Ventajas del panel solar Sunket TOPCon y análisis práctico de aplicaciones

Concepto de celda solar TOPCon

El concepto de celda TOPCon fue propuesto por el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer-ISE) en Alemania en 2013. La siguiente figura muestra el diagrama esquemático estructural de la celda solar de contacto de pasivación de tipo N.

La parte frontal de TOPCon no es fundamentalmente diferente de las células solares tipo N convencionales o las células solares N-PERT. La tecnología central de la batería es el contacto de pasivación posterior. Composición de película delgada de Si mixto cristalino amorfo. El rendimiento de pasivación se activa mediante el proceso de recocido, durante el cual la cristalinidad de la película delgada de Si cambia de una fase mixta de microcristalina y amorfa a policristalina. Recocido a una temperatura de recocido de 850 °C, iVoc > 710 mV, J0 a 9-13 fA/cm2, muestra un excelente rendimiento de pasivación de la estructura de contacto pasivada y la eficiencia de la celda preparada supera los 23%. El récord mundial actual de células solares de contacto pasivadas con unión frontal de tipo N (25.8%) está en manos del Instituto Fraunhofer-ISE.

El principio de funcionamiento de la estructura TOPCon selectiva de portadores para una pasivación excelente

La combinación de una alta selectividad de portadores y una recombinación interfacial significativamente reducida es la clave para la excelente pasivación de TOPCon. Cuatro mecanismos paralelos contribuyen a la selectividad del portador.

1. El polisilicio n+ fuertemente dopado produce una capa de acumulación en la interfase absorbente/óxido de túnel debido a la diferencia de función de trabajo entre el polisilicio n+ y el absorbente de silicio cristalino de tipo n. Esta flexión de banda induce una capa de acumulación rica en electrones en la interfaz SiO2/Si, que proporciona una barrera para que los orificios de los portadores minoritarios entren en el óxido del túnel al tiempo que facilita la migración de los portadores mayoritarios hacia la interfaz óxido/Si para aumentar el suministro de productos electrónicos. .
2. El óxido de túnel proporciona un segundo nivel de selectividad de portador porque su barrera de túnel para los huecos (4,5 eV) es mayor que la de los electrones (3,1 eV).
3. Una gran cantidad de estados disponibles en la banda de conducción de la capa de polisilicio combinados con una gran cantidad de electrones en la interfaz absorbente/óxido facilitan que los electrones en n-Si hagan un túnel hacia el polisilicio n+ a través del óxido ultrafino. Sin embargo, debido a la flexión de la banda, hay menos agujeros cerca del borde de la banda de valencia del absorbedor, que también pueden fallar si el borde de la banda de valencia de Si cae dentro de la brecha tabú del polisilicio n+. Dado que los portadores minoritarios no pueden hacer túneles, su recombinación en contactos policristalinos o metálicos dopados con n+ se reduce o elimina.
4. Además de la selectividad del portador, la recombinación de portadores minoritarios también se reduce en los defectos de la interfaz debido al efecto de campo, lo que aumenta la concentración de electrones (capa de acumulación) y reduce la concentración de huecos en la interfaz de óxido de Si. Esta concentración asimétrica de electrones y huecos reduce la recombinación Shockley-Red Hall (SRH) inducida por defectos. La recombinación Read-Hall (SRH) reduce aún más el valor J0 asociado con esta estructura TOPCon. El mismo mecanismo se aplica a los contactos pasivados de forma selectiva por agujeros en polisilicio p+; sin embargo, se ha informado una recombinación ligeramente mayor en p-TOPCon en relación con n-TOPCon.

Diferencia fundamental entre n-TOPCon y p-TOPCon

1. La altura de la barrera de oxidación de los agujeros es mayor que la de los electrones.
2. La película de silicio dopada con boro tiene una mayor densidad de defectos.
3. La penetración del boro a través del óxido del túnel conduce a más defectos.

 

Modelado del efecto de la metalización J0e y J0b' y la resistividad de contacto frontal y posterior en la eficiencia de la celda TOPCon

Tanto la baja metalización J0 como la resistividad de contacto son importantes para una alta eficiencia porque J0 afecta a los VOC y la resistividad de contacto afecta a FF. Para comprender el efecto del emisor frontal de metalización (J0e, total) y el n-TOPCon posterior (J0b', total) en las celdas n-TOPCon, las curvas de sensibilidad de eficiencia se trazan en la Figura 34 y la Figura 35, respectivamente. Los modelos muestran que para nuestro diseño de celda propuesto, un aumento de 5 fA/cm2 en J0e o J0b' daría como resultado una caída de ~0.1% abs en la eficiencia de la celda.

En la simulación del dispositivo Quokka 2, también se investigó el efecto de la resistividad de contacto frontal y posterior en la eficiencia de la celda cambiando solo la resistividad de contacto. La Figura 36 muestra la eficiencia de la celda en función de la resistividad de los contactos delantero y trasero. El modelo muestra que la eficiencia de la celda cae en 0.1% abs por cada aumento de 2 mΩ-cm2 en la resistividad de contacto en el lado frontal. En la parte trasera, sin embargo, resultó en una caída de eficiencia de solo 0.02% abs. Esto se debe a que no hay compensación debido al sombreado en la parte trasera, lo que aumenta la cobertura de metal de la parte trasera en un factor de 5 para reducir la sensibilidad a la resistencia de contacto.

Desarrollo de modelos de diseño de plantillas y calculadoras para optimizar los diseños de catenaria delantera y trasera para células solares TOPCon bifaciales

El patrón de cuadrícula consta de una gran cantidad de líneas de cuadrícula (100-130) y una pequeña cantidad (5-10) de barras colectoras. Las líneas de puerta recogen los portadores generados en la base, que son separados y transportados lateralmente por las regiones dopadas entre las líneas de puerta. La portadora recolectada por la red luego se alimenta al bus, que transmite la portadora a un circuito externo para la generación de energía (Figura 37). Por lo tanto, el diseño de la red debe considerar la resistencia de volumen, la resistencia de lámina entre las líneas de la red, la resistencia de contacto, la resistencia de la red y la resistencia de las barras para calcular la resistencia total en serie. Dado que una mayor resistencia reduce FF, y más líneas de malla aumentan el sombreado y la recombinación inducida por metal o J0, la optimización del diseño de malla no solo debe minimizar la resistencia en serie sino también considerar las pérdidas por sombreado y recombinación inducida por metal para reducir las pérdidas totales por sombreado y recombinación inducida por metal Pérdidas se minimizan. La Figura 38 muestra que más líneas de cuadrícula generalmente reducen la resistencia en serie pero aumentan el sombreado o JSC y J0, por lo que diseñar un patrón de cuadrícula óptimo es fundamental para optimizar la eficiencia de la celda.

Algunos modelos de diseño de malla comerciales y no comerciales, como PV Lighthouse [88], solo consideran la resistencia en serie y la oclusión óptica, pero no la recombinación inducida por metales, que se vuelve muy importante. Los simuladores de equipos como Sentaurus y Quokka 2 son opciones para optimizar el diseño de la red. Sin embargo, estos simuladores son muy limitados y complejos para la optimización de la cuadrícula, porque el tamaño de la celda se define por el mínimo común múltiplo (LCM) del espacio entre las cuadrículas delantera y trasera, y el tamaño de la celda debe ser pequeño para funcionar bien. en Sentaurus y Quokka Hay un tiempo de cálculo razonablemente bajo. Por lo tanto, se desarrolló una calculadora de diseño de red óptima para células solares bifaciales de contacto de adelante hacia atrás en esta tarea, en la que se consideró la recombinación inducida por metales.