Modulele PERC mono-cristaline se confruntă cu o degradare tipică în primul-an de 3% (medie măsurată 1,92%) din cauza defectelor complexe de bor{-oxigen (B{-O), ceea ce duce la pierderi semnificative de generare de energie pe parcursul ciclului de viață;
în timp ce TOPCon de tip N-, utilizând napolitane-dopate cu fosfor, evită mecanismul BO-LID, realizând degradarea în primul-an<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Datele demonstrative Yinchuan arată: Sub iradiere echivalentă, modulele TOPCon se degradează mai puțin de 37% din modulele PERC după 6000 de ore.
Stratul de oxid tunel al TOPCon și structura de pasivare din poli-siliciu suprimă simultan recombinarea suprafeței,rezultând o rată de degradare-indusă de lumina de laborator de până la 0,26%.
Degradarea mai scăzută combinată cu avantajul de eficiență de conversie de 24%-26% permite TOPCon să realizezeCâștig de putere de 3-5 ani care acoperă prima de cost inițialăîn centralele electrice-la scară mare, remodelând logica de selecție a modulelor-de înaltă eficiență.
Cauze
Formarea și activarea complexelor de bor-oxigen
Mecanismul de bază al LID este formarea de complexe de bor-oxigen (B-O) sub iluminare. În plachetele de tip P-dopate cu bor, atomii de bor se combină cu oxigenul interstițial pentru a forma defecte instabile de B-O:
· Condiția de formare: Under illumination intensity >1 mW/cm², complexul de bor-oxigen intră într-o stare activă (Starea B), ceea ce face ca durata de viață a purtătorului minoritar să scadă de la 1000μs la sub 500μs.
· Influența temperaturii: Pentru fiecare creștere a temperaturii cu 10 grade, rata de formare a complexului B-O crește de 2-3 ori. De exemplu, la 75 de grade, rata de degradare a capacului modulelor PERC este de 4,7 ori mai mare decât la 25 de grade.
· Diferența de conținut de oxigen: Siliciul mono-cristalin, crescut folosind creuzete de cuarț, are un conținut ridicat de oxigen de 10-14 ppma, în timp ce siliciul multi{-cristalin din turnare are doar 1-2 ppma. Acest lucru duce la o degradare a LID de 2-3 ori mai mare în mono-Si comparativ cu multi-Si.
Efectul de amplificare a parametrilor de proces asupra LID
Procesele de fabricare a celulelor afectează direct activitatea complexelor B-O:
·Temperatura de sinterizare: When sintering peak temperature >850 de grade, hidrogenul din stratul de pasivare difuzează în substratul de siliciu, combinându-se cu borul pentru a forma defecte reversibile. Experimentele arată că pentru fiecare creștere cu 50 de grade a temperaturii de sinterizare, rata de degradare a LeTID crește cu 0,8%.
·Contaminare cu metale: Impuritățile de fier (Fe) se combină cu bor pentru a forma perechi Fe-B, care se descompun în Feⁱ și Bⁱ⁰ sub iluminare, creând centre de recombinare suplimentare. 1 ppm contaminarea cu fier poate crește degradarea LID cu 0,5%.
·Pasivare insuficientă a hidrogenului: Când conținutul de hidrogen din stratul de pasivare (de exemplu, AlOx/SiNx) este<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.
Corelația dintre structura celulară și sensibilitatea LID
Structurile celulare diferite prezintă diferențe semnificative în răspunsul LID:
·Celulele PERC: stratul de pasivizare din spate crește absorbția luminii cu lungime de undă lungă, ceea ce duce la o concentrație mai mare a purtătorului și o activitate îmbunătățită a complexului B-O. Măsurătorile arată că degradarea PERC LID este de 1,8 ori mai mare decât a celulelor cu câmp de suprafață din spate din aluminiu (Al-BSF) convenționale.
·Celulele TOPCon: Când grosimea stratului de oxid tunel (SiOx) este controlată la 1,5 nm, viteza de recombinare a suprafeței este<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Celulele de heterojuncție (HJT).: Stratul de pasivare cu siliciu amorf introduce defecte suplimentare, dar 90% din stările de interfață pot fi reparate prin recoacere cu hidrogen, menținând degradarea LID sub 0,3%.
Factorii de mediu și răspunsul dinamic al LID
Mecanisme ale mediului exterior care accelerează LID:
·Radiația 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, modulele PERC experimentează un LID suplimentar de 0,7%.
·Temperatură și umiditate ridicate: În condiții de 85 de grade/85%RH, pătrunderea umidității cauzează hidroliza complexelor de bor-oxigen, generând ioni mobili și accelerând difuzia centrului de recombinare. Testul de căldură umedă (1000 de ore) a cauzat o degradare a capacului modulului PERC de 1,2%.
·Stresul mecanic: stresul de încapsulare al modulului cauzează micro-fisuri în plachete. Gradienții de concentrație de oxigen la vârfurile fisurilor declanșează formarea locală a complexului B-O. În timpul testelor de ciclu termic (-40 grade ~ 85 grade), modulele crăpate au avut o degradare a capacului cu 0,9% mai mare decât modulele intacte.
Model de predicție LID bazat pe date-
Predicția LID bazată pe-fizică necesită integrarea unor parametri multi-dimensionali:
·Variabile cheie: Concentrația de bor (B), Concentrația de oxigen (O), Concentrația efectivă de purtător (Δn), Temperatura (T).
·Formula empirică: Rata de degradare a capacului (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), unde Ea=0.85eV (energia de activare a recombinării borului-oxigenului), k este constanta Boltzmann.
·Verificarea măsurătorilor: Statisticile pentru 1000 de celule PERC arată o eroare de predicție a formulei<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Comparația ratei de degradare
Condiții și date de testare a degradarii induse de lumină de laborator-
Procedura standardizată de testare de laborator LID:
·Doza de iluminare: 5 kWh/m² (spectru AM1.5G, intensitate 1000 W/m²)
·Controlul temperaturii: 25 de grade temperatura constanta
·Durata testului: Iluminare continuă timp de 100 de ore
Îmbunătățirea tehnologiei
Alternative de dopaj cu bor
Problemă de rădăcină: Celulele PERC de tip P-sunt degradate în primul-an de până la 3% (date de laborator) din cauza complexelor de bor-oxigen (BO-LID).
Soluții:
·Dopajul cu galiu (Ga).: înlocuiți borul cu galiu ca dopant, evitând calea de reacție BO-LID. Coeficientul de segregare al galiului (0,35) este mai mic decât cel al borului (0,8), necesitând ajustarea distribuției câmpului termic:
o Temperatura de creștere a cristalului: 1450 grade → 1520 grade (reduce volatilizarea Ga)
o Gradient de temperatură radial:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Efectul măsurat: degradarea capacului a scăzut de la 3% la 0,7%, dar fluctuația rezistivității ±12%.
·Indiu (In) Co-doping: Dopajul cu bor-indiu-(B: In=10:1) reduce și mai mult solubilitatea oxigenului:
o Conținut de oxigen: 10 ppma → 5 ppma
o Durată de viață a purtătorului minoritar: 500μs → 800μs
o Creșterea costurilor: prețul napolitanelor a crescut cu 0,005 USD/W.
Procesul de recoacere:
·Recoacerea la-temperatura scăzută (LTA):
o Temperatura: 200 grade → 300 grade
o Timp: 10 minute → 30 minute
o Efect: activează pasivarea hidrogenului, repară defectele de bor-oxigen
o Date: degradarea capacului celulei PERC redusă cu 0,5%.
Actualizare strat de pasivare
Tehnologia de pasivizare a suprafeței:
·Stiva AlOx/SiNx:
o Controlul grosimii: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Viteza de recombinare a suprafeței:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Optimizarea pasivării spate:
·Reglarea grosimii SiNx:
o Convențional: 120nm → Optimizat: 150nm
o Efect: Reduce difuzia borului în spate, suprimă LeTID
o Rezultat: degradarea LeTID a scăzut de la 1,17% la 0,3%.
Eficiența conversiei
Eficiența producției de masă ajunge la 25,4%(SunPower Maxeon 7),record de laborator 26,8%, apropiindu-se de28,7% limită teoretică;
PERC stagnează la23.5%. Coeficientul de temperatură TOPCon este-0,29%/ grad, bifacialitate85%+creşterea randamentului energetic prin20%, rata de degradare<0.4% per year, 30 de ani de păstrare a puterii87%.
Limite teoretice
Limita fizică a PERC mono-cristalin
Celulele PERC mono-cristaline, bazate pe plachete de tip P-, au o limită teoretică de eficiență de 24,5% (limită Shockley-Queisser).
Această valoare este determinată de banda interzisă a siliciului (1,1 eV) și potrivirea spectrului solar.
În producția de masă, dopajul cu bor duce la complecși de bor-oxigen (B-O) care cauzează degradare indusă de lumină-(LID), cu o pierdere de eficiență în primul-an de 2-3%.
