Mono-kristāliskiem PERC moduļiem pirmajā-gadā ir raksturīga 3% degradācija (mērītais vidējais rādītājs 1,92%) bora-skābekļa (B-O) kompleksa defektu dēļ, kas izraisa ievērojamus elektroenerģijas ražošanas zudumus dzīves cikla laikā;
savukārt N-tipa TOPCon, izmantojot ar fosforu-leģētas vafeles, izvairās no BO-LID mehānisma, panākot pirmā-gada degradāciju<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Yinchuan demonstrācijas dati liecina: ar līdzvērtīgu apstarošanu TOPCon moduļi noārdās mazāk nekā 37% PERC moduļu pēc 6000 stundām.
TOPCon tuneļa oksīda slānis un poli-silīcija pasivācijas struktūra vienlaikus nomāc virsmas rekombināciju,kā rezultātā laboratorijas gaismas{0}}inducētās noārdīšanās ātrums ir 0,26%.
Zemāka degradācija apvienojumā ar 24%-26% konversijas efektivitātes priekšrocību ļauj TOPCon sasniegt3–5 gadu jaudas pieaugums, kas sedz sākotnējo izmaksu piemaksuliela mēroga-elektrostacijās, pārveidojot augstas-efektivitātes moduļu atlases loģiku.
Cēloņi
Bora{0}}skābekļa kompleksu veidošanās un aktivizēšana
LID galvenais mehānisms ir bora -skābekļa kompleksu (B-O) veidošanās apgaismojumā. P-tipa plāksnēs, kas leģētas ar boru, bora atomi savienojas ar intersticiālu skābekli, veidojot nestabilus B-O defektus:
· Veidošanās stāvoklis: Under illumination intensity >1 mW/cm², bora -skābekļa komplekss nonāk aktīvā stāvoklī (stāvoklis B), izraisot mazākuma nesēja kalpošanas laika samazināšanos no 1000 μs līdz 500 μs.
· Temperatūras ietekme: par katru 10 grādu temperatūras paaugstināšanos B-O kompleksa veidošanās ātrums palielinās 2–3 reizes. Piemēram, pie 75 grādiem PERC moduļu LID degradācijas ātrums ir 4,7 reizes lielāks nekā pie 25 grādiem.
· Skābekļa satura atšķirība: Mono-kristāliskajam silīcijam, kas audzēts, izmantojot kvarca tīģeļus, ir augsts skābekļa saturs — 10-14 ppma, savukārt multi-kristāliskā silīcijā, kas iegūts no liešanas, ir tikai 1-2 ppma. Tas noved pie 2–3 reizes lielākas LID degradācijas mono-Si, salīdzinot ar multi-Si.
Procesa parametru pastiprināšanas ietekme uz LID
Šūnu ražošanas procesi tieši ietekmē B-O kompleksu darbību:
·Saķepināšanas temperatūra: When sintering peak temperature >850 grādi, ūdeņradis no pasivācijas slāņa izkliedējas silīcija substrātā, savienojoties ar boru, veidojot atgriezeniskus defektus. Eksperimenti liecina, ka, palielinoties saķepināšanas temperatūrai par 50 grādiem, LeTID noārdīšanās ātrums palielinās par 0,8%.
·Metāla piesārņojums: Dzelzs (Fe) piemaisījumi apvienojas ar boru, veidojot Fe-B pārus, kas apgaismojumā sadalās Feⁱ un Bⁱ⁰, radot papildu rekombinācijas centrus. 1 ppm dzelzs piesārņojums var palielināt LID degradāciju par 0,5%.
·Nepietiekama ūdeņraža pasivācija: Ja ūdeņraža saturs pasivācijas slānī (piemēram, AlOx/SiNx) ir<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.
Korelācija starp šūnu struktūru un LID jutību
Dažādām šūnu struktūrām ir būtiskas atšķirības LID reakcijā:
·PERC šūnas: Aizmugurējais pasivācijas slānis palielina garā-viļņa garuma gaismas absorbciju, tādējādi palielinot nesēja koncentrāciju un uzlabojot B-O kompleksa aktivitāti. Mērījumi liecina, ka PERC LID degradācija ir 1,8 reizes lielāka nekā parastajām alumīnija aizmugurējās virsmas lauka (Al-BSF) šūnām.
·TOPCon šūnas: Ja tuneļa oksīda slāņa (SiOx) biezums tiek kontrolēts pie 1,5 nm, virsmas rekombinācijas ātrums ir<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Heterojunkcijas (HJT) šūnas: Amorfā silīcija pasivēšanas slānis rada papildu defektus, bet 90% saskarnes stāvokļu var salabot ar ūdeņraža atkausēšanu, saglabājot LID degradāciju zem 0,3%.
Vides faktori un LID dinamiskā reakcija
Āra vides paātrināšanas LID mehānismi:
·UV starojums: 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 moduļiem ir papildu 0,7% LID.
·Augsta temperatūra un mitrums: 85 grādu /85% RH apstākļos mitruma iekļūšana izraisa bora -skābekļa kompleksu hidrolīzi, radot kustīgus jonus un paātrinot rekombinācijas centra difūziju. Mitra karstuma tests (1000 stundas) izraisīja PERC moduļa vāka degradāciju par 1,2%.
·Mehāniskais stress: moduļa iekapsulēšanas spriegums izraisa mikro{0}}plaisas plāksnēs. Skābekļa koncentrācijas gradienti plaisu galos izraisa lokālu B-O kompleksa veidošanos. Termiskās cikla (-40 grādi ~ 85 grādi) testu laikā saplaisājušiem moduļiem LID noārdīšanās bija par 0,9% lielāka nekā neskartiem moduļiem.
Dati{0}}Dzimtais LID prognozēšanas modelis
LID prognozēšanai, kuras pamatā ir fizika, ir jāintegrē daudz{1}}dimensiju parametri:
·Galvenie mainīgie: Bora koncentrācija (B), Skābekļa koncentrācija (O), Efektīvā nesēja koncentrācija (Δn), Temperatūra (T).
·Empīriskā formula: LID noārdīšanās ātrums (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), kur Ea=0.85eV (bora-skābekļa rekombinācijas aktivācijas enerģija), k ir Bolcmaņa konstante.
·Mērījumu pārbaude: statistika par 1000 PERC šūnām parāda formulas prognozēšanas kļūdu<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Degradācijas ātruma salīdzinājums
Laboratorijas gaismas{0}}izraisītās noārdīšanās testa apstākļi un dati
Standartizēta LID laboratorijas testēšanas procedūra:
·Apgaismojuma deva: 5 kWh/m² (AM1.5G spektrs, 1000 W/m² intensitāte)
·Temperatūras kontrole: 25 grādu nemainīga temperatūra
·Pārbaudes ilgums: Nepārtraukts apgaismojums 100 stundas
Tehnoloģiju uzlabošana
Bora dopinga alternatīvas
Saknes problēma: P-tipa PERC šūnas pirmajā-gadā noārdās līdz 3% (laboratorijas dati) bora-skābekļa kompleksu (BO-LID) dēļ.
Risinājumi:
·Gallija (Ga) dopings: aizstājiet boru ar galliju kā piedevu, izvairoties no BO-LID reakcijas ceļa. Gallija segregācijas koeficients (0,35) ir zemāks nekā bora (0,8), tādēļ nepieciešams pielāgot termiskā lauka sadalījumu:
o Kristālu augšanas temperatūra: 1450 grādi → 1520 grādi (samazina Ga iztvaikošanu)
o Radiālais temperatūras gradients:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Izmērītais efekts: LID degradācija samazināta no 3% līdz 0,7%, bet pretestības svārstības ±12%.
·Indija (in) kop{0}}dopings: Bora-indija ko-dopings (B: In=10:1) vēl vairāk samazina skābekļa šķīdību:
o Skābekļa saturs: 10ppma → 5ppma
o Mazākuma nesēja kalpošanas laiks: 500μs → 800μs
o Izmaksu pieaugums: vafeļu cena pieauga par USD 0,005/W.
Atkausēšanas process:
·Zemas-temperatūras rūdīšana (LTA):
o Temperatūra: 200 grādi → 300 grādi
o Laiks: 10 minūtes → 30 minūtes
o Iedarbība: aktivizē ūdeņraža pasivāciju, novērš bora{0}}skābekļa defektus
o Dati: PERC šūnu LID degradācija samazināta par 0,5%.
Pasivācijas slāņa jaunināšana
Virsmas pasivācijas tehnoloģija:
·AlOx/SiNx Stack:
o Biezuma kontrole: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Virsmas rekombinācijas ātrums:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Aizmugurējās pasivācijas optimizācija:
·SiNx biezuma regulēšana:
o Parastais: 120nm → Optimizēts: 150nm
o Ietekme: samazina bora difūziju uz aizmuguri, nomāc LeTID
o Rezultāts: LeTID degradācija samazināta no 1,17% līdz 0,3%.
Konversijas efektivitāte
Masveida ražošanas efektivitāte sasniedz 25,4%(SunPower Maxeon 7),laboratorijas rekords 26,8%, tuvojas28,7% teorētiskā robeža;
PERC stagnē plkst23.5%. TOPCon temperatūras koeficients ir-0,29%/ grāds, bifacialitāte85%+palielinot enerģijas ieguvi par20%, noārdīšanās ātrums<0.4% per year, 30 gadu jaudas saglabāšana87%.
Teorētiskās robežas
Mono{0}}kristāliskā PERC fiziskā robeža
Mono-kristāliskajām PERC šūnām, kuru pamatā ir P- tipa plāksnītes, teorētiskās efektivitātes ierobežojums ir 24,5% (Shockley-Queissera ierobežojums).
Šo vērtību nosaka silīcija joslas sprauga (1,1 eV) un saules spektra atbilstība.
Masveida ražošanā bora dopings rada bora-skābekļa kompleksus (B-O), izraisot vieglu-inducētu degradāciju (LID), pirmajā-gada efektivitātes samazināšanos par 2–3%.
