A mono-kristályos PERC-modulok jellemzően az első-évben 3%-os lebomlást tapasztalnak (mért átlag 1,92%) a bór-oxigén (B-O) komplex hibái miatt, ami jelentős energiatermelési veszteséghez vezet az életciklus során;
míg az N-típusú TOPCon, amely foszfor-adalékolt lapkákat használ, elkerüli a BO-LID mechanizmust, és az első-évi lebomlást éri el<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
A Yinchuan demonstrációs adatok azt mutatják, hogy egyenértékű besugárzás mellett a TOPCon modulok a PERC modulok kevesebb mint 37%-át rontják le 6000 óra elteltével.
A TOPCon alagút-oxid rétege és poli{0}}szilícium passzivációs szerkezete egyidejűleg gátolja a felületi rekombinációt,ami a laboratóriumi fény{0}}indukálta lebomlási arányt mindössze 0,26%-os.
Az alacsonyabb lebomlás és a 24%-26%-os konverziós hatékonysági előny lehetővé teszi a TOPCon elérését3-5 éves teljesítménynövekedés, amely fedezi a kezdeti költségprémiumota nagy-erőművekben a nagy-hatékonyságú modulkiválasztási logika átalakításával.
Okai
Bór{0}}oxigénkomplexek képződése és aktiválása
A LID fő mechanizmusa a bór-oxigénkomplexek (B-O) képződése megvilágítás mellett. A bórral adalékolt P- típusú ostyákban a bóratomok intersticiális oxigénnel egyesülve instabil B-O hibákat képeznek:
· Kialakulási állapot: Under illumination intensity >1 mW/cm², a bór-oxigénkomplex aktív állapotba kerül (B állapot), aminek következtében a kisebbségi hordozó élettartama 1000 μs-ról 500 μs alá csökken.
· Hőmérséklet Befolyás: Minden 10 fokos hőmérséklet-emelkedésnél a B-O komplex képződési sebessége 2-3-szorosára nő. Például 75 fokon a PERC modulok LID degradációs aránya 4,7-szerese a 25 fokosnak.
· Oxigéntartalom különbség: A kvarctégelyekkel termesztett mono-kristályos szilícium oxigéntartalma magas, 10-14 ppma, míg az öntésből származó multi-kristályos szilícium csak 1-2 ppma. Ez 2-3-szor nagyobb LID degradációhoz vezet mono-Si-ben, mint a multi-Si-ben.
Folyamatparaméter erősítés hatása a LID-re
A sejtgyártási folyamatok közvetlenül befolyásolják a B-O komplexek aktivitását:
·Szinterezési hőmérséklet: When sintering peak temperature >850 fokban a hidrogén a passzivációs rétegből bediffundál a szilícium hordozóba, és a bórral kombinálva visszafordítható hibákat képez. A kísérletek azt mutatják, hogy a szinterezési hőmérséklet minden 50 fokos emelése esetén a LeTID lebomlási sebessége 0,8%-kal nő.
·Fémszennyeződés: A vas (Fe) szennyeződések a bórral kombinálva Fe-B párokat képeznek, amelyek megvilágítás hatására Feⁱ-ra és Bⁱ⁰-re bomlanak, további rekombinációs központokat hozva létre. 1 ppm. A vasszennyeződés 0,5%-kal növelheti a LID lebomlását.
·Elégtelen hidrogén passziválás: Ha a passzivációs réteg hidrogéntartalma (pl. AlOx/SiNx) az<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.
A sejtszerkezet és a LID érzékenység közötti összefüggés
A különböző sejtstruktúrák jelentős különbségeket mutatnak a LID válaszban:
·PERC Cells: A hátsó passzivációs réteg növeli a hosszú-hullámhosszú fényelnyelést, ami magasabb hordozókoncentrációhoz és fokozott B-O komplex aktivitáshoz vezet. A mérések azt mutatják, hogy a PERC LID degradációja 1,8-szorosa a hagyományos alumínium hátsó felületi mező (Al-BSF) cellákénak.
·TOPCon Cells: Ha az alagút-oxid réteg (SiOx) vastagságát 1,5 nm-re szabályozzuk, a felületi rekombinációs sebesség<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Heterojunkciós (HJT) sejtek: Az amorf szilícium passzivációs réteg további hibákat okoz, de az interfész állapotok 90%-a javítható hidrogénnel történő hőkezeléssel, így a LID degradáció 0,3% alatt marad.
Környezeti tényezők és a LID dinamikus reakciója
A kültéri környezetet gyorsító LID mechanizmusai:
·UV sugárzás: 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, a PERC modulok további 0,7%-os fedéllel rendelkeznek.
·Magas hőmérséklet és páratartalom: 85 fokos /85% relatív páratartalom mellett a nedvesség behatolása a bór-oxigénkomplexek hidrolízisét okozza, mozgékony ionokat generálva, és felgyorsítja a rekombinációs centrum diffúzióját. A nedves hőteszt (1000 óra) a PERC modul LID 1,2%-os leromlását okozta.
·Mechanikus stressz: A modul tokozási feszültsége mikro{0}}repedéseket okoz az ostyákban. Az oxigénkoncentráció gradiense a repedéscsúcsoknál helyi B-O komplex képződést vált ki. A hőciklusos (-40 fok ~ 85 fok) tesztek során a repedt modulok LID degradációja 0,9%-kal magasabb volt, mint az ép moduloké.
Adatközpontú -LID előrejelzési modell
A fizika-alapú LID-előrejelzés többdimenziós paraméterek{1}}integrálását igényli:
·Kulcsváltozók: Bórkoncentráció (B), Oxigénkoncentráció (O), Hatásos hordozókoncentráció (Δn), Hőmérséklet (T).
·Empirikus képlet: LID lebomlási sebesség (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), ahol Ea=0.85eV (a bór-oxigénrekombináció aktiválási energiája), k Boltzmann-állandó.
·Mérés ellenőrzése: Az 1000 PERC cellára vonatkozó statisztikák képlet előrejelzési hibát mutatnak<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Degradációs arány összehasonlítása
Laboratóriumi fény{0}}Indukált lebomlási vizsgálat körülményei és adatai
Szabványos LID laboratóriumi vizsgálati eljárás:
·Megvilágítási dózis: 5 kWh/m² (AM1,5G spektrum, 1000 W/m² intenzitás)
·Hőmérséklet szabályozás: 25 fok állandó hőmérséklet
·Teszt időtartama: Folyamatos világítás 100 órán keresztül
Technológiai fejlesztés
Bórdopping alternatívák
Gyökér probléma: A P-típusú PERC sejtek első-évben akár 3%-os lebomlást szenvednek el (laboratóriumi adatok) a bór-oxigénkomplexek (BO-LID) miatt.
Megoldások:
·Gallium (Ga) Dopping: Cserélje ki a bórt galliumra adalékanyagként, elkerülve a BO-LID reakcióútvonalat. A gallium szegregációs együtthatója (0,35) alacsonyabb, mint a bóré (0,8), ezért a hőtér eloszlását módosítani kell:
o Kristálynövekedési hőmérséklet: 1450 fok → 1520 fok (csökkenti a Ga párolgást)
o Radiális hőmérséklet gradiens:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Mért hatás: A LID degradációja 3%-ról 0,7%-ra csökkent, de az ellenállás ingadozása ±12%.
·Indium (In) Co{0}}dopping: A bór-indium ko-adalékolás (B: In=10:1) tovább csökkenti az oxigén oldhatóságát:
o Oxigéntartalom: 10ppma → 5ppma
o Kisebbségi hordozó élettartama: 500μs → 800μs
o Költségnövekedés: Az ostya ára 0,005 USD/W-val nőtt.
Lágyítási folyamat:
·Alacsony-hőmérsékletű izzítás (LTA):
o Hőmérséklet: 200 fok → 300 fok
o Idő: 10 perc → 30 perc
o Hatás: Aktiválja a hidrogén passziválását, kijavítja a bór-oxigénhibákat
o Adatok: PERC sejt LID degradációja 0,5%-kal csökkent.
Passzivációs réteg frissítése
Felületi passziválási technológia:
·AlOx/SiNx Stack:
o Vastagságszabályozás: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Felületi rekombinációs sebesség:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Hátsó passziválás optimalizálása:
·SiNx vastagság beállítása:
o Hagyományos: 120nm → Optimalizált: 150nm
o Hatás: Csökkenti a bór diffúzióját hátrafelé, elnyomja a LeTID-t
o Eredmény: A LeTID lebomlása 1,17%-ról 0,3%-ra csökkent.
Konverziós hatékonyság
A tömegtermelés hatékonysága eléri a 25,4%-ot(SunPower Maxeon 7),laboratóriumi rekord 26,8%, közeledik a28,7%-os elméleti határ;
A PERC stagnál23.5%. A TOPCon hőmérsékleti együtthatója az-0,29%/fok, bifacialitás85%+növeli az energiahozamot20%, lebomlási sebesség<0.4% per year, 30 éves teljesítménymegőrzés87%.
Elméleti korlátok
A mono{0}}kristályos PERC fizikai határa
A P- típusú ostyákon alapuló mono-kristályos PERC cellák elméleti hatékonysági határa 24,5% (Shockley-Queisser-korlát).
Ezt az értéket a szilícium sávszélessége (1,1 eV) és a szoláris spektrum egyezése határozza meg.
A tömeggyártásban a bór adalékolása bór-oxigénkomplexekhez (B-O) vezet, amelyek fény-indukálta lebomlást (LID) okoznak, és az első-évben 2-3%-os hatékonyságcsökkenést okoznak.
