מודולי PERC מונו-גבישיים חווים השפלה טיפוסית בשנה הראשונה- של 3% (נמדד ממוצע של 1.92%) עקב פגמים מורכבים של בורון-חמצן (B-O), מה שמוביל לאובדן ייצור חשמל משמעותי לאורך מחזור החיים;
בעוד ש-N-סוג TOPCon, תוך שימוש בפרוסות מסוימות-זרחן, נמנע ממנגנון BO-LID, ומשיג השפלה בשנה הראשונה-<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
נתוני ההדגמה של Yinchuan מראים: תחת הקרנה מקבילה, מודולי TOPCon מפרקים פחות מ-37% ממודולי PERC לאחר 6000 שעות.
שכבת תחמוצת המנהרה של TOPCon ומבנה פסיבציית הפולי-סיליקון מדכאים בו-זמנית ריקומבינציה של פני השטח,וכתוצאה מכך קצב השפלה-מושרה באור מעבדה נמוך כמו 0.26%.
השפלה נמוכה יותר בשילוב עם יתרון של 24%-26% ביעילות המרה מאפשרת ל-TOPCon להשיגרווח כוח ל-3-5 שנים המכסה את פרמיית העלות הראשוניתבתחנות כוח-בקנה מידה גדול, מעצב מחדש את היגיון בחירת המודול-ביעילות גבוהה.
גורמים
יצירה והפעלה של בורון-תסביכי חמצן
מנגנון הליבה של LID הוא יצירת קומפלקסים של בורון- חמצן (B-O) תחת הארה. בפרוסות מסוג P- המסוימות בבור, אטומי בורון מתחברים עם חמצן ביניים ויוצרים פגמי B-O לא יציבים:
· מצב היווצרות: Under illumination intensity >1 mW/cm², קומפלקס החמצן בורון- נכנס למצב פעיל (מצב B), מה שגורם לחיים של נושאי מיעוטים לרדת מ-1000μs מתחת ל-500μs.
· השפעת טמפרטורה: על כל עליית טמפרטורה של 10 מעלות, קצב היווצרות ה-B-O קומפלקס גדל פי 2-3. לדוגמה, ב-75 מעלות, קצב השפלת המכסה של מודולי PERC הוא פי 4.7 מזה של 25 מעלות.
· הבדל בתוכן חמצן: סיליקון מונו-גבישי, הגדל באמצעות כור היתוך קוורץ, בעל תכולת חמצן גבוהה של 10-14 עמודים לדקה, בעוד שסיליקון רב-גבישי מיציקה מכיל רק 1-2 עמודים לדקה. זה מוביל לפירוק LID גבוה פי 2-3 במונו-Si בהשוואה למולטי-Si.
השפעת הגברה של פרמטר תהליך על המכסה
תהליכי ייצור תאים משפיעים ישירות על הפעילות של מתחמי B-O:
·טמפרטורת סינטרה: When sintering peak temperature >850 מעלות, מימן משכבת הפסיבציה מתפזר לתוך מצע הסיליקון, בשילוב עם בורון ליצירת פגמים הפיכים. ניסויים מראים כי על כל עלייה של 50 מעלות בטמפרטורת הסינטר, שיעור הפירוק של LeTID עולה ב-0.8%.
·זיהום מתכת: זיהומי ברזל (Fe) מתאחדים עם בורון ויוצרים זוגות Fe-B, המתפרקים ל-Feⁱ ו-Bⁱ⁰ בהארה, ויוצרים מרכזי ריקומבינציה נוספים. 1 זיהום ברזל ppm יכול להגביר את פירוק LID ב-0.5%.
·פסיבית מימן לא מספקת: כאשר תכולת המימן בשכבת הפסיבציה (למשל, AlOx/SiNx) היא<1×10¹⁹ atoms/cm³, it cannot effectively passivate B-O defects. TOPCon requires 40% less hydrogen due to the absence of boron doping, improving defect regeneration efficiency.
מתאם בין מבנה התא לרגישות המכסה
מבני תאים שונים מראים הבדלים משמעותיים בתגובת LID:
·תאי PERC: שכבת הפסיבציה האחורית מגבירה את קליטת האור באורך גל-ארוך, מה שמוביל לריכוז נשא גבוה יותר ולפעילות מורכבת של B-O משופרת. המדידות מראות שהשפלה של ה-PERC LID היא פי 1.8 מזה של תאי שדה גב אלומיניום קונבנציונליים (Al-BSF).
·תאי TOPCon: כאשר עובי שכבת תחמוצת המנהרה (SiOx) נשלט ב-1.5 ננומטר, מהירות ריקומבינציה פני השטח היא<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·תאי הטרוג'נקציה (HJT).: שכבת הפסיבציה הסיליקון האמורפית מציגה פגמים נוספים, אך ניתן לתקן 90% ממצבי הממשק על ידי חישול מימן, תוך שמירה על פירוק המכסה מתחת ל-0.3%.
גורמים סביבתיים ותגובה דינמית של LID
מנגנונים של סביבה חיצונית מאיץ את המכסה:
·קרינת UV: Ultraviolet light (280-320nm) induces oxygen vacancy generation, which combines with boron to form complexes. Zhangbei demonstration data shows, in regions with annual UV irradiation >2000 קוט"ש/מ"ר, מודולי PERC חווים מכסה נוסף של 0.7%.
·טמפרטורה ולחות גבוהה: בתנאי 85 מעלות /85%RH, חדירת לחות גורמת להידרוליזה של מתחמי חמצן בורון, יצירת יונים ניידים והאצת דיפוזיה של מרכז רקומבינציה. בדיקת חום לח (1000 שעות) גרמה לשפלה של 1.2% במכסה של מודול PERC.
·מתח מכני: מתח עטיפה של מודול גורם למיקרו-סדקים בפרוסים. שיפוע ריכוז החמצן בקצות הסדקים מעוררים יצירת קומפלקס B-O מקומי. במהלך בדיקות רכיבה תרמית (-40 מעלות ~ 85 מעלות), מודולים סדוקים היו בעלי השפלת המכסה הגבוהה ב-0.9% בהשוואה למודולים שלמים.
נתונים-מודל חיזוי LID מונחה
חיזוי LID המבוסס על פיזיקה-מחייב שילוב פרמטרים מרובי-ממדים:
·משתנים מרכזיים: ריכוז בורון (B), ריכוז חמצן (O), ריכוז נשא יעיל (Δn), טמפרטורה (T).
·נוסחה אמפירית: קצב פירוק המכסה (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), כאשר Ea=0.85eV (אנרגיית הפעלה של רקומבינציה של בורון-חמצן), k הוא קבוע בולצמן.
·אימות מדידה: סטטיסטיקה על 1000 תאי PERC מציגה שגיאת חיזוי נוסחה<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
השוואת שיעורי השפלה
אור מעבדה-תנאים ונתונים של בדיקת פירוק המושרה
הליך סטנדרטי של בדיקת מכסה מעבדה:
·מינון הארה: 5 קילוואט/מ"ר (ספקטרום AM1.5G, עוצמה של 1000 ואט/מ"ר)
·בקרת טמפרטורה: טמפרטורה קבועה של 25 מעלות
·משך הבדיקה: תאורה רציפה למשך 100 שעות
שיפור טכנולוגיה
חלופות סימום בורון
בעיית שורש: תאי PERC מסוג -P סובלים מהידרדרות-בשנה הראשונה של עד 3% (נתוני מעבדה) עקב מתחמי חמצן בורון- (BO-LID).
פתרונות:
·סימום גליום (Ga).: החלף את הבור בגליום כחומר סימול, הימנעות ממסלול התגובה של BO-LID. מקדם ההפרדה של גליום (0.35) נמוך מזה של בורון (0.8), מה שמצריך התאמה של התפלגות השדה התרמי:
o טמפרטורת צמיחת גביש: 1450 מעלות ← 1520 מעלות (מפחית את הנידוף גא)
o שיפוע טמפרטורה רדיאלי:<5°C/cm (improves crystal quality)
o השפעה מדודה: פירוק המכסה ירד מ-3% ל-0.7%, אך תנודת התנגדות ±12%.
·אינדיום (אין) שיתוף-: שיתוף בורון-אינדיום-(B: ב=10:1) מפחית עוד יותר את מסיסות החמצן:
o תכולת חמצן: 10ppma → 5ppma
o אורך חיים של נושא מיעוט: 500μs → 800μs
o עליית עלות: מחיר רקיק עלה ב-$0.005/W.
תהליך חישול:
·חישול-בטמפרטורה נמוכה (LTA):
o טמפרטורה: 200 מעלות → 300 מעלות
o זמן: 10 דקות → 30 דקות
o השפעה: מפעיל פסיבית מימן, מתקן פגמי בורון-בחמצן
o נתונים: פירוק המכסה של תא PERC מופחת ב-0.5%.
שדרוג שכבת פסיביות
טכנולוגיית פסיבית פני השטח:
·מחסנית AlOx/SiNx:
o בקרת עובי: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o מהירות ריקומבינציה של פני השטח:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
אופטימיזציה של פסיביות אחורית:
·התאמת עובי SiNx:
o קונבנציונלי: 120nm → אופטימיזציה: 150nm
o אפקט: מפחית דיפוזיה של בורון לאחור, מדכא LeTID
o תוצאה: השפלה של LeTID ירדה מ-1.17% ל-0.3%.
יעילות המרה
יעילות ייצור המוני מגיעה ל-25.4%(SunPower Maxeon 7),שיא מעבדה 26.8%, מתקרב אלגבול תיאורטי של 28.7%.;
PERC עומדת בשעה23.5%. מקדם הטמפרטורה של TOPCon הוא-0.29%/מעלה, דו-פנים85%+הגדלת תפוקת האנרגיה על ידי20%, קצב השפלה<0.4% per year, שמירת חשמל ל-30 שנה87%.
גבולות תיאורטיים
גבול פיזי של PERC מונו-גבישי
לתאי PERC מונו-גבישים, המבוססים על פרוסות מסוג P-, יש מגבלת יעילות תיאורטית של 24.5% (מגבלת שוקלי-Queisser).
ערך זה נקבע על ידי פער הפס של הסיליקון (1.1 eV) והתאמת ספקטרום השמש.
בייצור המוני, סימום בורון מוביל למתחמי חמצן- של בורון (B-O) הגורמים לפירוק-מאור (LID), עם אובדן יעילות של-שנה ראשונה של 2-3%.
