โมดูล PERC แบบผลึกเดี่ยว-พบการเสื่อมสภาพโดยทั่วไป-ในปีแรกที่ 3% (วัดได้โดยเฉลี่ย 1.92%) เนื่องจากข้อบกพร่องที่ซับซ้อนของโบรอน-ออกซิเจน (B-O) ส่งผลให้สูญเสียการผลิตพลังงานอย่างมีนัยสำคัญตลอดวงจรชีวิต
ในขณะที่ TOPCon ชนิด N- ซึ่งใช้เวเฟอร์เจือฟอสฟอรัส- หลีกเลี่ยงกลไก BO-LID และทำให้บรรลุการย่อยสลาย-ในปีแรก<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
ข้อมูลสาธิตของ Yinchuan แสดงให้เห็นว่า: ภายใต้การฉายรังสีที่เท่ากัน โมดูล TOPCon จะย่อยสลายโมดูล PERC น้อยกว่า 37% หลังจาก 6,000 ชั่วโมง
ชั้นอุโมงค์ออกไซด์ของ TOPCon และโครงสร้างทู่โพลี-ซิลิคอนพร้อมกันยับยั้งการรวมตัวของพื้นผิวส่งผลให้แสงในห้องปฏิบัติการ-เหนี่ยวนำให้เกิดอัตราการย่อยสลายต่ำถึง 0.26%.
การย่อยสลายที่ลดลงรวมกับความได้เปรียบด้านประสิทธิภาพการแปลง 24%-26% ช่วยให้ TOPCon บรรลุเป้าหมายกำลังไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น 3-5 ปีครอบคลุมค่าเบี้ยประกันภัยเริ่มต้นในโรงไฟฟ้า-ขนาดใหญ่ ปรับโฉมตรรกะการเลือกโมดูลประสิทธิภาพสูง-ใหม่
สาเหตุ
การก่อตัวและการกระตุ้นโบรอน-สารเชิงซ้อนออกซิเจน
กลไกหลักของ LID คือการก่อตัวของโบรอน-สารเชิงซ้อนออกซิเจน (B-O) ภายใต้การให้แสงสว่าง ในเวเฟอร์ประเภท P- ที่เจือด้วยโบรอน อะตอมของโบรอนจะรวมกับออกซิเจนคั่นระหว่างหน้าเพื่อสร้างข้อบกพร่อง B-O ที่ไม่เสถียร:
· สภาพการก่อตัว: Under illumination intensity >1 mW/cm² โบรอน-ออกซิเจนเชิงซ้อนจะเข้าสู่สถานะแอคทีฟ (สถานะ B) ทำให้อายุการใช้งานของพาหะส่วนน้อยลดลงจาก 1,000μs เหลือต่ำกว่า 500μs
· อิทธิพลของอุณหภูมิ: สำหรับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10 องศา อัตราการเกิดเชิงซ้อนของ B-O จะเพิ่มขึ้น 2-3 เท่า ตัวอย่างเช่น ที่ 75 องศา อัตราการย่อยสลาย LID ของโมดูล PERC จะเป็น 4.7 เท่าที่ 25 องศา
· ความแตกต่างของปริมาณออกซิเจน: ซิลิคอนผลึกโมโน- ปลูกโดยใช้ถ้วยใส่ตัวอย่างควอตซ์ มีปริมาณออกซิเจนสูง 10-14 pma ในขณะที่ซิลิคอนผลึกหลาย-จากการหล่อมีเพียง 1-2 ppma สิ่งนี้นำไปสู่การย่อยสลาย LID ที่สูงขึ้น 2-3 เท่าใน mono-Si เมื่อเทียบกับ multi-Si
เอฟเฟกต์การขยายพารามิเตอร์กระบวนการบน LID
กระบวนการผลิตเซลล์ส่งผลโดยตรงต่อกิจกรรมของสารเชิงซ้อน B-O:
·อุณหภูมิการเผาผนึก: When sintering peak temperature >ที่อุณหภูมิ 850 องศา ไฮโดรเจนจากชั้นทู่จะกระจายเข้าสู่สารตั้งต้นของซิลิคอน รวมกับโบรอนเพื่อสร้างข้อบกพร่องที่พลิกกลับได้ การทดลองแสดงให้เห็นว่าทุกๆ 50 องศาของอุณหภูมิการเผาผนึก อัตราการย่อยสลาย LeTID จะเพิ่มขึ้น 0.8%
·การปนเปื้อนของโลหะ: สิ่งเจือปนของเหล็ก (Fe) ผสมกับโบรอนเพื่อสร้าง Fe- คู่ B ซึ่งสลายตัวเป็น Feⁱ และ Bⁱ⁰ ภายใต้แสงสว่าง ทำให้เกิดศูนย์รวมตัวใหม่เพิ่มเติม. 1 ppm การปนเปื้อนของเหล็กสามารถเพิ่มการย่อยสลายของ LID ได้ถึง 0.5%
·ทู่ไฮโดรเจนไม่เพียงพอ: เมื่อมีปริมาณไฮโดรเจนในชั้นฟิล์ม (เช่น AlOx/SiNx)<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.
ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างเซลล์และความไวของ LID
โครงสร้างเซลล์ที่แตกต่างกันแสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการตอบสนองของ LID:
·เซลล์ PERC: ชั้นฟิล์มทู่ด้านหลังจะเพิ่มการดูดกลืนแสงความยาวคลื่น-ที่ยาว ส่งผลให้มีความเข้มข้นของพาหะสูงขึ้น และเพิ่มกิจกรรมที่ซับซ้อนของ B-O การวัดแสดงให้เห็นว่าการย่อยสลาย PERC LID อยู่ที่ 1.8 เท่าของเซลล์สนามพื้นผิวด้านหลังอะลูมิเนียม (Al-BSF) ทั่วไป
·ท็อปคอนเซลล์: เมื่อความหนาของชั้นอุโมงค์ออกไซด์ (SiOx) ถูกควบคุมที่ 1.5 นาโนเมตร ความเร็วการรวมตัวใหม่ของพื้นผิวจะเท่ากับ<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·เซลล์เฮเทอโรจังค์ชั่น (HJT): ชั้นทู่ซิลิคอนอสัณฐานทำให้เกิดข้อบกพร่องเพิ่มเติม แต่ 90% ของสถานะของอินเทอร์เฟซสามารถซ่อมแซมได้โดยการหลอมไฮโดรเจน ซึ่งทำให้การเสื่อมของ LID ต่ำกว่า 0.3%
ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมและการตอบสนองแบบไดนามิกของ LID
กลไกของสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่เร่ง LID:
·รังสียูวี: 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 โมดูล PERC มีค่า LID เพิ่มเติม 0.7%
·อุณหภูมิและความชื้นสูง: ภายใต้สภาวะ 85 องศา /85%RH การซึมผ่านของความชื้นทำให้เกิดการไฮโดรไลซิสของโบรอน-สารประกอบออกซิเจน ทำให้เกิดไอออนเคลื่อนที่และเร่งการแพร่กระจายของศูนย์รวมตัวใหม่ การทดสอบความร้อนแบบชื้น (1,000 ชั่วโมง) ส่งผลให้ LID ของโมดูล PERC ลดลง 1.2%
·ความเครียดทางกล: ความเค้นในการห่อหุ้มโมดูลทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็ก-ในเวเฟอร์ การไล่ระดับความเข้มข้นของออกซิเจนที่ปลายรอยแตกจะกระตุ้นให้เกิดการก่อตัวของสารเชิงซ้อน B-O เฉพาะที่ ในระหว่างการทดสอบแบบหมุนเวียนด้วยความร้อน (-40 องศา ~85 องศา) โมดูลที่แตกร้าวมีการเสื่อมสภาพของ LID สูงกว่าโมดูลที่เสียหายถึง 0.9%
ข้อมูล-โมเดลการคาดการณ์ LID ที่ขับเคลื่อนด้วย
การทำนาย LID ตามฟิสิกส์-จำเป็นต้องบูรณาการพารามิเตอร์หลาย- มิติ:
·ตัวแปรสำคัญ: ความเข้มข้นของโบรอน (B), ความเข้มข้นของออกซิเจน (O), ความเข้มข้นของตัวพาที่มีประสิทธิผล (Δn), อุณหภูมิ (T)
·สูตรเชิงประจักษ์: อัตราการย่อยสลายของ LID (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)) โดยที่ Ea=0.85eV (พลังงานกระตุ้นของโบรอน-การรวมตัวของออกซิเจนกับออกซิเจนอีกครั้ง) k คือค่าคงที่ของ Boltzmann
·การตรวจสอบการวัด: สถิติบนเซลล์ PERC 1,000 เซลล์แสดงข้อผิดพลาดในการทำนายสูตร<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
การเปรียบเทียบอัตราการย่อยสลาย
แสงในห้องปฏิบัติการ-สภาวะและข้อมูลการทดสอบการย่อยสลายแบบเหนี่ยวนำ
ขั้นตอนการทดสอบในห้องปฏิบัติการ LID ที่ได้มาตรฐาน:
·ปริมาณการส่องสว่าง: 5 kWh/m² (สเปกตรัม AM1.5G, ความเข้ม 1000 W/m²)
·การควบคุมอุณหภูมิ: อุณหภูมิคงที่ 25 องศา
·ระยะเวลาการทดสอบ: ส่องสว่างต่อเนื่อง 100 ชั่วโมง
การปรับปรุงเทคโนโลยี
ทางเลือกในการโด๊ปโบรอน
ปัญหาราก: เซลล์ PERC ประเภท P- เกิดการเสื่อมสลาย-ในปีแรกได้ถึง 3% (ข้อมูลในห้องปฏิบัติการ) เนื่องจากสารเชิงซ้อนของออกซิเจนโบรอน- (BO-LID)
โซลูชั่น:
·แกลเลียม (Ga) ยาโด๊ป: แทนที่โบรอนด้วยแกลเลียมเป็นสารเจือปน หลีกเลี่ยงวิถีปฏิกิริยาของ BO-LID ค่าสัมประสิทธิ์การแยกตัวของแกลเลียม (0.35) ต่ำกว่าโบรอน (0.8) ซึ่งต้องมีการปรับการกระจายสนามความร้อน:
o อุณหภูมิการเติบโตของคริสตัล: 1450 องศา → 1520 องศา (ลดการระเหยของ Ga)
o การไล่ระดับอุณหภูมิในแนวรัศมี:<5°C/cm (improves crystal quality)
o ผลที่วัดได้: การเสื่อมสภาพของ LID ลดลงจาก 3% เป็น 0.7% แต่ความผันผวนของความต้านทาน ±12%
·อินเดียม (อิน) โค-โด๊ป: โบรอน-อินเดียมโค-สารโด๊ป (B: ใน=10:1) ช่วยลดความสามารถในการละลายของออกซิเจนได้อีก:
o ปริมาณออกซิเจน: 10ppma → 5ppma
o อายุการใช้งานของผู้ให้บริการรายย่อย: 500μs → 800μs
o ต้นทุนที่เพิ่มขึ้น: ราคาเวเฟอร์เพิ่มขึ้น 0.005 เหรียญสหรัฐฯ/วัตต์
กระบวนการหลอม:
·การหลอมที่อุณหภูมิต่ำ (LTA):
o อุณหภูมิ: 200 องศา → 300 องศา
o เวลา: 10 นาที → 30 นาที
o ผลลัพธ์: กระตุ้นการสร้างฟิล์มไฮโดรเจน ซ่อมแซมข้อบกพร่องของออกซิเจน-โบรอน
o ข้อมูล: การย่อยสลาย LID ของเซลล์ PERC ลดลง 0.5%
การอัพเกรดชั้นทู่
เทคโนโลยีทู่พื้นผิว:
·สแต็ค AlOx/SiNx:
o การควบคุมความหนา: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o ความเร็วการรวมตัวใหม่ของพื้นผิว:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
การเพิ่มประสิทธิภาพทู่ด้านหลัง:
·การปรับความหนา SiNx:
o แบบธรรมดา: 120 นาโนเมตร → ปรับให้เหมาะสม: 150 นาโนเมตร
o ผลลัพธ์: ลดการแพร่กระจายของโบรอนไปทางด้านหลัง ยับยั้ง LeTID
o ผลลัพธ์: การย่อยสลาย LeTID ลดลงจาก 1.17% เป็น 0.3%
ประสิทธิภาพการแปลง
ประสิทธิภาพการผลิตจำนวนมากถึง 25.4%(ซันพาวเวอร์แมกซีออน 7),บันทึกทางห้องปฏิบัติการ 26.8%, เข้าใกล้ขีดจำกัดทางทฤษฎี 28.7%;
PERC นิ่งอยู่ที่23.5%. ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของ TOPCon คือ-0.29%/ องศา, ความเป็นสองหน้า85%+เพิ่มผลผลิตพลังงานโดย20%, อัตราการย่อยสลาย<0.4% per year,รักษากำลังไฟได้นาน 30 ปี87%.
ข้อจำกัดทางทฤษฎี
ขอบเขตทางกายภาพของ PERC แบบผลึกโมโน-
เซลล์ PERC แบบผลึกเดี่ยว- ซึ่งใช้เวเฟอร์ประเภท P- มีขีดจำกัดประสิทธิภาพทางทฤษฎีที่ 24.5% (ขีดจำกัดของ Shockley-Queisser)
ค่านี้กำหนดโดยแถบความถี่ของซิลิคอน (1.1 eV) และการจับคู่สเปกตรัมแสงอาทิตย์
ในการผลิตจำนวนมาก การเติมโบรอนจะทำให้เกิดโบรอน-สารเชิงซ้อนออกซิเจน (B-O) ทำให้เกิด-การย่อยสลายที่เกิดจากแสง (LID) โดยที่-ประสิทธิภาพในปีแรกสูญเสียไป 2-3%
