Koncepcja ogniw słonecznych TOPCon

Koncepcja ogniwa TOPCon została zaproponowana przez Instytut Systemów Energii Słonecznej im.

Przednia strona TOPCon nie różni się zasadniczo od konwencjonalnych ogniw słonecznych typu N lub ogniw słonecznych N-PERT. Podstawową technologią baterii jest tylny styk pasywacyjny. Krystalicznie amorficzna mieszana kompozycja cienkowarstwowa Si. Wydajność pasywacji jest aktywowana przez proces wyżarzania, podczas którego krystaliczność cienkiej warstwy Si zmienia się z fazy mieszanej mikrokrystalicznej i amorficznej do polikrystalicznej. Wyżarzone w temperaturze wyżarzania 850°C, iVoc > 710 mV, J0 przy 9-13 fA/cm2, wykazujące doskonałe parametry pasywacji pasywowanej struktury stykowej, a wydajność ogniwa po przygotowaniu przekracza 23%. Obecny rekord świata w pasywowanych ogniwach słonecznych typu N z przednim złączem (25,8%) należy do Instytutu Fraunhofer-ISE.

Zasada działania selektywnej względem nośnika struktury TOPCon zapewnia doskonałą pasywację

Połączenie wysokiej selektywności nośników i znacznie zmniejszonej rekombinacji międzyfazowej jest kluczem do doskonałej pasywacji TOPCon. Cztery równoległe mechanizmy przyczyniają się do selektywności przewoźnika.

1. Silnie domieszkowany polikrzem n+ tworzy warstwę akumulacyjną na granicy faz absorber/tlenek tunelu ze względu na różnicę funkcji wyjścia między polikrzemem n+ a absorberem z krystalicznego krzemu typu n. To zginanie pasm indukuje bogatą w elektrony warstwę akumulacyjną na interfejsie SiO2/Si, która stanowi barierę dla otworów nośników mniejszościowych przed wejściem do tunelu tlenkowego, jednocześnie ułatwiając migrację nośników większościowych w kierunku interfejsu tlenek/Si w celu zwiększenia zasilania elektroniki .
2. Tlenek tunelowy zapewnia drugi poziom selektywności nośnika, ponieważ jego bariera tunelowania dla dziur (4,5 eV) jest większa niż dla elektronów (3,1 eV).
3. Duża liczba dostępnych stanów w paśmie przewodnictwa warstwy polikrzemowej w połączeniu z dużą liczbą elektronów na granicy faz absorber/tlenek ułatwiają elektronom w n-Si tunelowanie do polikrzemu n+ przez ultracienki tlenek. Jednak ze względu na wygięcie pasma jest mniej otworów w pobliżu krawędzi pasma walencyjnego absorbera, które mogą również nie przejść przez tunel, jeśli krawędź pasma walencyjnego Si mieści się w przerwie tabu polikrzemu n+. Ponieważ nośniki mniejszościowe nie mogą tunelować, ich rekombinacja w kontaktach polikrystalicznych lub metalicznych domieszkowanych n+ jest ograniczona lub wyeliminowana.
4. Oprócz selektywności nośników, rekombinacja nośników mniejszościowych jest również zmniejszona na defektach interfejsu ze względu na efekt pola, który zwiększa koncentrację elektronów (warstwa akumulacji) i zmniejsza stężenie dziur na interfejsie Si-tlenek. To asymetryczne stężenie elektronów i dziur zmniejsza rekombinację Shockley-Red Hall (SRH) wywołaną przez defekty. Rekombinacja Read-Hall (SRH) dodatkowo zmniejsza wartość J0 związaną z tą strukturą TOPCon. Ten sam mechanizm dotyczy styków pasywowanych selektywnie względem dziur w polikrzemie p +, jednak odnotowano nieco wyższą rekombinację w p-TOPCon w stosunku do n-TOPCon.

Podstawowa różnica między n-TOPCon i p-TOPCon

1. Wysokość bariery utleniania dziur jest wyższa niż elektronów.
2. Folia silikonowa domieszkowana borem ma większą gęstość defektów.
3. Przenikanie boru przez tunel tlenkowy prowadzi do większej liczby defektów.

 

Modelowanie wpływu metalizacji J0e i J0b' oraz rezystywności styku przedniego i tylnego na sprawność ogniwa TOPCon

Zarówno niska metalizacja J0, jak i rezystywność styków są ważne dla wysokiej sprawności, ponieważ J0 wpływa na VOC, a rezystywność styków wpływa na FF. Aby zrozumieć wpływ metalizacji przedniego emitera (J0e, ogółem) i tylnego n-TOPCon (J0b', ogółem) na ogniwa n-TOPCon, krzywe wydajności czułości przedstawiono odpowiednio na Figurze 34 i Figurze 35. Modele pokazują, że dla proponowanego przez nas projektu ogniwa wzrost J0e lub J0b' o 5 fA/cm2 spowodowałby spadek wydajności ogniwa abs o ~ 0,11 TP3T.

W symulacji urządzenia Quokka 2 zbadano również wpływ rezystywności przedniego i tylnego styku na wydajność ogniwa, zmieniając tylko rezystywność styku. Rysunek 36 przedstawia wydajność ogniwa jako funkcję rezystywności styku przedniego i tylnego. Model pokazuje, że wydajność ogniwa spada o 0,1% abs na każde 2 mΩ-cm2 wzrostu rezystywności styku na przedniej stronie. Jednak z tyłu spowodowało to spadek wydajności abs tylko o 0,02%. Dzieje się tak, ponieważ nie ma kompromisu ze względu na zacienienie tylnej strony, które zwiększa pokrycie metalem tylnej strony o współczynnik 5, aby zmniejszyć wrażliwość na rezystancję styku.

Opracowanie szablonowych modeli projektowych i kalkulatorów do optymalizacji projektów przedniej i tylnej sieci trakcyjnej dla dwustronnych ogniw słonecznych TOPCon

Wzór siatki składa się z dużej liczby linii siatki (100-130) i niewielkiej liczby (5-10) szyn zbiorczych. Linie bramkowe zbierają nośniki generowane w bazie, które są rozdzielane i transportowane poprzecznie przez domieszkowane obszary między liniami bramkowymi. Nośnik zebrany przez sieć jest następnie podawany do magistrali, która przesyła nośnik do zewnętrznego obwodu w celu wytworzenia energii (Rysunek 37). Dlatego projekt sieci musi uwzględniać rezystancję objętościową, rezystancję arkusza między liniami siatki, rezystancję styku, rezystancję siatki i rezystancję szyn zbiorczych, aby obliczyć całkowitą rezystancję szeregową. Ponieważ wyższa rezystancja zmniejsza FF, a więcej linii siatki zwiększa cieniowanie i rekombinację indukowaną metalem lub J0, optymalizacja projektu siatki powinna nie tylko minimalizować rezystancję szeregową, ale także uwzględniać straty cieniowania i rekombinacji indukowane metalem, aby zmniejszyć całkowite straty cieniowania i rekombinacji indukowane metalem. są zminimalizowane. Rysunek 38 pokazuje, że więcej linii siatki generalnie zmniejsza rezystancję szeregową, ale zwiększa zacienienie lub JSC i J0, więc zaprojektowanie optymalnego wzoru siatki ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji wydajności ogniwa.

Niektóre komercyjne i niekomercyjne modele projektowania siatek, takie jak PV Lighthouse [88], uwzględniają tylko rezystancję szeregową i okluzję optyczną, ale nie rekombinację indukowaną metalem, która staje się bardzo ważna. Symulatory sprzętu, takie jak Sentaurus i Quokka 2, to opcje optymalizacji projektu siatki. Jednak te symulatory są bardzo ograniczone i złożone pod względem optymalizacji siatki, ponieważ rozmiar komórki jest definiowany przez najmniejszą wspólną wielokrotność (LCM) odstępu między przednią i tylną siatką, a rozmiar komórki musi być mały, aby dobrze działał w Sentaurus i Quokka Czas obliczeń jest stosunkowo niski. Dlatego opracowano optymalny kalkulator projektu siatki dla dwustronnych ogniw słonecznych z kontaktem przód-tył w tym zadaniu, w którym uwzględniono rekombinację indukowaną metalem.