Mono-kryštalické moduly PERC zaznamenávajú v prvom- roku typickú degradáciu o 3 % (nameraný priemer 1,92 %) v dôsledku porúch komplexu bór-kyslíka (B-O), čo vedie k významným stratám pri výrobe energie počas životného cyklu;
zatiaľ čo TOPCon N-typu, využívajúci doštičky-dopované fosforom, sa vyhýba mechanizmu BO-LID, čím dosahuje degradáciu v prvom-roku<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Demonštračné údaje Yinchuan ukazujú: Pri ekvivalentnom ožiarení moduly TOPCon degradujú menej ako 37 % modulov PERC po 6000 hodinách.
Tunelová oxidová vrstva TOPCon a poly{0}}silikónová pasivačná štruktúra súčasne potláčajú povrchovú rekombináciu,výsledkom je rýchlosť degradácie-indukovanej laboratórnym svetlom len 0,26 %.
Nižšia degradácia v kombinácii s 24%-26% výhodou účinnosti konverzie umožňuje TOPCon dosiahnuť3-5 ročný prírastok energie pokrývajúci počiatočné nákladyvo veľkých-elektrárňach, pretvorenie logiky výberu vysokoúčinných modulov-.
Príčiny
Tvorba a aktivácia bór{0}}kyslíkových komplexov
Hlavným mechanizmom LID je tvorba komplexov bór-kyslíka (B-O) pri osvetlení. V doštičkách typu P- dopovaných bórom sa atómy bóru spájajú s intersticiálnym kyslíkom za vzniku nestabilných defektov B-O:
· Stav formácie: Under illumination intensity >1 mW/cm² sa komplex bór-kyslíka dostane do aktívneho stavu (stav B), čo spôsobí, že životnosť menšinového nosiča klesne z 1000 μs na menej ako 500 μs.
· Vplyv teploty: Pri každom zvýšení teploty o 10 stupňov sa rýchlosť tvorby komplexu B-O zvýši 2 až 3-krát. Napríklad pri 75 stupňoch je rýchlosť degradácie LID modulov PERC 4,7-krát vyššia ako pri 25 stupňoch.
· Rozdiel v obsahu kyslíka: Mono-kryštalický kremík, pestovaný pomocou kremenných téglikov, má vysoký obsah kyslíka 10-14 ppma, zatiaľ čo multi-kryštalický kremík z odlievania má iba 1-2 ppma. To vedie k 2-3 krát vyššej degradácii LID v mono-Si v porovnaní s multi-Si.
Vplyv zosilnenia parametra procesu na viečko
Procesy výroby buniek priamo ovplyvňujú aktivitu B-O komplexov:
·Teplota spekania: When sintering peak temperature >850 stupňov, vodík z pasivačnej vrstvy difunduje do kremíkového substrátu a kombinuje sa s bórom za vzniku reverzibilných defektov. Experimenty ukazujú, že pri každom zvýšení teploty spekania o 50 stupňov sa rýchlosť degradácie LeTID zvýši o 0,8 %.
·Kovová kontaminácia: Nečistoty železa (Fe) sa kombinujú s bórom a vytvárajú páry Fe-B, ktoré sa pod osvetlením rozkladajú na Feⁱ a Bⁱ⁰, čím vznikajú ďalšie rekombinantné centrá. 1 ppm kontaminácie železom môže zvýšiť degradáciu LID o 0,5 %.
·Nedostatočná pasivácia vodíka: Keď je obsah vodíka v pasivačnej vrstve (napr. AlOx/SiNx).<1×10¹⁹ atoms/cm³, it cannot effectively passivate B-O defects. TOPCon requires 40% less hydrogen due to the absence of boron doping, improving defect regeneration efficiency.
Korelácia medzi bunkovou štruktúrou a citlivosťou viečka
Rôzne bunkové štruktúry vykazujú významné rozdiely v odpovedi LID:
·PERC bunky: Zadná pasivačná vrstva zvyšuje absorpciu svetla s dlhou{0}}vlnovou dĺžkou, čo vedie k vyššej koncentrácii nosiča a zvýšenej aktivite B-O komplexu. Merania ukazujú, že degradácia PERC LID je 1,8-krát vyššia ako v prípade konvenčných buniek s hliníkovým zadným povrchom (Al-BSF).
·TOPCon Cells: Keď je hrúbka vrstvy tunelového oxidu (SiOx) riadená na 1,5 nm, rýchlosť povrchovej rekombinácie je<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Heterojunkčné (HJT) bunky: Pasivačná vrstva amorfného kremíka prináša ďalšie defekty, ale 90 % stavov rozhrania možno opraviť žíhaním vodíkom, pričom sa degradácia LID udržiava pod 0,3 %.
Environmentálne faktory a dynamická odozva LID
Mechanizmy vonkajšieho prostredia urýchľujúce LID:
·UV žiarenie: Ultraviolet light (280-320nm) induces oxygen vacancy generation, which combines with boron to form complexes. Zhangbei demonstration data shows, in regions with annual UV irradiation >2000 kWh/m², moduly PERC dosahujú dodatočných 0,7 % LID.
·Vysoká teplota a vlhkosť: Pri podmienkach 85 stupňov / 85 % relatívnej vlhkosti spôsobuje prenikanie vlhkosti hydrolýzu komplexov bór--kyslíka, čím sa vytvárajú mobilné ióny a urýchľuje sa difúzia rekombinantného centra. Test vlhkým teplom (1000 hodín) spôsobil degradáciu PERC modulu LID o 1,2 %.
·Mechanický stres: Napätie pri zapuzdrení modulu spôsobuje mikro{0}}trhliny v doštičkách. Gradienty koncentrácie kyslíka na špičkách trhlín spúšťajú lokálnu tvorbu B-O komplexu. Počas testov tepelným cyklovaním (-40 stupňov ~ 85 stupňov) mali prasknuté moduly o 0,9 % vyššiu degradáciu LID ako neporušené moduly.
Model predpovede LID{0}na základe údajov
Fyzikálne-predpovedanie LID vyžaduje integráciu viacrozmerných{1}}parametrov:
·Kľúčové premenné: Koncentrácia bóru (B), koncentrácia kyslíka (O), efektívna koncentrácia nosiča (Δn), teplota (T).
·Empirický vzorec: Rýchlosť degradácie LID (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), kde Ea=0.85eV (aktivačná energia bór-kyslíkovej rekombinácie), k je Boltzmannova konštanta.
·Overenie merania: Štatistika na 1000 bunkách PERC ukazuje chybu predikcie vzorca<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Porovnanie rýchlosti degradácie
Testovacie podmienky a údaje laboratórneho svetla-
Štandardizovaný laboratórny testovací postup LID:
·Dávka osvetlenia: 5 kWh/m² (spektrum AM1,5G, intenzita 1000 W/m²)
·Regulácia teploty: 25 stupňov konštantná teplota
·Trvanie testu: Nepretržité osvetlenie po dobu 100 hodín
Zlepšenie technológie
Alternatívy bórového dopingu
Problém koreňa: Bunky PERC typu P-utrpeli prvý-rok degradácie až o 3 % (laboratórne údaje) v dôsledku komplexov bór-kyslíka (BO-LID).
Riešenia:
·Gálium (Ga) doping: Nahraďte bór gálom ako dopantom, vyhýbajte sa reakčnej dráhe BO-LID. Segregačný koeficient gália (0,35) je nižší ako koeficient bóru (0,8), čo si vyžaduje úpravu rozloženia tepelného poľa:
o Teplota rastu kryštálov: 1450 stupňov → 1520 stupňov (znižuje prchavosť Ga)
o Radiálny teplotný gradient:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Nameraný účinok: degradácia LID znížená z 3% na 0,7%, ale kolísanie odporu ±12%.
·Indium (In) Co{0}}doping: Kodoping bóru-india{1}}(B: In=10:1) ďalej znižuje rozpustnosť kyslíka:
o Obsah kyslíka: 10ppma → 5ppma
o Životnosť menšinového nosiča: 500μs → 800μs
o Zvýšenie nákladov: Cena plátku sa zvýšila o 0,005 USD/W.
Proces žíhania:
·Nízkoteplotné{0}}žíhanie (LTA):
o Teplota: 200 stupňov → 300 stupňov
o Čas: 10 minút → 30 minút
o Účinok: Aktivuje pasiváciu vodíka, opravuje defekty bór-kyslíka
o Údaje: degradácia PERC buniek LID znížená o 0,5 %.
Upgrade pasivačnej vrstvy
Technológia povrchovej pasivácie:
·Zásobník AlOx/SiNx:
o Kontrola hrúbky: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Rýchlosť povrchovej rekombinácie:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Optimalizácia zadnej pasivácie:
·Nastavenie hrúbky SiNx:
o Konvenčné: 120nm → Optimalizované: 150nm
o Účinok: Znižuje difúziu bóru dozadu, potláča LeTID
o Výsledok: Degradácia LeTID znížená z 1,17 % na 0,3 %.
Účinnosť konverzie
Efektivita hromadnej výroby dosahuje 25,4 %(SunPower Maxeon 7),laboratórny záznam 26,8 %, blížiace sa k28,7 % teoretický limit;
PERC stagnuje23.5%. Teplotný koeficient TOPConu je-0,29 %/stupeň, bifaciálnosť85%+zvýšenie energetického výnosu o20%, rýchlosť degradácie<0.4% per year, 30-ročné uchovanie energie87%.
Teoretické limity
Fyzická hranica mono-kryštalického PERC
Mono-kryštalické články PERC, založené na doštičkách typu P-, majú teoretickú hranicu účinnosti 24,5 % (Shockley-Queisserov limit).
Táto hodnota je určená pásmom kremíka (1,1 eV) a zhodou slnečného spektra.
Pri hromadnej výrobe vedie dopovanie bórom k -komplexom bóru s kyslíkom (B-O), ktoré spôsobujú svetlom -indukovanú degradáciu (LID) so stratou účinnosti v prvom- roku o 2 – 3 %.
