Vantaggi del pannello solare Sunket TOPCon e analisi pratica dell'applicazione

Concetto di cella solare TOPCon

Il concetto della cella TOPCon è stato proposto dal Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer-ISE) in Germania nel 2013. La figura seguente mostra il diagramma schematico strutturale della cella solare a contatto di passivazione di tipo N.

Il lato anteriore di TOPCon non è fondamentalmente diverso dalle tradizionali celle solari di tipo N o dalle celle solari N-PERT. La tecnologia di base della batteria è il contatto di passivazione posteriore. Composizione a film sottile di Si misto cristallo-amorfo. La prestazione di passivazione è attivata dal processo di ricottura, durante il quale la cristallinità del film sottile di Si passa da una fase mista di microcristallina e amorfa a policristallina. Ricotto a una temperatura di ricottura di 850°C, iVoc > 710 mV, J0 a 9-13 fA/cm2, che mostra eccellenti prestazioni di passivazione della struttura di contatto passivata e l'efficienza della cella preparata supera 23%. L'attuale record mondiale per le celle solari a contatto passivato con giunzione frontale di tipo N (25.8%) è detenuto dal Fraunhofer-ISE Institute.

Il principio di funzionamento della struttura TOPCon carrier-selective per un'eccellente passivazione

La combinazione di elevata selettività del vettore e ricombinazione interfacciale significativamente ridotta è la chiave per l'eccellente passivazione di TOPCon. Quattro meccanismi paralleli contribuiscono alla selettività del vettore.

1. Il polisilicio n+ fortemente drogato produce uno strato di accumulo all'interfaccia assorbitore/ossido di tunnel a causa della differenza della funzione di lavoro tra il polisilicio n+ e l'assorbitore di silicio cristallino di tipo n. Questa flessione della banda induce uno strato di accumulo ricco di elettroni all'interfaccia SiO2/Si, che fornisce una barriera per i fori dei portatori minoritari per entrare nell'ossido del tunnel facilitando la migrazione dei portatori maggioritari verso l'interfaccia ossido/Si per aumentare la fornitura di elettronica .
2. L'ossido di tunnel fornisce un secondo livello di selettività del vettore perché la sua barriera di tunneling per le lacune (4,5 eV) è maggiore di quella per gli elettroni (3,1 eV).
3. Un gran numero di stati disponibili nella banda di conduzione dello strato di polisilicio combinati con un gran numero di elettroni all'interfaccia assorbitore/ossido facilitano il tunneling degli elettroni in n-Si nel polisilicio n+ attraverso l'ossido ultrasottile. Tuttavia, a causa della flessione della banda, ci sono meno fori vicino al bordo della banda di valenza dell'assorbitore, che potrebbero anche non riuscire a scavalcare se il bordo della banda di valenza di Si cade all'interno del gap tabù del polisilicio n+. Poiché i portatori minoritari non possono attraversare il tunnel, la loro ricombinazione in contatti policristallini o metallici drogati n+ viene ridotta o eliminata.
4. Oltre alla selettività dei portatori, anche la ricombinazione dei portatori minoritari è ridotta ai difetti di interfaccia a causa dell'effetto di campo, che aumenta la concentrazione di elettroni (strato di accumulo) e riduce la concentrazione di lacune all'interfaccia Si-ossido. Questa concentrazione asimmetrica di elettroni e lacune riduce la ricombinazione Shockley-Red Hall (SRH) indotta da difetti. La ricombinazione Read-Hall (SRH) riduce ulteriormente il valore J0 associato a questa struttura TOPCon. Lo stesso meccanismo si applica ai contatti passivati selettivamente dal foro nel polisilicio p+, tuttavia è stata segnalata una ricombinazione leggermente superiore in p-TOPCon rispetto a n-TOPCon.

Differenza fondamentale tra n-TOPCon e p-TOPCon

1. L'altezza della barriera di ossidazione delle lacune è superiore a quella degli elettroni.
2. Il film di silicio drogato con boro ha una maggiore densità di difetti.
3. La penetrazione del boro attraverso l'ossido di tunnel porta a più difetti.

 

Modellazione dell'effetto della metallizzazione J0e e J0b' e della resistività di contatto anteriore e posteriore sull'efficienza delle celle TOPCon

Sia la bassa metallizzazione J0 che la resistività di contatto sono importanti per l'alta efficienza perché J0 influenza VOC e la resistività di contatto influenza FF. Per comprendere l'effetto della metallizzazione dell'emettitore anteriore (J0e, totale) e posteriore n-TOPCon (J0b', totale) sulle celle n-TOPCon, le curve di sensibilità dell'efficienza sono tracciate rispettivamente nella Figura 34 e nella Figura 35. I modelli mostrano che per il nostro progetto di cella proposto, un aumento di 5 fA/cm2 in J0e o J0b' comporterebbe un calo di ~0.1% abs nell'efficienza della cella.

Nella simulazione del dispositivo Quokka 2, è stato studiato anche l'effetto della resistività di contatto anteriore e posteriore sull'efficienza della cella modificando solo la resistività di contatto. La Figura 36 mostra l'efficienza della cella in funzione della resistività di contatto anteriore e posteriore. Il modello mostra che l'efficienza della cella diminuisce di 0,1% abs per ogni aumento di 2 mΩ-cm2 della resistività di contatto sul lato anteriore. Sul lato posteriore, tuttavia, ha comportato un calo di efficienza di soli 0,02% abs. Questo perché non vi è alcun compromesso dovuto all'ombreggiatura sul lato posteriore, che aumenta la copertura metallica del lato posteriore di un fattore 5 per ridurre la sensibilità alla resistenza al contatto.

Sviluppo di modelli di stencil design e calcolatori per l'ottimizzazione dei design della catenaria anteriore e posteriore per le celle solari TOPCon bifacciali

Lo schema della griglia è costituito da un gran numero di linee della griglia (100-130) e un piccolo numero (5-10) di sbarre collettrici. Le linee di gate raccolgono i portatori generati nella base, che vengono separati e trasportati lateralmente dalle regioni drogate tra le linee di gate. La portante raccolta dalla rete viene quindi immessa nel bus, che la trasmette a un circuito esterno per la generazione di energia (Figura 37). Pertanto, il progetto della griglia deve considerare la resistenza del volume, la resistenza del foglio tra le linee della griglia, la resistenza di contatto, la resistenza della griglia e la resistenza della sbarra per calcolare la resistenza in serie totale. Poiché una maggiore resistenza riduce FF e più linee di mesh aumentano l'ombreggiatura e la ricombinazione indotta dal metallo o J0, l'ottimizzazione del design della mesh non dovrebbe solo ridurre al minimo la resistenza in serie, ma anche considerare l'ombreggiatura e le perdite di ricombinazione indotte dal metallo per ridurre l'ombreggiatura totale e le perdite di ricombinazione indotte dal metallo sono ridotti al minimo. La Figura 38 mostra che più linee di griglia generalmente riducono la resistenza in serie ma aumentano l'ombreggiatura o JSC e J0, quindi la progettazione di un modello di griglia ottimale è fondamentale per ottimizzare l'efficienza della cella.

Alcuni modelli di mesh design commerciali e non commerciali, come PV Lighthouse [88], considerano solo la resistenza in serie e l'occlusione ottica, ma non la ricombinazione indotta dal metallo, che diventa molto importante. I simulatori di apparecchiature come Sentaurus e Quokka 2 sono opzioni per ottimizzare la progettazione della griglia. Tuttavia, questi simulatori sono molto limitati e complessi per l'ottimizzazione della griglia, poiché la dimensione della cella è definita dal minimo comune multiplo (LCM) della spaziatura tra le griglie anteriore e posteriore e la dimensione della cella deve essere piccola per funzionare bene in Sentaurus e Quokka C'è un tempo di calcolo ragionevolmente basso. Pertanto, in questo compito è stato sviluppato un calcolatore di progettazione della griglia ottimale per le celle solari bifacciali a contatto fronte-retro, in cui è stata considerata la ricombinazione indotta dal metallo.