Οι μονο-μονο-κρυσταλλικές μονάδες PERC παρουσιάζουν τυπική υποβάθμιση του πρώτου- έτους της τάξης του 3% (μετρημένος μέσος όρος 1,92%) λόγω ελαττωμάτων του συμπλέγματος βορίου-οξυγόνου (B{-O), που οδηγεί σε σημαντική απώλεια παραγωγής ενέργειας κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής.
ενώ το N-τύπου TOPCon, χρησιμοποιώντας γκοφρέτες με πρόσμειξη φωσφόρου-, αποφεύγει τον μηχανισμό BO-LID, επιτυγχάνοντας υποβάθμιση του πρώτου- έτους<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Τα δεδομένα επίδειξης Yinchuan δείχνουν: Υπό ισοδύναμη ακτινοβολία, οι μονάδες TOPCon υποβαθμίζουν λιγότερο από το 37% των μονάδων PERC μετά από 6000 ώρες.
Το στρώμα οξειδίου της σήραγγας και η δομή παθητικοποίησης πολυ{0}}πυριτίου του TOPCon καταστέλλουν ταυτόχρονα τον ανασυνδυασμό της επιφάνειας,με αποτέλεσμα ένα εργαστηριακό φως-που προκαλεί ποσοστό υποβάθμισης τόσο χαμηλό όσο 0,26%.
Η χαμηλότερη υποβάθμιση σε συνδυασμό με το πλεονέκτημα απόδοσης μετατροπής 24%-26% επιτρέπει στο TOPCon να επιτύχειΚέρδος ισχύος 3-5 ετών που καλύπτει το αρχικό ασφάλιστρο κόστουςσε-σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής μεγάλης κλίμακας, αναδιαμορφώνοντας τη λογική επιλογής μονάδων υψηλής-απόδοσης.
Αιτίες
Σχηματισμός και ενεργοποίηση συμπλεγμάτων βορίου-Οξυγόνου
Ο βασικός μηχανισμός του LID είναι ο σχηματισμός συμπλοκών βορίου-οξυγόνου (B-O) υπό φωτισμό. Σε γκοφρέτες τύπου Ρ-που εμποτίζονται με βόριο, τα άτομα βορίου συνδυάζονται με το ενδιάμεσο οξυγόνο για να σχηματίσουν ασταθή ελαττώματα Β-Ο:
· Συνθήκη Σχηματισμού: Under illumination intensity >1 mW/cm², το σύμπλεγμα βορίου-οξυγόνου εισέρχεται σε ενεργή κατάσταση (Κατάσταση Β), με αποτέλεσμα η διάρκεια ζωής του μειοψηφικού φορέα να πέσει από 1000μs σε κάτω από 500μs.
· Επιρροή θερμοκρασίας: Για κάθε αύξηση θερμοκρασίας κατά 10 βαθμούς, ο ρυθμός σχηματισμού συμπλόκου B-Ο αυξάνεται 2-3 φορές. Για παράδειγμα, στις 75 μοίρες, ο ρυθμός υποβάθμισης του καπακιού των μονάδων PERC είναι 4,7 φορές μεγαλύτερος από αυτόν στους 25 βαθμούς.
· Διαφορά περιεκτικότητας σε οξυγόνο: Το μονο-κρυσταλλικό πυρίτιο, που αναπτύσσεται με χωνευτήρια χαλαζία, έχει υψηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο 10-14 pma, ενώ το πολυ-κρυσταλλικό πυρίτιο από χύτευση έχει μόνο 1-2 ppma. Αυτό οδηγεί σε 2-3 φορές υψηλότερη υποβάθμιση του LID στο mono-Si σε σύγκριση με το multi-Si.
Εφέ ενίσχυσης παραμέτρων διεργασίας στο καπάκι
Οι διαδικασίες κατασκευής κυττάρων επηρεάζουν άμεσα τη δραστηριότητα των συμπλεγμάτων Β-Ο:
·Θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης: When sintering peak temperature >850 μοίρες, το υδρογόνο από το στρώμα παθητικοποίησης διαχέεται στο υπόστρωμα πυριτίου, συνδυάζοντας με βόριο για να σχηματιστούν αναστρέψιμα ελαττώματα. Τα πειράματα δείχνουν ότι για κάθε αύξηση 50 μοιρών στη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης, ο ρυθμός αποικοδόμησης LeTID αυξάνεται κατά 0,8%.
·Μόλυνση μετάλλων: Οι προσμίξεις του σιδήρου (Fe) συνδυάζονται με το βόριο για να σχηματίσουν ζεύγη Fe-B, τα οποία αποσυντίθενται σε Feⁱ και Bⁱ⁰ υπό φωτισμό, δημιουργώντας πρόσθετα κέντρα ανασυνδυασμού. 1 ρύπανση ppm από σίδηρο μπορεί να αυξήσει την υποβάθμιση του καπακιού κατά 0,5%.
·Ανεπαρκής Παθητικοποίηση Υδρογόνου: Όταν η περιεκτικότητα σε υδρογόνο στο στρώμα παθητικοποίησης (π.χ. AlOx/SiNx) είναι<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.
Συσχέτιση μεταξύ της δομής του κυττάρου και της ευαισθησίας του καπακιού
Διαφορετικές δομές κυττάρων παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές στην απόκριση LID:
·Κύτταρα PERC: Το οπίσθιο στρώμα παθητικοποίησης αυξάνει την απορρόφηση φωτός μεγάλου μήκους κύματος, οδηγώντας σε υψηλότερη συγκέντρωση φέροντος και ενισχυμένη σύνθετη δραστηριότητα Β-Ο. Οι μετρήσεις δείχνουν ότι η υποβάθμιση του PERC LID είναι 1,8 φορές μεγαλύτερη από εκείνη των συμβατικών κυψελών οπίσθιας επιφάνειας αλουμινίου (Al-BSF).
·Κυψέλες TOPCon: Όταν το πάχος του στρώματος οξειδίου της σήραγγας (SiOx) ελέγχεται στα 1,5 nm, η ταχύτητα ανασυνδυασμού της επιφάνειας είναι<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Κύτταρα ετεροσύνδεσης (HJT).: Το στρώμα παθητικοποίησης άμορφου πυριτίου εισάγει πρόσθετα ελαττώματα, αλλά το 90% των καταστάσεων διεπαφής μπορούν να επισκευαστούν με ανόπτηση υδρογόνου, διατηρώντας την υποβάθμιση του καπακιού κάτω από 0,3%.
Περιβαλλοντικοί Παράγοντες και Δυναμική Απόκριση του LID
Μηχανισμοί καπακιού επιτάχυνσης εξωτερικού περιβάλλοντος:
·UV Ακτινοβολία: 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, οι μονάδες PERC διαθέτουν επιπλέον καπάκι 0,7%.
·Υψηλή θερμοκρασία και υγρασία: Υπό συνθήκες 85 μοίρες /85% RH, η διείσδυση υγρασίας προκαλεί υδρόλυση συμπλοκών βορίου-οξυγόνου, δημιουργώντας κινητά ιόντα και επιταχύνοντας τη διάχυση του κέντρου ανασυνδυασμού. Η δοκιμή υγρής θερμότητας (1000 ώρες) προκάλεσε υποβάθμιση του καπακιού μονάδας PERC κατά 1,2%.
·Μηχανική καταπόνηση: Η πίεση ενθυλάκωσης της μονάδας προκαλεί μικρο-ρωγμές σε γκοφρέτες. Οι διαβαθμίσεις συγκέντρωσης οξυγόνου στις άκρες των ρωγμών πυροδοτούν τον τοπικό σχηματισμό συμπλόκου Β-Ο. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών θερμικού κύκλου (-40 μοίρες ~ 85 μοίρες), οι ραγισμένες μονάδες είχαν 0,9% υψηλότερη υποβάθμιση του καπακιού από τις άθικτες μονάδες.
Δεδομένα-Μοντέλο πρόβλεψης με βάση το καπάκι
Η φυσική-πρόβλεψη LID απαιτεί την ενσωμάτωση παραμέτρων πολλαπλών-διαστάσεων:
·Βασικές Μεταβλητές: Συγκέντρωση βορίου (B), συγκέντρωση οξυγόνου (O), συγκέντρωση αποτελεσματικού φορέα (Δn), θερμοκρασία (T).
·Συνοπτικός τύπος: Ρυθμός αποικοδόμησης καπακιού (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), όπου Ea=0.85eV (ενέργεια ενεργοποίησης του βορίου-ανασυνδυασμού οξυγόνου), k είναι σταθερά Boltzmann.
·Επαλήθευση μέτρησης: Στατιστικά στοιχεία σε 1000 κελιά PERC δείχνουν σφάλμα πρόβλεψης τύπου<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Σύγκριση ρυθμού υποβάθμισης
Εργαστηριακό φως-Συνθήκες και δεδομένα δοκιμής επαγόμενης αποικοδόμησης
Τυποποιημένη διαδικασία εργαστηριακής δοκιμής LID:
·Δόση φωτισμού: 5 kWh/m² (φάσμα AM1,5G, ένταση 1000 W/m²)
·Έλεγχος θερμοκρασίας: 25 βαθμοί σταθερή θερμοκρασία
·Διάρκεια δοκιμής: Συνεχής φωτισμός για 100 ώρες
Βελτίωση Τεχνολογίας
Εναλλακτικές λύσεις ντόπινγκ βορίου
Ριζικό πρόβλημα: Τα κύτταρα PERC τύπου P-υποφέρουν αποικοδόμηση πρώτου- έτους έως και 3% (δεδομένα εργαστηρίου) λόγω συμπλεγμάτων βορίου-οξυγόνου (BO-LID).
Λύσεις:
·Γάλλιο (Ga) Ντόπινγκ: Αντικαταστήστε το βόριο με γάλλιο ως πρόσμιξη, αποφεύγοντας την οδό αντίδρασης BO-ΚΑΠΑΚΙ. Ο συντελεστής διαχωρισμού του γαλλίου (0,35) είναι χαμηλότερος από τον συντελεστή βορίου (0,8), που απαιτεί προσαρμογή της κατανομής του θερμικού πεδίου:
o Θερμοκρασία ανάπτυξης κρυστάλλων: 1450 μοίρες → 1520 μοίρες (μειώνει την εξάτμιση του Ga)
o Ακτινική κλίση θερμοκρασίας:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Μετρημένη επίδραση: Η υποβάθμιση του καπακιού μειώθηκε από 3% σε 0,7%, αλλά η διακύμανση της ειδικής αντίστασης ±12%.
·Indium (In) Co-ντόπινγκ: Το βόριο-ινδίου συν-ντόπινγκ (Β: Σε=10:1) μειώνει περαιτέρω τη διαλυτότητα στο οξυγόνο:
o Περιεκτικότητα σε οξυγόνο: 10ppma → 5ppma
o Διάρκεια ζωής μειοψηφικού φορέα: 500μs → 800μs
o Αύξηση κόστους: Η τιμή της γκοφρέτας αυξήθηκε κατά 0,005 $/W.
Διαδικασία ανόπτησης:
·Ανόπτηση χαμηλής-Θερμοκρασίας (LTA):
o Θερμοκρασία: 200 βαθμοί → 300 βαθμοί
o Χρόνος: 10 λεπτά → 30 λεπτά
o Αποτέλεσμα: Ενεργοποιεί την παθητικοποίηση του υδρογόνου, επιδιορθώνει ελαττώματα βορίου-οξυγόνου
o Δεδομένα: Η αποικοδόμηση PERC cell LID μειώθηκε κατά 0,5%.
Αναβάθμιση επιπέδου Παθητικοποίησης
Τεχνολογία Παθητικοποίησης Επιφανειών:
·Στοίβα AlOx/SiNx:
o Έλεγχος πάχους: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Ταχύτητα ανασυνδυασμού επιφάνειας:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Rear Passivation Optimization:
·Ρύθμιση πάχους SiNx:
o Συμβατικό: 120nm → Βελτιστοποιημένο: 150nm
o Επίδραση: Μειώνει τη διάχυση βορίου προς τα πίσω, καταστέλλει το LeTID
o Αποτέλεσμα: Η υποβάθμιση του LeTID μειώθηκε από 1,17% σε 0,3%.
Αποδοτικότητα μετατροπής
Η απόδοση μαζικής παραγωγής φτάνει το 25,4%(SunPower Maxeon 7),εργαστηριακό αρχείο 26,8%, πλησιάζοντας το28,7% θεωρητικό όριο;
Το PERC είναι στάσιμο στο23.5%. Ο συντελεστής θερμοκρασίας του TOPCon είναι-0,29%/βαθμός, διπροσωπία85%+αύξηση της ενεργειακής απόδοσης κατά20%, ρυθμός υποβάθμισης<0.4% per year, 30 χρόνια διατήρηση ισχύος87%.
Θεωρητικά Όρια
Φυσικό όριο μονο-κρυσταλλικού PERC
Τα μονο-κρυσταλλικά κύτταρα PERC, που βασίζονται σε γκοφρέτες τύπου P-, έχουν θεωρητικό όριο απόδοσης 24,5% (όριο Shockley-Queisser).
Αυτή η τιμή καθορίζεται από το διάκενο ζώνης του πυριτίου (1,1 eV) και την αντιστοίχιση ηλιακού φάσματος.
Στη μαζική παραγωγή, το ντόπινγκ του βορίου οδηγεί σε σύμπλοκα βορίου-οξυγόνου (B-O) που προκαλούν διάσπαση-προκαλούμενη από φως (LID), με απώλεια αποτελεσματικότητας πρώτου- έτους 2-3%.
