Mono-moduły PERC monokrystaliczne ulegają typowej degradacji w pierwszym- roku wynoszącej 3% (średnia zmierzona 1,92%) z powodu defektów kompleksu boru-tlenu (B-O), co prowadzi do znacznych strat wytwarzania energii w całym cyklu życia;
podczas gdy TOPCon typu N-wykorzystuje płytki domieszkowane fosforem- i pozwala uniknąć mechanizmu BO-LID, osiągając degradację w pierwszym- roku<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Dane demonstracyjne firmy Yinchuan pokazują: Pod równoważnym napromieniowaniem moduły TOPCon ulegają degradacji w mniej niż 37% modułów PERC po 6000 godzinach.
Tunelowa warstwa tlenku TOPCon i poli-pasywacyjna struktura krzemowa jednocześnie tłumią rekombinację powierzchni,co skutkuje szybkością degradacji wywołanej światłem laboratoryjnym-na poziomie zaledwie 0,26%.
Niższa degradacja w połączeniu z przewagą w zakresie wydajności konwersji 24% -26% umożliwia osiągnięcie TOPConZysk mocy w ciągu 3–5 lat pokrywający premię za koszty początkowew dużych-elektrowniach, zmiana logiki wyboru-modułów o wysokiej wydajności.
Powoduje
Tworzenie i aktywacja kompleksów{{0}tlenu i boru
Podstawowym mechanizmem LID jest tworzenie kompleksów boru-tlenu (B-O) pod wpływem oświetlenia. W płytkach typu P-domieszkowanych borem atomy boru łączą się z tlenem śródmiąższowym, tworząc niestabilne defekty B-O:
· Warunek formacji: Under illumination intensity >Przy 1 mW/cm² kompleks-tlenu boru przechodzi w stan aktywny (stan B), powodując spadek czasu życia nośnika mniejszościowego z 1000 μs do poniżej 500 μs.
· Wpływ temperatury: Na każde 10 stopni wzrostu temperatury szybkość tworzenia kompleksu B-O wzrasta 2-3 razy. Na przykład w temperaturze 75 stopni tempo degradacji LID modułów PERC jest 4,7 razy większe niż w temperaturze 25 stopni.
· Różnica w zawartości tlenu: Krzem mono-krystaliczny, hodowany w tyglach kwarcowych, ma wysoką zawartość tlenu wynoszącą 10-14 ppm, podczas gdy krzem multi-krystaliczny z odlewu ma tylko 1-2 ppm. Prowadzi to do 2-3 razy większej degradacji LID w mono-Si w porównaniu z multi-Si.
Wpływ wzmocnienia parametrów procesu na LID
Procesy wytwarzania komórek bezpośrednio wpływają na aktywność kompleksów B-O:
·Temperatura spiekania: When sintering peak temperature >W temperaturze 850 stopni wodór z warstwy pasywacyjnej dyfunduje do podłoża krzemowego, łącząc się z borem, tworząc odwracalne defekty. Eksperymenty pokazują, że na każde 50 stopni wzrostu temperatury spiekania szybkość degradacji LeTID wzrasta o 0,8%.
·Zanieczyszczenie metalem: Zanieczyszczenia żelazem (Fe) łączą się z borem, tworząc pary Fe-B, które pod wpływem oświetlenia rozkładają się na Feⁱ i Bⁱ⁰, tworząc dodatkowe centra rekombinacji. 1 ppm. Zanieczyszczenie żelazem może zwiększyć degradację LID o 0,5%.
·Niewystarczająca pasywacja wodorowa: Gdy zawartość wodoru w warstwie pasywacyjnej (np. AlOx/SiNx) wynosi<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.
Korelacja między strukturą komórkową a czułością LID
Różne struktury komórkowe wykazują znaczące różnice w odpowiedzi LID:
·Komórki PERC: Tylna warstwa pasywacyjna zwiększa absorpcję światła-o długich falach, co prowadzi do wyższego stężenia nośnika i zwiększonej aktywności kompleksu B-O. Pomiary pokazują, że degradacja PERC LID jest 1,8 razy większa niż w przypadku konwencjonalnych aluminiowych ogniw z powierzchnią tylną (Al-BSF).
·Komórki TOPCon: Gdy grubość warstwy tlenku tunelu (SiOx) jest kontrolowana przy 1,5 nm, prędkość rekombinacji powierzchniowej wynosi<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Komórki heterozłączowe (HJT).: Warstwa pasywacyjna amorficznego krzemu wprowadza dodatkowe defekty, ale 90% stanów międzyfazowych można naprawić poprzez wyżarzanie wodorowe, utrzymując degradację LID poniżej 0,3%.
Czynniki środowiskowe i dynamiczna reakcja LID
Mechanizmy środowiska zewnętrznego przyspieszające LID:
·Promieniowanie UV: 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, moduły PERC charakteryzują się dodatkowym 0,7% LID.
·Wysoka temperatura i wilgotność: W warunkach 85 stopni i 85% wilgotności względnej penetracja wilgoci powoduje hydrolizę kompleksów-boru i tlenu, wytwarzając ruchome jony i przyspieszając dyfuzję centrum rekombinacji. Test ciepła w wilgoci (1000 godzin) spowodował degradację LID modułu PERC na poziomie 1,2%.
·Naprężenie mechaniczne: Naprężenia w obudowie modułu powodują mikro-pęknięcia płytek. Gradienty stężeń tlenu na końcach pęknięć powodują lokalne tworzenie kompleksu B-O. Podczas testów cykli termicznych (-40 stopni ~ 85 stopni) pęknięte moduły wykazywały o 0,9% większą degradację LID niż moduły nienaruszone.
Model przewidywania LID oparty na danych.-
Przewidywanie LID-na podstawie fizyki wymaga integracji parametrów wielo-wymiarowych:
·Kluczowe zmienne: Stężenie boru (B), Stężenie tlenu (O), Efektywne stężenie nośnika (Δn), Temperatura (T).
·Wzór empiryczny: Szybkość degradacji LID (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), gdzie Ea=0.85eV (energia aktywacji rekombinacji tlenu boru-), k jest stałą Boltzmanna.
·Weryfikacja pomiaru: Statystyki dotyczące 1000 komórek PERC pokazują błąd przewidywania formuły<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Porównanie szybkości degradacji
Laboratorium-Warunki i dane testu degradacji wywołanej światłem laboratoryjnym
Standaryzowana procedura badań laboratoryjnych LID:
·Dawka rozświetlenia: 5 kWh/m² (widmo AM1.5G, intensywność 1000 W/m²)
·Kontrola temperatury: Stała temperatura 25 stopni
·Czas trwania testu: Ciągłe oświetlenie przez 100 godzin
Ulepszanie technologii
Alternatywne domieszki boru
Problem z rootem: Ogniwa PERC typu P-w pierwszym- roku ulegają degradacji do 3% (dane laboratoryjne) z powodu kompleksów-tlenu boru (BO-LID).
Rozwiązania:
·Domieszkowanie galu (Ga).: Zastąp bor galem jako domieszką, unikając szlaku reakcji BO-LID. Współczynnik segregacji galu (0,35) jest niższy niż boru (0,8), co wymaga dostosowania rozkładu pola termicznego:
o Temperatura wzrostu kryształów: 1450 stopni → 1520 stopni (zmniejsza ulatnianie się Ga)
o Promieniowy gradient temperatury:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Zmierzony efekt: degradacja LID zmniejszona z 3% do 0,7%, ale wahania rezystywności ±12%.
·Ind (In) Współdoping: Współdomieszkowanie boru-indu- (B: In=10:1) dodatkowo zmniejsza rozpuszczalność tlenu:
o Zawartość tlenu: 10 ppm → 5 ppm
o Żywotność nośnika mniejszościowego: 500 μs → 800 μs
o Wzrost kosztów: cena płytki wzrosła o 0,005 USD/W.
Proces wyżarzania:
·Wyżarzanie w niskiej-temperaturze (LTA):
o Temperatura: 200 stopni → 300 stopni
o Czas: 10 minut → 30 minut
o Efekt: Aktywuje pasywację wodorową, naprawia defekty boru-tlenu
o Dane: Degradacja LID ogniwa PERC zmniejszona o 0,5%.
Aktualizacja warstwy pasywacyjnej
Technologia pasywacji powierzchni:
·Stos AlOx/SiNx:
o Kontrola grubości: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Prędkość rekombinacji powierzchniowej:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Optymalizacja tylnej pasywacji:
·Regulacja grubości SiNx:
o Konwencjonalny: 120 nm → Zoptymalizowany: 150 nm
o Efekt: Zmniejsza dyfuzję boru do tyłu, tłumi LeTID
o Wynik: degradacja LeTID zmniejszona z 1,17% do 0,3%.
Wydajność konwersji
Wydajność produkcji masowej sięga 25,4%(SunPower Maxeon 7),dokumentacja laboratoryjna 26,8%, zbliżając się doLimit teoretyczny 28,7%.;
PERC stoi w miejscu23.5%. Współczynnik temperaturowy TOPCon wynosi-0,29%/stopień, dwustronność85%+zwiększenie uzysku energii poprzez20%, szybkość degradacji<0.4% per year, 30-letnie utrzymanie mocy87%.
Granice teoretyczne
Fizyczna granica mono-krystalicznego PERC
Mono-krystaliczne ogniwa PERC oparte na płytkach typu P-mają teoretyczną granicę wydajności wynoszącą 24,5% (limit Shockleya-Queissera).
Wartość ta jest określana na podstawie pasma wzbronionego krzemu (1,1 eV) i dopasowania widma słonecznego.
W produkcji masowej domieszkowanie borem prowadzi do powstania kompleksów-tlenu boru (B-O) powodujących degradację-indukowaną światłem (LID), przy spadku wydajności w pierwszym- roku o 2-3%.
