Mô-đun PERC đơn{0}}tinh thể đơn bị suy giảm điển hình ở mức-năm đầu tiên là 3% (trung bình đo được là 1,92%) do các khiếm khuyết phức hợp boron-oxy (B-O), dẫn đến tổn thất phát điện đáng kể trong suốt vòng đời;
trong khi N-loại TOPCon, sử dụng các tấm bán dẫn pha tạp phốt pho-, tránh được cơ chế BO{2}}LID, đạt được sự suy giảm-năm đầu tiên<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Dữ liệu trình diễn của Yinchuan cho thấy: Dưới mức chiếu xạ tương đương, các mô-đun TOPCon suy giảm ít hơn 37% mô-đun PERC sau 6000 giờ.
Lớp oxit đường hầm của TOPCon và cấu trúc thụ động poly{0}}silicon đồng thời ngăn chặn sự tái hợp bề mặt,dẫn đến tốc độ suy giảm chất lượng do ánh sáng trong phòng thí nghiệm-gây ra ở mức thấp tới 0,26%.
Suy thoái thấp hơn kết hợp với lợi thế hiệu suất chuyển đổi 24% -26% cho phép TOPCon đạt đượcTăng công suất 3-5 năm bao gồm phí bảo hiểm ban đầutrong các nhà máy điện-quy mô lớn, định hình lại logic lựa chọn mô-đun hiệu suất cao-.
nguyên nhân
Sự hình thành và kích hoạt các phức hợp oxy-Boron
Cơ chế cốt lõi của LID là sự hình thành phức hợp boron-oxy (B-O) dưới ánh sáng. Trong các tấm wafer loại P-được pha tạp boron, các nguyên tử boron kết hợp với oxy kẽ để tạo thành các khuyết tật B-O không ổn định:
· Điều kiện hình thành: Under illumination intensity >1 mW/cm², phức hợp oxy-boron chuyển sang trạng thái hoạt động (Trạng thái B), khiến thời gian tồn tại của chất mang thiểu số giảm từ 1000μs xuống dưới 500μs.
· Ảnh hưởng nhiệt độ: Cứ tăng nhiệt độ 10 độ, tốc độ hình thành phức B-O tăng 2-3 lần. Ví dụ, ở 75 độ, tốc độ xuống cấp LID của mô-đun PERC là 4,7 lần so với ở 25 độ.
· Sự khác biệt về hàm lượng oxy: Silicon-tinh thể đơn, được trồng bằng nồi nấu kim loại thạch anh, có hàm lượng oxy cao là 10-14 ppma, trong khi silicon đa-tinh thể từ quá trình đúc chỉ có 1-2 ppma. Điều này dẫn đến sự suy giảm LID ở mono-Si cao hơn 2-3 lần so với multi-Si.
Hiệu ứng khuếch đại thông số quy trình trên LID
Quá trình sản xuất tế bào ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của phức hợp B{0}}O:
·Nhiệt độ thiêu kết: When sintering peak temperature >Ở nhiệt độ 850 độ, hydro từ lớp thụ động khuếch tán vào chất nền silicon, kết hợp với boron tạo thành các khuyết tật có thể khắc phục được. Các thí nghiệm cho thấy cứ tăng nhiệt độ thiêu kết lên 50 độ thì tốc độ phân hủy LeTID tăng 0,8%.
·Ô nhiễm kim loại: Tạp chất sắt (Fe) kết hợp với boron tạo thành cặp Fe-B, chúng phân hủy thành Feⁱ và Bⁱ⁰ dưới ánh sáng, tạo ra thêm các trung tâm tái hợp . 1 ppm ô nhiễm sắt có thể làm tăng sự phân hủy LID lên 0,5%.
·Sự thụ động hydro không đủ: Khi hàm lượng hydro trong lớp thụ động (ví dụ AlOx/SiNx) là<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.
Mối tương quan giữa cấu trúc tế bào và độ nhạy LID
Các cấu trúc tế bào khác nhau cho thấy sự khác biệt đáng kể trong phản ứng LID:
·Tế bào PERC: Lớp thụ động phía sau làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng dài-, dẫn đến nồng độ chất mang cao hơn và hoạt động phức hợp B-O được tăng cường. Các phép đo cho thấy độ suy giảm PERC LID gấp 1,8 lần so với tế bào trường mặt sau bằng nhôm thông thường (Al-BSF).
·Tế bào TOPCon: Khi độ dày lớp oxit đường hầm (SiOx) được kiểm soát ở bước sóng 1,5nm, tốc độ tái hợp bề mặt là<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Tế bào dị thể (HJT): Lớp thụ động silicon vô định hình gây ra các khiếm khuyết bổ sung, nhưng 90% trạng thái giao diện có thể được sửa chữa bằng cách ủ hydro, giữ cho độ suy giảm LID dưới 0,3%.
Các yếu tố môi trường và phản ứng động của LID
Cơ chế tăng tốc của môi trường ngoài trời LID:
·Bức xạ tia cực tím: 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, mô-đun PERC có thêm 0,7% LID.
·Nhiệt độ và độ ẩm cao: Trong điều kiện 85 độ /85%RH, sự xâm nhập của hơi ẩm sẽ gây ra quá trình thủy phân phức hợp oxy-boron, tạo ra các ion di động và tăng tốc độ khuếch tán của trung tâm tái hợp. Thử nghiệm ở nhiệt độ ẩm (1000 giờ) khiến LID mô-đun PERC xuống cấp 1,2%.
·Ứng suất cơ học: Ứng suất đóng gói mô-đun gây ra các vết nứt nhỏ-trong tấm bán dẫn. Độ dốc nồng độ oxy ở đầu vết nứt kích hoạt sự hình thành phức B{2}}O cục bộ. Trong quá trình thử nghiệm chu kỳ nhiệt (-40 độ ~ 85 độ), các mô-đun bị nứt có độ suy giảm LID cao hơn 0,9% so với các mô-đun còn nguyên vẹn.
Dữ liệu-Mô hình dự đoán LID theo hướng
Dự đoán LID dựa trên vật lý-yêu cầu tích hợp các tham số đa{1}}chiều:
·Các biến chính: Nồng độ Boron (B), Nồng độ oxy (O), Nồng độ chất mang hiệu dụng (Δn), Nhiệt độ (T).
·Công thức thực nghiệm: Tốc độ phân hủy LID (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), trong đó Ea=0.85eV (năng lượng hoạt hóa của quá trình tái tổ hợp oxy boron-), k là hằng số Boltzmann.
·Xác minh đo lường: Thống kê trên 1000 ô PERC hiển thị lỗi dự đoán công thức<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
So sánh tốc độ xuống cấp
Ánh sáng trong phòng thí nghiệm-Dữ liệu và điều kiện kiểm tra sự xuống cấp do cảm ứng
Quy trình kiểm tra phòng thí nghiệm LID tiêu chuẩn:
·Liều chiếu sáng: 5 kWh/m2 (phổ AM1.5G, cường độ 1000 W/m2)
·Kiểm soát nhiệt độ: nhiệt độ không đổi 25 độ
·Thời lượng thử nghiệm: Chiếu sáng liên tục trong 100 giờ
Cải tiến công nghệ
Các lựa chọn thay thế doping Boron
Vấn đề gốc: Các tế bào PERC loại P-bị suy thoái-năm đầu tiên lên tới 3% (dữ liệu phòng thí nghiệm) do phức hợp oxy boron-(BO-LID).
Giải pháp:
·Doping gali (Ga): Thay thế boron bằng gali làm chất pha tạp, tránh con đường phản ứng BO{0}}LID. Hệ số phân ly của gali (0,35) thấp hơn boron (0,8), cần điều chỉnh phân bố trường nhiệt:
o Nhiệt độ tăng trưởng tinh thể: 1450 độ → 1520 độ (giảm độ bay hơi Ga)
o Độ dốc nhiệt độ xuyên tâm:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Hiệu quả đo được: Độ suy giảm LID giảm từ 3% xuống 0,7%, nhưng điện trở dao động ±12%.
·Chất pha tạp Indi (In)-: Boron-indium co-doping (B: In=10:1) làm giảm thêm khả năng hòa tan oxy:
o Hàm lượng oxy: 10ppma → 5ppma
o Tuổi thọ sóng mang thiểu số: 500μs → 800μs
o Chi phí tăng: Giá wafer tăng 0,005 USD/W.
Quá trình ủ:
·Ủ nhiệt độ-thấp (LTA):
o Nhiệt độ: 200 độ → 300 độ
o Thời gian: 10 phút → 30 phút
o Tác dụng: Kích hoạt quá trình thụ động hóa hydro, sửa chữa các khiếm khuyết về oxy- của boron
o Dữ liệu: Sự suy giảm LID tế bào PERC giảm 0,5%.
Nâng cấp lớp thụ động
Công nghệ thụ động bề mặt:
·Ngăn xếp AlOx/SiNx:
o Kiểm soát độ dày: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Vận tốc tái hợp bề mặt:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Tối ưu hóa thụ động phía sau:
·Điều chỉnh độ dày SiNx:
o Thông thường: 120nm → Tối ưu hóa: 150nm
o Tác dụng: Giảm khuếch tán boron ra phía sau, ức chế LeTID
o Kết quả: Sự suy giảm LeTID giảm từ 1,17% xuống 0,3%.
Hiệu suất chuyển đổi
Hiệu suất sản xuất hàng loạt đạt 25,4%(SunPower Maxeon 7),hồ sơ thí nghiệm 26,8%, tiếp cậnGiới hạn lý thuyết 28,7%;
PERC đang trì trệ ở mức23.5%. Hệ số nhiệt độ của TOPCon là-0,29%/ độ, tính hai mặt85%+tăng hiệu suất năng lượng bằng cách20%, tốc độ phân hủy<0.4% per year, duy trì quyền lực 30 năm87%.
Giới hạn lý thuyết
Ranh giới vật lý của PERC-tinh thể đơn sắc
Tế bào PERC đơn{0}}tinh thể, dựa trên các tấm bán dẫn loại P-, có giới hạn hiệu suất theo lý thuyết là 24,5% (giới hạn Shockley-Queisser).
Giá trị này được xác định bởi độ rộng dải tần của silicon (1,1 eV) và sự phù hợp của quang phổ mặt trời.
Trong sản xuất hàng loạt, pha tạp boron dẫn đến phức hợp boron-oxy (B-O) gây ra sự suy thoái do ánh sáng-gây ra (LID), với-hiệu suất năm đầu tiên giảm 2-3%.
