Avantages des panneaux solaires Sunket TOPCon et analyse pratique des applications

Concept de cellule solaire TOPCon

Le concept de la cellule TOPCon a été proposé par l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire (Fraunhofer-ISE) en Allemagne en 2013. La figure suivante montre le schéma structurel de la cellule solaire à contact de passivation de type N.

La face avant de TOPCon n'est pas fondamentalement différente des cellules solaires conventionnelles de type N ou des cellules solaires N-PERT. La technologie de base de la batterie est le contact de passivation arrière. Composition de couche mince de Si mixte cristal-amorphe. Les performances de passivation sont activées par le processus de recuit, au cours duquel la cristallinité du film mince de Si passe d'une phase mixte microcristalline et amorphe à polycristalline. Recuit à une température de recuit de 850 ° C, iVoc> 710 mV, J0 à 9-13 fA / cm2, montrant d'excellentes performances de passivation de la structure de contact passivée et l'efficacité de la cellule préparée dépasse 23%. Le record du monde actuel pour les cellules solaires à contact passivé à jonction avant de type N (25.8%) est détenu par l'Institut Fraunhofer-ISE.

Le principe de fonctionnement de la structure TOPCon sélective des porteurs pour une excellente passivation

La combinaison d'une sélectivité élevée des porteurs et d'une recombinaison interfaciale considérablement réduite est la clé de l'excellente passivation de TOPCon. Quatre mécanismes parallèles contribuent à la sélectivité des porteurs.

1. Le polysilicium n+ fortement dopé produit une couche d'accumulation à l'interface absorbeur/oxyde tunnel en raison de la différence de travail de sortie entre le polysilicium n+ et l'absorbeur en silicium cristallin de type n. Cette courbure de bande induit une couche d'accumulation riche en électrons à l'interface SiO2/Si, qui fournit une barrière pour que les trous de porteurs minoritaires pénètrent dans l'oxyde tunnel tout en facilitant la migration des porteurs majoritaires vers l'interface oxyde/Si pour augmenter l'apport d'électronique. .
2. L'oxyde tunnel fournit un deuxième niveau de sélectivité des porteurs car sa barrière tunnel pour les trous (4,5 eV) est plus grande que celle pour les électrons (3,1 eV).
3. Un grand nombre d'états disponibles dans la bande de conduction de la couche de polysilicium combiné à un grand nombre d'électrons à l'interface absorbeur/oxyde permettent aux électrons du n-Si de passer facilement par tunnel dans le polysilicium n+ à travers l'oxyde ultrafin. Cependant, en raison de la courbure de la bande, il y a moins de trous près du bord de la bande de valence de l'absorbeur, qui peuvent également ne pas traverser si le bord de la bande de valence de Si tombe dans l'espace tabou du polysilicium n+. Comme les porteurs minoritaires ne peuvent pas traverser, leur recombinaison dans des contacts polycristallins ou métalliques dopés n+ est réduite ou supprimée.
4. En plus de la sélectivité des porteurs, la recombinaison des porteurs minoritaires est également réduite au niveau des défauts d'interface en raison de l'effet de champ, ce qui augmente la concentration d'électrons (couche d'accumulation) et réduit la concentration de trous à l'interface Si-oxyde. Cette concentration asymétrique d'électrons et de trous réduit la recombinaison Shockley-Red Hall (SRH) induite par défaut. La recombinaison Read-Hall (SRH) réduit davantage la valeur J0 associée à cette structure TOPCon. Le même mécanisme s'applique aux contacts passivés sélectivement par les trous dans le polysilicium p +, cependant, une recombinaison légèrement plus élevée dans p-TOPCon par rapport à n-TOPCon a été rapportée.

Différence fondamentale entre n-TOPCon et p-TOPCon

1. La hauteur de la barrière d'oxydation des trous est supérieure à celle des électrons.
2. Le film de silicium dopé au bore a une densité de défauts plus élevée.
3. La pénétration du bore à travers l'oxyde tunnel conduit à plus de défauts.

 

Modélisation de l'effet de la métallisation J0e et J0b' et de la résistivité des contacts avant et arrière sur l'efficacité de la cellule TOPCon

La faible métallisation J0 et la résistivité de contact sont importantes pour un rendement élevé car J0 affecte les COV et la résistivité de contact affecte FF. Pour comprendre l'effet de la métallisation de l'émetteur avant (J0e, total) et de l'arrière n-TOPCon (J0b', total) sur les cellules n-TOPCon, les courbes de sensibilité d'efficacité sont tracées dans la Figure 34 et la Figure 35, respectivement. Les modèles montrent que pour notre conception de cellule proposée, une augmentation de 5 fA/cm2 dans J0e ou J0b' entraînerait une baisse d'environ 0,1% abs de l'efficacité de la cellule.

Dans la simulation du dispositif Quokka 2, l'effet de la résistivité de contact avant et arrière sur l'efficacité de la cellule a également été étudié en modifiant uniquement la résistivité de contact. La figure 36 montre l'efficacité de la cellule en fonction de la résistivité des contacts avant et arrière. Le modèle montre que l'efficacité de la cellule chute de 0,1% abs pour chaque augmentation de 2 mΩ-cm2 de la résistivité de contact sur la face avant. À l'arrière, cependant, cela n'a entraîné qu'une baisse d'efficacité abs de 0,02%. En effet, il n'y a pas de compromis dû à l'ombrage sur la face arrière, ce qui augmente la couverture métallique de la face arrière d'un facteur 5 pour réduire la sensibilité à la résistance de contact.

Développement de modèles de conception de pochoirs et de calculateurs pour optimiser les conceptions de caténaires avant et arrière pour les cellules solaires bifaciales TOPCon

Le modèle de grille se compose d'un grand nombre de lignes de grille (100-130) et d'un petit nombre (5-10) de barres omnibus. Les lignes de grille collectent les porteurs générés dans la base, qui sont séparés et transportés latéralement par les régions dopées entre les lignes de grille. La porteuse collectée par le réseau est ensuite introduite dans le bus, qui transmet la porteuse à un circuit externe pour la production d'énergie (Figure 37). Par conséquent, la conception du réseau doit tenir compte de la résistance volumique, de la résistance de feuille entre les lignes de grille, de la résistance de contact, de la résistance du réseau et de la résistance du jeu de barres pour calculer la résistance série totale. Étant donné qu'une résistance plus élevée réduit FF et que plus de lignes de maillage augmentent l'ombrage et la recombinaison induite par le métal ou J0, l'optimisation de la conception du maillage doit non seulement minimiser la résistance en série, mais également prendre en compte l'ombrage et les pertes de recombinaison induites par le métal pour réduire l'ombrage total et les pertes de recombinaison induites par le métal. sont minimisés. La figure 38 montre que plus de lignes de grille réduisent généralement la résistance série mais augmentent l'ombrage ou JSC et J0, de sorte que la conception d'un modèle de grille optimal est essentielle pour optimiser l'efficacité de la cellule.

Certains modèles de conception de maillage commerciaux et non commerciaux, tels que PV Lighthouse [88], ne considèrent que la résistance série et l'occlusion optique, mais pas la recombinaison induite par le métal, qui devient très importante. Les simulateurs d'équipement comme Sentaurus et Quokka 2 sont des options pour optimiser la conception du réseau. Cependant, ces simulateurs sont très limités et complexes pour l'optimisation de la grille, car la taille de la cellule est définie par le plus petit commun multiple (LCM) de l'espacement entre les grilles avant et arrière, et la taille de la cellule doit être petite pour bien fonctionner. dans Sentaurus et Quokka Il y a un temps de calcul raisonnablement faible. Par conséquent, un calculateur de conception de grille optimale a été développé pour les cellules solaires bifaciales à contact avant-arrière dans cette tâche, dans laquelle la recombinaison induite par le métal a été prise en compte.