Моно-кристалните PERC модули изпитват типично разграждане за първата-година от 3% (измерено средно 1,92%) поради дефекти на комплекса бор-кислород (B-O), което води до значителни загуби на генериране на електроенергия през жизнения цикъл;
докато N-тип TOPCon, използващ фосфор-допирани вафли, избягва механизма BO-LID, постигайки разграждане през първата-година<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Демонстрационните данни от Yinchuan показват: При еквивалентно облъчване модулите TOPCon се разграждат по-малко от 37% от PERC модулите след 6000 часа.
Тунелният оксиден слой на TOPCon и структурата за пасивиране на поли-силиций едновременно потискат повърхностната рекомбинация,което води до -предизвикана от лабораторна светлина степен на разграждане до 0,26%.
По-ниското разграждане, съчетано с 24%-26% предимство на ефективността на преобразуване, позволява на TOPCon да постигне3-5 години увеличение на мощността, покриващо първоначалната премия за разходитев големи-мащабни електроцентрали, прекрояване на логиката за избор на високоефективни-модули.
причини
Образуване и активиране на бор-кислородни комплекси
Основният механизъм на LID е образуването на бор-кислородни комплекси (B-O) при осветяване. В пластини тип P-, легирани с бор, атомите на бор се комбинират с интерстициален кислород, за да образуват нестабилни B-O дефекти:
· Състояние на образуване: Under illumination intensity >1 mW/cm², бор-кислородният комплекс влиза в активно състояние (състояние B), което води до падане на продължителността на живота на малцинствения носител от 1000 μs до под 500 μs.
· Температурно влияние: За всяко повишаване на температурата с 10 градуса скоростта на образуване на B-O комплекс се увеличава 2-3 пъти. Например при 75 градуса степента на разграждане на капака на PERC модулите е 4,7 пъти по-голяма от тази при 25 градуса.
· Разлика в съдържанието на кислород: Моно-кристален силиций, отгледан с помощта на кварцови тигели, има високо съдържание на кислород от 10-14 ppma, докато мулти-кристален силиций от леене има само 1-2 ppma. Това води до 2-3 пъти по-високо разграждане на LID в моно-Si в сравнение с мулти-Si.
Ефект на усилване на параметрите на процеса върху LID
Процесите на клетъчно производство влияят пряко върху активността на B{0}}O комплексите:
·Температура на синтероване: When sintering peak temperature >850 градуса, водородът от пасивиращия слой дифундира в силициевия субстрат, комбинирайки се с бор, за да образува обратими дефекти. Експериментите показват, че за всеки 50 градуса увеличение на температурата на синтероване, скоростта на разграждане на LeTID се увеличава с 0,8%.
·Замърсяване с метал: Примесите от желязо (Fe) се комбинират с бор, за да образуват двойки Fe{0}}B, които се разлагат на Feⁱ и Bⁱ⁰ при осветяване, създавайки допълнителни рекомбинационни центрове. 1 ppm замърсяване с желязо може да увеличи разграждането на LID с 0,5%.
·Недостатъчно водородно пасивиране: Когато съдържанието на водород в пасивиращия слой (напр. AlOx/SiNx) е<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.
Корелация между клетъчната структура и чувствителността на капака
Различните клетъчни структури показват значителни разлики в реакцията на LID:
·PERC клетки: Задният пасивиращ слой увеличава поглъщането на светлина с дълга-дължина на вълната, което води до по-висока концентрация на носител и подобрена активност на B-O комплекс. Измерванията показват, че разграждането на PERC LID е 1,8 пъти по-голямо от това на конвенционалните алуминиеви клетки със задна повърхност (Al-BSF).
·TOPCon клетки: Когато дебелината на тунелния оксиден слой (SiOx) се контролира на 1,5 nm, скоростта на повърхностна рекомбинация е<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Клетки с хетеропреход (HJT).: Пасивиращият слой от аморфен силиций въвежда допълнителни дефекти, но 90% от състоянията на интерфейса могат да бъдат поправени чрез водородно отгряване, поддържайки разграждането на LID под 0,3%.
Фактори на околната среда и динамична реакция на LID
Механизми на външната среда, ускоряващи LID:
·UV радиация: 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, PERC модулите имат допълнителни 0,7% LID.
·Висока температура и влажност: При условия на 85 градуса/85% относителна влажност, проникването на влага причинява хидролиза на бор-кислородни комплекси, генериране на подвижни йони и ускоряване на дифузията на рекомбинационния център. Тестът с влажна топлина (1000 часа) причини влошаване на капака на PERC модула от 1,2%.
·Механичен стрес: Напрежението при капсулиране на модула причинява микро-пукнатини в пластините. Градиентите на концентрацията на кислород в върховете на пукнатините предизвикват локално образуване на B{2}}O комплекс. По време на тестовете за термичен цикъл (-40 градуса ~85 градуса), напуканите модули са имали 0,9% по-високо разграждане на капака в сравнение с непокътнатите модули.
Модел-за управляван от данни LID прогнозен модел
Базираното-на физика LID прогнозиране изисква интегриране на много{1}}измерни параметри:
·Ключови променливи: концентрация на бор (B), концентрация на кислород (O), ефективна концентрация на носител (Δn), температура (T).
·Емпирична формула: скорост на разграждане на LID (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), където Ea=0.85eV (енергия на активиране на рекомбинацията на бор-кислород), k е константата на Болцман.
·Проверка на измерването: Статистиката за 1000 клетки PERC показва грешка при прогнозиране на формулата<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Сравнение на скоростта на разграждане
Лабораторна светлина-Тестови условия и данни за предизвикано разграждане
Стандартизирана процедура за лабораторно тестване на LID:
·Доза на осветяване: 5 kWh/m² (AM1.5G спектър, 1000 W/m² интензитет)
·Контрол на температурата: 25 градуса постоянна температура
·Продължителност на теста: Непрекъснато осветление за 100 часа
Подобряване на технологията
Алтернативи на борен допинг
Основен проблем: PERC клетките тип P- страдат от разграждане през първата-година до 3% (лабораторни данни) поради бор-кислородни комплекси (BO-LID).
Решения:
·Допинг с галий (Ga).: Заменете бора с галий като добавка, избягвайки реакционния път на BO-LID. Коефициентът на сегрегация на галия (0,35) е по-нисък от този на бора (0,8), което изисква корекция на разпределението на термичното поле:
o Температура на растеж на кристала: 1450 градуса → 1520 градуса (намалява изпаряването на Ga)
o Радиален температурен градиент:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Измерен ефект: разграждането на LID е намалено от 3% на 0,7%, но флуктуация на съпротивлението ±12%.
·Ко-допинг с индий (In).: Бор-индиев ко-допинг (B: In=10:1) допълнително намалява разтворимостта на кислород:
o Съдържание на кислород: 10ppma → 5ppma
o Живот на миноритарния носител: 500μs → 800μs
o Увеличаване на разходите: Цената на Wafer се увеличава с $0,005/W.
Процес на отгряване:
·Ниско{0}}температурно отгряване (LTA):
o Температура: 200 градуса → 300 градуса
o Време: 10 минути → 30 минути
o Ефект: Активира водородната пасивация, поправя бор-кислородните дефекти
o Данни: Разграждането на капака на клетката PERC е намалено с 0,5%.
Надстройка на пасивиращия слой
Технология за пасивиране на повърхността:
·AlOx/SiNx стек:
o Контрол на дебелината: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Скорост на повърхностна рекомбинация:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Оптимизация на задната пасивация:
·Регулиране на дебелината на SiNx:
o Конвенционален: 120nm → Оптимизиран: 150nm
o Ефект: Намалява дифузията на бор назад, потиска LeTID
o Резултат: Разграждането на LeTID е намалено от 1,17% на 0,3%.
Ефективност на преобразуване
Ефективността на масовото производство достига 25,4%(SunPower Maxeon 7),лабораторен запис 26,8%, приближавайки се към28,7% теоретична граница;
PERC е в застой23.5%. Температурният коефициент на TOPCon е-0,29%/ градус, двустранност85%+увеличаване на добива на енергия чрез20%, скорост на разграждане<0.4% per year, 30-годишно запазване на мощността87%.
Теоретични граници
Физическа граница на моно-кристалния PERC
Моно-кристалните PERC клетки, базирани на пластини тип P-, имат теоретична граница на ефективност от 24,5% (граница на Shockley-Queisser).
Тази стойност се определя от забранената лента на силиция (1,1 eV) и съвпадението на слънчевия спектър.
При масовото производство допингът с бор води до бор-кислородни комплекси (B-O), причиняващи светлинно{2}}индуцирано разграждане (LID), със загуба на-ефективност през първата-година от 2-3%.
