Avantajele panoului solar Sunket TOPCon și analiza aplicațiilor practice

Conceptul de celule solare TOPCon

Conceptul celulei TOPCon a fost propus de Institutul Fraunhofer pentru Sisteme de Energie Solară (Fraunhofer-ISE) din Germania în 2013. Următoarea figură prezintă schema structurală a celulei solare de contact cu pasivizare de tip N.

Partea frontală a TOPCon nu este fundamental diferită de celulele solare convenționale de tip N sau celulele solare N-PERT. Tehnologia de bază a bateriei este contactul de pasivizare din spate. Compoziție de film subțire de Si cristal-amorf mixt. Performanța de pasivare este activată de procesul de recoacere, în timpul căruia cristalinitatea filmului subțire de Si se schimbă dintr-o fază mixtă de microcristalină și amorfă la policristalină. Recoacere la o temperatură de recoacere de 850°C, iVoc > 710 mV, J0 la 9-13 fA/cm2, prezentând o performanță excelentă de pasivare a structurii de contact pasivate, iar eficiența celulei așa cum este pregătită depășește 23%. Actualul record mondial pentru celulele solare de contact pasivate cu joncțiune frontală de tip N (25.8%) este deținut de Institutul Fraunhofer-ISE.

Principiul de funcționare al structurii TOPCon selective pentru purtător pentru o pasivare excelentă

Combinația dintre selectivitatea ridicată a purtătorului și recombinarea interfacială semnificativ redusă este cheia pasivării excelente a TOPCon. Patru mecanisme paralele contribuie la selectivitatea purtătorului.

1. Polisiliciul n+ puternic dopat produce un strat de acumulare la interfața absorbant/oxid de tunel datorită diferenței de funcție de lucru dintre polisiliciul n+ și absorbantul de siliciu cristalin de tip n. Această îndoire a benzii induce un strat de acumulare bogat în electroni la interfața SiO2/Si, care oferă o barieră pentru ca găurile purtătoare minoritare să intre în oxidul tunelului, facilitând în același timp migrarea purtătorilor majoritari către interfața oxid/Si pentru a crește oferta de electronice. .
2. Oxidul de tunel oferă un al doilea nivel de selectivitate a purtătorului, deoarece bariera sa de tunel pentru găuri (4,5 eV) este mai mare decât cea pentru electroni (3,1 eV).
3. Un număr mare de stări disponibile în banda de conducție a stratului de polisiliciu, combinat cu un număr mare de electroni la interfața absorbant/oxid, fac ușor ca electronii din n-Si să treacă prin tunel în n+ polisiliciu prin oxidul ultrasubțire. Cu toate acestea, din cauza îndoirii benzii, există mai puține găuri în apropierea marginii benzii de valență a absorbantului, care, de asemenea, pot eșua să treacă prin tunel dacă marginea benzii de valență a Si se încadrează în spațiul tabu al polisiliciului n+. Deoarece purtătorii minoritari nu pot trece prin tunel, recombinarea lor în contacte policristaline sau metalice dopate cu n+ este redusă sau eliminată.
4. Pe lângă selectivitatea purtătorilor, recombinarea purtătorilor minoritari este redusă și la defectele de interfață datorită efectului de câmp, care crește concentrația de electroni (stratul de acumulare) și reduce concentrația de găuri la interfața de Si-oxid. Această concentrație asimetrică de electroni și găuri reduce recombinarea Shockley-Red Hall (SRH) indusă de defecte. Recombinarea Read-Hall (SRH) reduce și mai mult valoarea J0 asociată cu această structură TOPCon. Același mecanism se aplică contactelor pasivate selectiv în găuri în polisiliciu p+, cu toate acestea, a fost raportată o recombinare puțin mai mare în p-TOPCon față de n-TOPCon.

Diferența fundamentală între n-TOPCon și p-TOPCon

1. Înălțimea barierei de oxidare a găurilor este mai mare decât cea a electronilor.
2. Filmul de siliciu dopat cu bor are o densitate mai mare a defectelor.
3. Pătrunderea borului prin oxidul de tunel duce la mai multe defecte.

 

Modelarea efectului metalizării J0e și J0b' și rezistivității contactului față și spate asupra eficienței celulei TOPCon

Atât metalizarea scăzută J0, cât și rezistivitatea de contact sunt importante pentru o eficiență ridicată, deoarece J0 afectează VOC și rezistivitatea de contact afectează FF. Pentru a înțelege efectul metalizării emițătorului frontal (J0e, total) și n-TOPCon din spate (J0b', total) asupra celulelor n-TOPCon, curbele de sensibilitate ale eficienței sunt reprezentate în Figura 34 și, respectiv, Figura 35. Modelele arată că, pentru designul nostru celular propus, o creștere de 5 fA/cm2 fie în J0e, fie în J0b' ar duce la o scădere de ~0,1% abs a eficienței celulei.

În simularea dispozitivului Quokka 2, efectul rezistivității de contact din față și din spate asupra eficienței celulei a fost, de asemenea, investigat prin modificarea doar a rezistivității de contact. Figura 36 prezintă eficiența celulei în funcție de rezistivitatea contactului din față și din spate. Modelul arată că eficiența celulei scade cu 0,1% abs pentru fiecare creștere cu 2 mΩ-cm2 a rezistivității de contact pe partea frontală. Pe partea din spate, însă, a avut ca rezultat o scădere a eficienței abs de doar 0,02%. Acest lucru se datorează faptului că nu există niciun compromis din cauza umbririi pe partea din spate, care crește acoperirea metalică a părții din spate cu un factor de 5 pentru a reduce sensibilitatea la rezistența de contact.

Dezvoltarea de modele de design șabloane și calculatoare pentru optimizarea modelelor de catenare față și spate pentru celule solare bifaciale TOPCon

Modelul de grilă constă dintr-un număr mare de linii de grilă (100-130) și un număr mic (5-10) de bare. Liniile de poartă colectează purtătorii generați în bază, care sunt separați și transportați lateral de regiunile dopate dintre liniile de poartă. Purtătorul colectat de rețea este apoi alimentat în magistrală, care transmite purtătorul către un circuit extern pentru generarea de energie (Figura 37). Prin urmare, proiectarea rețelei trebuie să ia în considerare rezistența de volum, rezistența foii între liniile de rețea, rezistența de contact, rezistența rețelei și rezistența barelor colectoare pentru a calcula rezistența totală a seriei. Deoarece rezistența mai mare reduce FF și mai multe linii de plasă cresc umbrirea și recombinarea indusă de metal sau J0, optimizarea designului de plasă nu ar trebui doar să minimizeze rezistența în serie, ci și să ia în considerare pierderile de umbrire și recombinare induse de metal pentru a reduce pierderile totale de umbrire și de recombinare induse de metal. sunt minimizate. Figura 38 arată că mai multe linii de grilă reduc în general rezistența în serie, dar măresc umbrirea sau JSC și J0, astfel încât proiectarea unui model de grilă optim este esențială pentru optimizarea eficienței celulei.

Unele modele comerciale și necomerciale de proiectare a plaselor, cum ar fi PV Lighthouse [88], iau în considerare doar rezistența în serie și ocluzia optică, dar nu recombinarea indusă de metal, care devine foarte importantă. Simulatoarele de echipamente precum Sentaurus și Quokka 2 sunt opțiuni pentru optimizarea designului grilei. Cu toate acestea, aceste simulatoare sunt foarte limitate și complexe pentru optimizarea grilei, deoarece dimensiunea celulei este definită de cel mai mic multiplu comun (LCM) al distanței dintre grilele din față și din spate, iar dimensiunea celulei trebuie să fie mică pentru a funcționa bine. în Sentaurus și Quokka Există un timp de calcul relativ scăzut. Prin urmare, a fost dezvoltat un calculator de design de grilă optim pentru celulele solare bifaciale de contact față-spate în această sarcină, în care a fost luată în considerare recombinarea indusă de metal.