Mono-kristalni PERC moduli doživljajo značilno degradacijo v prvem-letu za 3 % (izmerjeno povprečje 1,92 %) zaradi napak kompleksa bora-kisika (B-O), kar vodi do znatne izgube proizvodnje energije v življenjskem ciklu;
medtem ko se tip N{0}}TOPCon, ki uporablja rezine-dopirane s fosforjem, izogiba mehanizmu BO-LID in tako doseže razgradnjo v prvem-letu<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Predstavitveni podatki Yinchuan kažejo: Pri enakovrednem obsevanju moduli TOPCon razgradijo manj kot 37 % modulov PERC po 6000 urah.
TopConova tunelska oksidna plast in poli-silicijeva pasivacijska struktura hkrati zavirata površinsko rekombinacijo,zaradi česar je stopnja razgradnje-povzročena z laboratorijsko svetlobo le 0,26 %.
Nižja degradacija v kombinaciji s 24%-26% prednostjo učinkovitosti pretvorbe omogoča TOPConu doseganje3-5 letno povečanje moči, ki pokriva začetno premijo stroškovv velikih-elektrarnah, preoblikovanje-logike izbire modulov z visokim izkoristkom.
Vzroki
Tvorba in aktivacija borov-kisikovih kompleksov
Glavni mehanizem LID je tvorba bor-kisikovih kompleksov (B-O) pod osvetlitvijo. V rezinah tipa P-, dopiranih z borom, se atomi bora združijo z intersticijskim kisikom, da tvorijo nestabilne defekte B-O:
· Pogoj za nastanek: Under illumination intensity >1 mW/cm², bor-kisikov kompleks preide v aktivno stanje (stanje B), kar povzroči padec življenjske dobe manjšinskega nosilca s 1000 μs na manj kot 500 μs.
· Vpliv temperature: Za vsakih 10 stopinj dviga temperature se stopnja tvorbe kompleksa B-O poveča 2-3-krat. Na primer, pri 75 stopinjah je stopnja razgradnje LID modulov PERC 4,7-krat večja kot pri 25 stopinjah.
· Razlika v vsebnosti kisika: mono-kristalni silicij, pridelan s kremenčevimi lončki, ima visoko vsebnost kisika 10-14 ppma, medtem ko ima več-kristalni silicij iz ulivanja le 1-2 ppma. To vodi do 2- do 3-krat večje razgradnje LID v mono-Si v primerjavi z multi-Si.
Učinek ojačanja parametrov procesa na LID
Procesi izdelave celic neposredno vplivajo na aktivnost kompleksov B-O:
·Temperatura sintranja: When sintering peak temperature >850 stopinj, vodik iz pasivacijske plasti difundira v silicijev substrat in se združi z borom, da tvori reverzibilne napake. Poskusi kažejo, da se za vsakih 50 stopinj povečanja temperature sintranja stopnja razgradnje LeTID poveča za 0,8 %.
·Kovinska kontaminacija: Nečistoče železa (Fe) se združijo z borom, da tvorijo pare Fe{0}}B, ki pod osvetlitvijo razpadejo na Feⁱ in Bⁱ⁰, kar ustvari dodatne rekombinacijske centre. 1 ppm železa lahko poveča razgradnjo LID za 0,5 %.
·Nezadostna vodikova pasivizacija: Ko je vsebnost vodika v pasivacijski plasti (npr. 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.
Korelacija med celično strukturo in občutljivostjo LID
Različne celične strukture kažejo pomembne razlike v odzivu LID:
·PERC celice: Zadnja pasivacijska plast poveča absorpcijo svetlobe dolgih-valovnih dolžin, kar vodi do višje koncentracije nosilca in povečane aktivnosti kompleksa B{1}}O. Meritve kažejo, da je razgradnja PERC LID 1,8-krat večja kot pri običajnih aluminijastih celicah zadnje površine (Al-BSF).
·TOPCon celice: Ko je debelina tunelske oksidne plasti (SiOx) nadzorovana pri 1,5 nm, je hitrost površinske rekombinacije<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Celice heterospojnice (HJT).: Pasivacijska plast amorfnega silicija uvaja dodatne napake, vendar je mogoče 90 % stanj vmesnika popraviti z vodikovim žarjenjem, pri čemer je degradacija LID pod 0,3 %.
Okoljski dejavniki in dinamični odziv LID
Mehanizmi zunanjega okolja, ki pospešujejo LID:
·UV sevanje: 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 moduli imajo dodatnih 0,7 % LID.
·Visoka temperatura in vlažnost: V pogojih 85 stopinj/85 % relativne vlažnosti prodiranje vlage povzroči hidrolizo borov-kisikovih kompleksov, ustvarjanje mobilnih ionov in pospeševanje difuzije rekombinacijskih centrov. Test vlažne toplote (1000 ur) je povzročil 1,2-odstotno degradacijo LID modula PERC.
·Mehanska obremenitev: Obremenitev inkapsulacije modula povzroči mikro-razpoke v rezinah. Gradient koncentracije kisika na konicah razpok sproži lokalno tvorbo kompleksa B-O. Med preskusi termičnega cikla (-40 stopinj ~85 stopinj) so razpokani moduli imeli 0,9 % večjo razgradnjo pokrova kot nepoškodovani moduli.
Model-napovedi LID na podlagi podatkov
Fizikalno-osnovano predvidevanje LID zahteva integracijo več-dimenzionalnih parametrov:
·Ključne spremenljivke: koncentracija bora (B), koncentracija kisika (O), efektivna koncentracija nosilca (Δn), temperatura (T).
·Empirična formula: stopnja razgradnje LID (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), kjer je Ea=0.85eV (aktivacijska energija rekombinacije bora-kisika), k je Boltzmannova konstanta.
·Preverjanje meritev: Statistični podatki o 1000 celicah PERC kažejo napako predvidevanja formule<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Primerjava stopnje razgradnje
Laboratorijska svetloba-Preskusni pogoji in podatki o razgradnji
Standardizirani postopek laboratorijskega testiranja LID:
·Odmerek osvetlitve: 5 kWh/m² (spekter AM1,5G, intenzivnost 1000 W/m²)
·Nadzor temperature: 25 stopinj konstantna temperatura
·Trajanje preizkusa: Neprekinjena osvetlitev 100 ur
Tehnološka izboljšava
Alternative borovega dopinga
Težava s korenino: PERC celice tipa P- se v prvem-letu razgradijo do 3 % (laboratorijski podatki) zaradi bor-kisikovih kompleksov (BO-LID).
Rešitve:
·Dopiranje galija (Ga).: Zamenjajte bor z galijem kot dopantom, s čimer se izognete reakcijski poti BO-LID. Galijev segregacijski koeficient (0,35) je nižji od borovega (0,8), kar zahteva prilagoditev porazdelitve toplotnega polja:
o Temperatura rasti kristalov: 1450 stopinj → 1520 stopinj (zmanjša izhlapevanje Ga)
o Radialni temperaturni gradient:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Izmerjeni učinek: razgradnja LID zmanjšana s 3 % na 0,7 %, vendar nihanje upornosti ±12 %.
·Ko-dopiranje z indijem (In).: Ko-dopiranje bora-indija (B: In=10:1) dodatno zmanjša topnost kisika:
o Vsebnost kisika: 10 ppma → 5 ppma
o Življenjska doba manjšinskega nosilca: 500μs → 800μs
o Zvišanje stroškov: cena rezin se je povečala za 0,005 $/W.
Postopek žarjenja:
·Nizko{0}}temperaturno žarjenje (LTA):
o Temperatura: 200 stopinj → 300 stopinj
o Čas: 10 minut → 30 minut
o Učinek: Aktivira vodikovo pasivacijo, popravi napake bora-kisika
o Podatki: razgradnja LID celic PERC zmanjšana za 0,5 %.
Nadgradnja pasivne plasti
Tehnologija pasivizacije površin:
·AlOx/SiNx sklad:
o Kontrola debeline: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Površinska rekombinacijska hitrost:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Optimizacija zadnje pasivizacije:
·Nastavitev debeline SiNx:
o Konvencionalno: 120 nm → Optimizirano: 150 nm
o Učinek: Zmanjša difuzijo bora nazaj, zavira LeTID
o Rezultat: razgradnja LeTID zmanjšana z 1,17 % na 0,3 %.
Učinkovitost pretvorbe
Učinkovitost množične proizvodnje doseže 25,4 %(SunPower Maxeon 7),laboratorijski zapis 26,8%, ki se približuje28,7 % teoretična meja;
PERC stagnira pri23.5%. Temperaturni koeficient TOPCon je-0,29 %/ stopinjo, dvosmernost85%+povečanje energetskega donosa z20%, stopnja razgradnje<0.4% per year, 30-letna ohranitev moči87%.
Teoretične meje
Fizična meja mono-kristalnega PERC
Mono-kristalne celice PERC, ki temeljijo na rezinah tipa P-, imajo teoretično mejo učinkovitosti 24,5 % (Shockley-Queisserjeva meja).
Ta vrednost je določena z pasovno širino silicija (1,1 eV) in ujemanjem sončnega spektra.
V množični proizvodnji doping z borom povzroči bor-kisikove komplekse (B-O), ki povzročajo svetlobno-inducirano razgradnjo (LID), z izgubo učinkovitosti v prvem-letu 2-3 %.
