Els mòduls PERC mono-cristal·lins experimenten una degradació típica del primer-any d'un 3 % (mitjana mesurada de l'1,92%) a causa de defectes del complex de bor-oxigen (B{-O), cosa que comporta una pèrdua important de generació d'energia al llarg del cicle de vida;
mentre que TOPCon tipus N-, que utilitza hòsties-dopades amb fòsfor, evita el mecanisme BO-LID, aconseguint la degradació del primer-any<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Les dades de demostració de Yinchuan mostren: Sota una irradiació equivalent, els mòduls TOPCon es degraden menys del 37% dels mòduls PERC després de 6000 hores.
La capa d'òxid del túnel de TOPCon i l'estructura de passivació de poli-silici suprimeixen simultàniament la recombinació superficial,resultant en una taxa de degradació-induïda per la llum de laboratori tan baixa com el 0,26%.
La menor degradació combinada amb un avantatge d'eficiència de conversió del 24% al 26% permet a TOPCon aconseguirGuany de potència de 3 a 5 anys que cobreix la prima de cost iniciala les centrals elèctriques a gran-escala, remodelant la lògica de selecció de mòduls d'alta-eficiència.
Causes
Formació i activació de complexos d'oxigen-bor
El mecanisme bàsic del LID és la formació de complexos de bor-oxigen (B{-O) sota il·luminació. A les hòsties de tipus P-dopades amb bor, els àtoms de bor es combinen amb l'oxigen intersticial per formar defectes inestables de B-O:
· Condició de formació: Under illumination intensity >1 mW/cm², el complex de bor-oxigen entra en un estat actiu (estat B), fent que la vida útil del portador minoritari caigui de 1000 μs a menys de 500 μs.
· Influència de la temperatura: Per cada augment de temperatura de 10 graus, la taxa de formació del complex B-O augmenta 2-3 vegades. Per exemple, a 75 graus, la taxa de degradació de la tapa dels mòduls PERC és 4,7 vegades més gran que a 25 graus.
· Diferència de contingut d'oxigen: el silici mono-cristal·lí, cultivat amb gresols de quars, té un alt contingut d'oxigen de 10-14 ppma, mentre que el silici multi{-cristal·lí de la fosa només té 1-2 ppma. Això condueix a una degradació de LID 2-3 vegades més gran en mono-Si en comparació amb multi-Si.
Efecte d'amplificació dels paràmetres del procés sobre el LID
Els processos de fabricació de cèl·lules afecten directament l'activitat dels complexos B-O:
·Temperatura de sinterització: When sintering peak temperature >850 graus, l'hidrogen de la capa de passivació es difon al substrat de silici, combinant-se amb el bor per formar defectes reversibles. Els experiments mostren que per cada augment de 50 graus de temperatura de sinterització, la taxa de degradació de LeTID augmenta un 0,8%.
·Contaminació metàl·lica: Les impureses de ferro (Fe) es combinen amb el bor per formar parells Fe-B, que es descomponen en Feⁱ i Bⁱ⁰ sota il·luminació, creant centres de recombinació addicionals. 1 ppm contaminació per ferro pot augmentar la degradació del LID en un 0,5%.
·Passivació insuficient de l'hidrogen: Quan el contingut d'hidrogen a la capa de passivació (per exemple, AlOx/SiNx) és<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.
Correlació entre l'estructura cel·lular i la sensibilitat del LID
Les diferents estructures cel·lulars mostren diferències significatives en la resposta del LID:
·Cèl·lules PERC: la capa de passivació posterior augmenta l'absorció de llum-de longitud d'ona llarga, donant lloc a una major concentració de portadors i una activitat del complex B-O millorada. Les mesures mostren que la degradació de PERC LID és 1,8 vegades la de les cèl·lules de camp de superfície posterior d'alumini convencionals (Al-BSF).
·Cèl·lules TOPCon: Quan el gruix de la capa d'òxid del túnel (SiOx) es controla a 1,5 nm, la velocitat de recombinació superficial és<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Cèl·lules d'heterounió (HJT).: La capa de passivació de silici amorf introdueix defectes addicionals, però el 90% dels estats de la interfície es poden reparar mitjançant el recuit d'hidrogen, mantenint la degradació de la LID per sota del 0,3%.
Factors ambientals i resposta dinàmica del LID
Mecanismes de l'entorn exterior que acceleren el LID:
·Radiació 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, els mòduls PERC experimenten un LID addicional del 0,7%.
·Alta temperatura i humitat: En condicions de 85 graus/85% HR, la penetració d'humitat provoca la hidròlisi dels complexos d'oxigen-bor, generant ions mòbils i accelerant la difusió del centre de recombinació. La prova de calor humit (1000 hores) va provocar una degradació de la tapa del mòdul PERC de l'1,2%.
·Tensió mecànica: l'estrès d'encapsulació del mòdul provoca micro-esquerdes a les hòsties. Els gradients de concentració d'oxigen a les puntes de les esquerdes desencadenen la formació local del complex B-O. Durant les proves de cicle tèrmic (-40 graus ~ 85 graus), els mòduls esquerdats tenien una degradació de la tapa un 0,9% més alta que els mòduls intactes.
Model de predicció LID basat en dades-
La predicció LID basada en -física requereix la integració de paràmetres multi-dimensionals:
·Variables clau: Concentració de bor (B), concentració d'oxigen (O), concentració de portador efectiu (Δn), temperatura (T).
·Fórmula empírica: taxa de degradació de la LID (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), on Ea=0.85eV (energia d'activació de la recombinació de bor-oxigen), k és constant de Boltzmann.
·Verificació de mesura: les estadístiques de 1000 cel·les PERC mostren un error de predicció de la fórmula<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Comparació de la taxa de degradació
Condicions i dades de la prova de degradació induïda de laboratori-
Procediment d'assaig de laboratori LID estandarditzat:
·Dosi d'il·luminació: 5 kWh/m² (espectre AM1.5G, intensitat de 1000 W/m²)
·Control de temperatura: 25 graus de temperatura constant
·Durada de la prova: Il·luminació contínua durant 100 hores
Millora Tecnològica
Alternatives al dopatge amb bor
Problema d'arrel: Les cèl·lules PERC de tipus P- pateixen una degradació del primer-any fins a un 3% (dades de laboratori) a causa dels complexos d'oxigen de bor-(BO-LID).
Solucions:
·Dopatge de gal·li (Ga).: substituïu el bor per gal·li com a dopant, evitant la via de reacció BO-LID. El coeficient de segregació del gal·li (0,35) és inferior al del bor (0,8), i requereix un ajust de la distribució del camp tèrmic:
o Temperatura de creixement del cristall: 1450 graus → 1520 graus (redueix la volatilització de Ga)
o Gradient de temperatura radial:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Efecte mesurat: la degradació de la tapa es va reduir del 3% al 0,7%, però la fluctuació de la resistivitat ±12%.
·Co-dopatge d'indi (In).El dopatge de bor-co-indi (B: In=10:1) redueix encara més la solubilitat de l'oxigen:
o Contingut d'oxigen: 10 ppma → 5 ppma
o Vida útil del portador minoritari: 500μs → 800μs
o Augment del cost: el preu de l'hòstia augmenta en 0,005 $/W.
Procés de recuit:
·Recuit a -baixa temperatura (LTA):
o Temperatura: 200 graus → 300 graus
o Temps: 10 minuts → 30 minuts
o Efecte: activa la passivació de l'hidrogen, repara els defectes de bor-oxigen
o Dades: la degradació de la TAPA de les cèl·lules PERC es redueix un 0,5%.
Actualització de la capa de passivació
Tecnologia de passivació superficial:
·Pila AlOx/SiNx:
o Control de gruix: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Velocitat de recombinació superficial:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Optimització de la passivació posterior:
·Ajust de gruix SiNx:
o Convencional: 120nm → Optimitzat: 150nm
o Efecte: redueix la difusió del bor a la part posterior, suprimeix LeTID
o Resultat: la degradació de LeTID es va reduir de l'1,17% al 0,3%.
Eficiència de conversió
L'eficiència de la producció en massa arriba al 25,4%(SunPower Maxeon 7),registre de laboratori 26,8%, apropant-se al28,7% límit teòric;
PERC està estancat a23.5%. El coeficient de temperatura de TOPCon és-0,29%/ grau, bifacialitat85%+augmentant el rendiment energètic per20%, taxa de degradació<0.4% per year, 30 anys de retenció d'energia87%.
Límits teòrics
Límit físic del PERC mono-cristal·lí
Les cèl·lules PERC mono-, basades en hòsties de tipus P-, tenen un límit d'eficiència teòric del 24,5% (límit de Shockley-Queisser).
Aquest valor està determinat per la banda intermitent de silici (1,1 eV) i la coincidència de l'espectre solar.
En la producció massiva, el dopatge amb bor condueix a complexos de bor-oxigen (B{-O) que causen degradació induïda-la llum (LID), amb una pèrdua d'eficiència del primer-any del 2-3%.
