utama adalah mudah tetapi sukar: adakah kecekapan yang lebih tinggi mengurangkan kesan alam sekitar, atau adakah bahan tambahan dan kerumitan proses mengimbangi keuntungan?

Kajian ini menggunakan penilaian kitaran hayat dari buaian ke pintu, meliputi rantaian dari perlombongan kuarza hingga pembuatan wafer, sel, modul, dan penghantaran ke Eropah Tengah. Unit fungsian ialah 1 Wp, dan penilaian impak mengikut kaedah EU EF v3.1 merentasi 16 kategori. Andaian pembangunan teknologi adalah berdasarkan peta jalan ITRPV 2024, manakala penyahkarbonan elektrik mengikut senario kos teknologi sifar karbon rendah EIA 2023. Wilayah pembuatan termasuk China, India, Amerika Syarikat, dan Eropah, dengan analisis Monte Carlo digunakan untuk menguji ketidakpastian.

PERC vs TOPCon: Lebih Baik dalam 15 Kategori, Lebih Buruk dalam Satu

Di bawah senario asas 2023 pembuatan China dan penghantaran ke Eropah Tengah, TOPCon berprestasi lebih baik daripada PERC dalam 15 daripada 16 kategori kesan alam sekitar berdasarkan per-Wp. Satu-satunya kategori di mana TOPCon berprestasi lebih buruk ialah penggunaan sumber logam dan mineral.

Rajah 1 | Perbandingan ternormal enam kategori impak utama antara PERC dan TOPCon, dengan perbezaan peratusan.

Peningkatan +15.2% dalam impak sumber logam sebahagian besarnya berkaitan dengan perak. Dalam sel PERC, metalisasi sisi belakang menggunakan gabungan perak dan aluminium. Dalam sel TOPCon, metalisasi depan dan belakang lebih bergantung pada pes perak. Akibatnya, walaupun TOPCon menghasilkan lebih banyak kuasa per luas, permintaan peraknya per Wp tetap menjadi kebimbangan alam sekitar yang kritikal.

Ini adalah lapisan pertama paradoks: TOPCon lebih bersih dalam kebanyakan kategori kitaran hayat, tetapi jejak logamnya boleh menjadi lebih buruk kerana metalisasi intensif perak.

Analisis Titik Panas: Elektrik Mendominasi Karbon, Perak Mendominasi Penggunaan Logam

Kajian ini membahagikan pembuatan modul TOPCon kepada empat peringkat utama: pengeluaran wafer, pengeluaran sel, pemasangan modul, dan pengangkutan ke Eropah Tengah. Hasil kajian menunjukkan bahawa kategori alam sekitar yang berbeza dikawal oleh titik panas yang sangat berbeza.

Pengeluaran wafer adalah titik panas karbon terbesar

Peringkat wafer mendominasi 12 daripada 16 kategori impak. Dalam enam kategori utama yang diserlahkan oleh kertas kerja, penggunaan elektrik berkaitan wafer menyumbang dengan ketara kepada:

Lebih daripada 85% permintaan elektrik wafer berasal daripada pengurangan polisilikon dan penarikan kristal Czochralski. Secara praktikal, jejak karbon modul solar sangat dipengaruhi oleh campuran elektrik yang digunakan di hulu dalam pengeluaran polisilikon dan ingot.

Pengeluaran sel adalah titik panas penggunaan logam

Peringkat sel adalah satu-satunya peringkat di mana penggunaan sumber logam menjadi dominan. Metalisasi pes perak menyumbang kepada 53.0% daripada jumlah penggunaan logam modul dan 98.3% daripada penggunaan logam dalam peringkat sel. Titik panas lain pada peringkat sel termasuk silane untuk pemendapan poli-Si dan PECVD, elektrik penyepuhlindapan, dan pelepasan NMVOC daripada pembersihan pelarut.

Pemasangan modul didorong oleh kaca, tembaga, dan timah

Peringkat modul menyumbang dengan ketara kepada ketoksikan manusia dan penggunaan tanah. Bahan utama termasuk kaca depan, abu soda, minyak berat yang digunakan dalam pengeluaran kaca, tembaga, dan timah. Timah digunakan dalam kuantiti yang agak kecil, tetapi sumbangannya kepada penunjuk penggunaan logam masih ketara.

Pengangkutan didominasi oleh perkapalan, tetapi pengangkutan laut masih agak cekap

Untuk penghantaran China-ke-Eropah, impak pengangkutan didominasi oleh perkapalan laut secara mutlak. Walau bagaimanapun, per tan-kilometer, pengangkutan laut masih jauh lebih bersih daripada pengangkutan jalan raya. Pengangkutan menyumbang terutamanya kepada pembentukan ozon fotokimia kerana bahan api hidrokarbon dan infrastruktur logistik.

Rajah 2 | Sumbangan titik panas peringkat wafer, sel, modul, dan pengangkutan merentasi enam kategori impak utama.

Wilayah Pembuatan dan Unjuran Masa: Eropah Mendahului, Tetapi 2035 Membawa Kelainan

Kertas kerja ini kemudian memodelkan pembuatan TOPCon di China, India, Amerika Syarikat, dan Eropah dari 2023 hingga 2035. Ia mempertimbangkan kedua-dua campuran elektrik semasa dan senario grid penyahkarbonan masa depan. Parameter teknologi seperti kecekapan, penggunaan perak, penggunaan polisilikon, dan ketebalan wafer bertambah baik tahun demi tahun mengikut andaian ITRPV.

Rajah 3 | Enam kategori impak utama mengikut rantau pembuatan dari 2023 hingga 2035. Garis pepejal mewakili grid semasa; garis putus-putus mewakili grid penyahkarbonan masa depan.

Beberapa penemuan menonjol.

Hasil yang paling tidak intuitif ialah paradoks penggunaan logam. Sistem elektrik yang lebih bersih mengurangkan pelepasan karbon, tetapi infrastruktur kuasa boleh diperbaharui boleh memerlukan lebih banyak logam yang jarang ditemui. Dalam EF v3.1, logam jarang seperti perak dan unsur nadir bumi membawa faktor pencirian yang tinggi. Di bawah andaian grid masa depan, Amerika Syarikat menjadi kes penggunaan logam tertinggi menjelang 2035, manakala Eropah kekal terendah kerana senario gridnya mempunyai bahagian PV yang agak kecil.

Dengan kata lain, penyahkarbonan memperbaiki akaun iklim tetapi boleh memburukkan akaun sumber mineral jika sistem bergantung pada infrastruktur tenaga bersih yang intensif logam.

Penggunaan Global hingga 2035: Sehingga 8.2 Gt CO₂eq Boleh Dielakkan

Menggunakan unjuran penghantaran ITRPV, kajian menganggap PERC keluar dari pasaran menjelang 2034 manakala TOPCon menjadi pengganti dominan. Ia kemudian mengira impak pembuatan global kumulatif di bawah senario pembuatan dan grid serantau yang berbeza.

Rajah 4 | Kesan kumulatif perubahan iklim dan penggunaan logam untuk penggunaan global PERC dan TOPCon. Kawasan berlorek menunjukkan perbezaan antara senario grid semasa dan masa depan.

Hasil utama termasuk:

• Emisi pembuatan PERC dan TOPCon kumulatif sebelum 2035 boleh mencapai had atas kira-kira 13.8 Gt CO₂eq.

• Mengoptimumkan lokasi pembuatan dan mendekarbonisasi elektrik boleh mengurangkan ini sehingga 8.2 Gt CO₂eq.

• Penjimatan itu bersamaan dengan sekitar 13.9% daripada jumlah pelepasan gas rumah hijau antropogenik global pada 2019.

• Memindahkan pembuatan dari China ke Eropah di bawah senario masa depan EIA yang diandaikan boleh mengurangkan GWP kumulatif sebanyak 49.5%.

• Kesan penggunaan logam meningkat apabila grid didekarbonisasi, dengan Eropah menunjukkan prestasi terbaik dan Amerika Syarikat paling teruk di bawah andaian masa depan.

Manfaat tenaga kekal sangat kuat. Modul yang dikeluarkan dari 2023 hingga 2035 dijangka menjana sekitar 94,602 TWh sepanjang 12 tahun pertama jangka hayat 30 tahun yang diandaikan. Emisi pembuatan mereka dianggarkan sekitar 2.26 Gt CO₂eq. Menghasilkan elektrik yang sama dengan grid serantau masa depan akan mengeluarkan antara 27 dan 67 Gt CO₂eq. Walaupun di bawah andaian konservatif, emisi yang dielakkan melebihi 25 Gt CO₂eq.

Rajah 5 | Keamatan karbon kitaran hayat PV solar berbanding dengan keamatan elektrik grid serantau masa depan.

Analisis Sensitiviti: Campuran Grid dan Pilihan Teknologi Mengubah Keputusan

Kajian ini melakukan beberapa ujian sensitiviti untuk mengenal pasti tuas mana yang paling penting.

Keamatan karbon sub-grid lebih penting daripada label negara

Rajah 6 | Julat GWP merentasi sub-grid di empat wilayah. Garis hitam menunjukkan rujukan grid purata yang digunakan dalam model utama.

China mempunyai julat sub-grid paling luas, dari kira-kira 0.32 hingga 0.58 kg CO₂eq/Wp. Sub-grid China yang paling rendah karbon adalah hampir dengan kes rujukan Eropah. Ini bermakna label "buatan China" atau "buatan Eropah" terlalu luas untuk perakaunan karbon yang serius. Sambungan grid sebenar, perjanjian pembelian kuasa tempatan, dan akses elektrik boleh diperbaharui secara langsung boleh menentukan sama ada modul memenuhi ambang rendah karbon seperti EPEAT Climate+.

Arang batu adalah input bahan api fosil yang paling sensitif

Rajah 7 | Kesan perubahan ±5% dalam bahagian bahan api individu merentasi 16 kategori alam sekitar.

Perubahan ±5% dalam bahagian arang batu mempunyai kesan terkuat merentasi sembilan kategori, termasuk perubahan +4.8% dalam GWP. Kuasa nuklear sangat mempengaruhi penunjuk sinaran mengion tetapi mempunyai kesan yang lebih kecil di tempat lain. Kuasa hidro adalah satu-satunya sumber boleh diperbaharui yang mengurangkan kesemua 16 kategori dalam ujian sensitiviti ini, menunjukkan bahawa pembuatan PV yang dikuasakan oleh kuasa hidro boleh menjadi sangat menguntungkan dari perspektif LCA.

Empat tuil teknikal menentukan peringkat seterusnya kelestarian PV

Rajah 8 | Sensitiviti peningkatan kecekapan, pengurangan perak kepada 5 mg/W, pengurangan elektrik wafer, dan pengurangan silana.

Sasaran perak sebanyak 5 mg/W datang dari ambang kelestarian multi-terawatt yang dibincangkan oleh Haegel et al. dalam Science 2023. Mencapainya akan mengurangkan kesan penggunaan logam secara mendadak, tetapi ia tidak menyelesaikan kesan karbon, zarahan, atau tenaga fosil. Itulah sebabnya pengurangan utama dalam penggunaan perak bukanlah cerita alam sekitar yang lengkap.

Pemeriksaan ketidakpastian Monte Carlo mengesahkan kesimpulan utama

Rajah 9 | Keputusan keyakinan Monte Carlo merentasi 16 kategori kesan alam sekitar.

Selepas 10,000 larian Monte Carlo, PERC menunjukkan kesan yang lebih tinggi daripada TOPCon dalam lebih daripada 70% simulasi untuk 11 daripada 16 kategori. Untuk perubahan iklim, tahap keyakinan adalah 71.5%. Untuk penipisan ozon, ia mencapai 98.7%. Penggunaan logam bergerak ke arah yang bertentangan dengan 95.8% keyakinan, mengesahkan bahawa TOPCon sangat mungkin menggunakan lebih banyak sumber logam di bawah andaian asas.

Implikasi Industri: Peralihan TOPCon Adalah Positif, Tetapi Tidak Secara Automatik Mampan

Penemuan ini membawa kepada beberapa kesimpulan praktikal untuk industri pembuatan solar.

• TOPCon menggantikan PERC adalah positif secara alam sekitar secara keseluruhan, tetapi perak menjadi isu kitaran hayat, bukan sekadar isu kos. Oleh itu, teknologi penyaduran tembaga dan susunan Ni/Cu/Ag bukan sahaja pilihan pengurangan kos; ia juga penting untuk mengurangkan penunjuk sumber logam.

• Elektrik wafer adalah titik panas iklim terbesar. Pengurangan polisilikon dan penarikan kristal adalah proses teras yang perlu diperhatikan. Untuk pematuhan jejak karbon, lokasi pembuatan harus dinilai pada tahap sub-grid, bukan hanya mengikut negara.

• Elektrik rendah karbon boleh mewujudkan pertukaran mineral. Grid yang dinyahkarbon menurunkan GWP, tetapi jika pengembangan grid bergantung kepada sistem tenaga boleh diperbaharui yang intensif logam, penunjuk penggunaan logam mungkin meningkat.

• Peningkatan kecekapan adalah tuas paling bersih untuk semua kategori. Kecekapan modul yang lebih tinggi mengurangkan kawasan, bahan, dan permintaan tenaga per Wp merentasi keseluruhan rantaian nilai. TOPCon mempunyai leverage kecekapan yang lebih kuat daripada PERC, tetapi faedah itu mesti dilindungi dengan mengurangkan penggunaan perak.

Pandangan Ooitech

Sebagai pembekal peralatan yang bekerja rapat dengan barisan pengeluaran modul solar, kami melihat peralihan TOPCon sebagai peringatan bahawa kecekapan sel yang lebih tinggi sahaja tidak mencukupi untuk menentukan laluan pengeluaran yang benar-benar mampan. Keputusan peringkat kilang yang paling penting ialah kesediaan proses pengurangan perak, sumber elektrik sisi wafer, dan kawalan proses yang stabil yang boleh menukar keuntungan kecekapan kepada penjimatan bahan sebenar per-Wp. Untuk barisan modul masa depan, terutamanya yang direka untuk TOPCon atau produk n-jenis generasi akan datang, prestasi alam sekitar akan semakin bergantung pada sejauh mana peralatan, bahan, dan strategi tenaga kilang direka bersama.