Моно-кристалічні модулі PERC зазнають типової деградації за перший-рік 3% (заміряно в середньому 1,92%) через дефекти комплексу бор-кисень (B-O), що призводить до значних втрат вироблення електроенергії протягом життєвого циклу;
у той час як N-тип TOPCon використовує пластини,-леговані фосфором, уникає механізму BO-LID, досягаючи першого-року деградації<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Демонстраційні дані Іньчуань показують: під еквівалентним опроміненням модулі TOPCon розкладаються менше ніж на 37% модулів PERC через 6000 годин.
Тунельний оксидний шар TOPCon і структура пасивації полі-кремнію одночасно пригнічують поверхневу рекомбінацію,внаслідок чого рівень деградації-під впливом лабораторного світла становить лише 0,26%.
Нижча деградація в поєднанні з перевагою ефективності перетворення 24%-26% дозволяє досягти TOPConПриріст потужності на 3-5 років покриває премію початкових витратна великих-електростанціях, змінюючи логіку вибору-модуля високої ефективності.
причини
Утворення та активація бор-кисневих комплексів
Основним механізмом LID є утворення бор-кисневих комплексів (B-O) під час освітлення. У пластинах типу P-, легованих бором, атоми бору поєднуються з міжвузловим киснем, утворюючи нестабільні дефекти B-O:
· Умова формування: Under illumination intensity >1 мВт/см², бор-кисневий комплекс переходить в активний стан (стан B), унаслідок чого тривалість життя неосновних носіїв скорочується з 1000 мкс до нижче 500 мкс.
· Температурний вплив: З кожним підвищенням температури на 10 градусів швидкість утворення комплексу B-O зростає у 2-3 рази. Наприклад, при 75 градусах швидкість деградації LID для модулів PERC в 4,7 рази в порівнянні з 25 градусами.
· Різниця вмісту кисню: Моно-кристалічний кремній, вирощений у кварцових тиглях, має високий вміст кисню 10-14 ppma, тоді як мульти-кристалічний кремній із лиття має лише 1-2 ppma. Це призводить до 2-3 разів більшої деградації LID у моно-Si порівняно з мульти-Si.
Вплив посилення параметрів процесу на LID
Процеси виробництва клітин безпосередньо впливають на активність комплексів B-O:
·Температура спікання: When sintering peak temperature >850 градусів, водень із шару пасивації дифундує в кремнієву підкладку, поєднуючись із бором, утворюючи оборотні дефекти. Експерименти показують, що з кожним збільшенням температури спікання на 50 градусів швидкість деградації LeTID збільшується на 0,8%.
·Забруднення металом: Домішки заліза (Fe) поєднуються з бором, утворюючи пари Fe-B, які розкладаються на Feⁱ і Bⁱ⁰ під дією освітлення, утворюючи додаткові центри рекомбінації. 1 ppm заліза може збільшити деградацію LID на 0,5%.
·Недостатня пасивація водню: Коли вміст водню в шарі пасивації (наприклад, AlOx/SiNx) є<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.
Кореляція між структурою клітини та чутливістю LID
Різні клітинні структури демонструють значні відмінності у відповіді LID:
·Клітини PERC: Задній пасивуючий шар збільшує довго{0}}поглинання світла, що призводить до вищої концентрації носіїв і посилення активності B-O комплексу. Вимірювання показують, що деградація PERC LID в 1,8 рази більша, ніж у звичайних алюмінієвих елементах із задньою поверхнею (Al-BSF).
·Клітини TOPCon: Коли товщина тунельного оксидного шару (SiOx) контролюється на рівні 1,5 нм, швидкість поверхневої рекомбінації становить<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Клітини гетеропереходу (HJT).: Шар пасивації аморфного кремнію вносить додаткові дефекти, але 90% станів розділу можна виправити за допомогою водневого відпалу, утримуючи деградацію LID нижче 0,3%.
Фактори навколишнього середовища та динамічний відгук LID
Механізми зовнішнього середовища, що прискорюють LID:
·УФ-випромінювання: 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 кВт-год/м², модулі PERC мають додаткові 0,7% LID.
·Висока температура і вологість: За умов 85 градусів/85% відносної вологості проникнення вологи спричиняє гідроліз бор-кисневих комплексів, утворюючи рухомі іони та прискорюючи дифузію центру рекомбінації. Випробування вологим нагріванням (1000 годин) спричинило погіршення LID модуля PERC на 1,2%.
·Механічний стрес: Напруга інкапсуляції модуля спричиняє мікро-тріщини в пластинах. Градієнти концентрації кисню на вершинах тріщин викликають локальне утворення комплексу B-O. Під час термоциклічних випробувань (-40 градусів ~ 85 градусів) розбиті модулі мали на 0,9% вищу деградацію кришки, ніж непошкоджені модулі.
Модель-прогнозування LID на основі даних
Прогноз-на основі фізики LID потребує інтеграції багатовимірних-параметрів:
·Ключові змінні: концентрація бору (B), концентрація кисню (O), ефективна концентрація носія (Δn), температура (T).
·Емпірична формула: Швидкість деградації LID (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), де Ea=0.85еВ (енергія активації рекомбінації бору-кисню), k — стала Больцмана.
·Перевірка вимірювання: Статистика 1000 клітинок PERC показує помилку передбачення формули<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Порівняння швидкості деградації
Умови та дані випробувань-на деградацію, викликану лабораторним світлом
Стандартизована процедура лабораторного тестування LID:
·Доза освітлення: 5 кВт·год/м² (спектр AM1,5G, інтенсивність 1000 Вт/м²)
·Контроль температури: постійна температура 25 градусів
·Тривалість тесту: Безперервне освітлення протягом 100 годин
Удосконалення технології
Альтернативи борного допінгу
Коренева проблема: Клітини PERC типу P-зазнають деградації протягом-року до 3% (лабораторні дані) через комплекси бору-кисню (BO-LID).
Рішення:
·Легування галієм (Ga).: замініть бор галієм як допантом, уникаючи шляху реакції BO-LID. Коефіцієнт сегрегації галію (0,35) нижчий, ніж бору (0,8), що вимагає коригування розподілу теплового поля:
o Температура росту кристалів: 1450 градусів → 1520 градусів (зменшує випаровування Ga)
o Радіальний градієнт температури:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Виміряний ефект: деградація LID зменшилася з 3% до 0,7%, але коливання питомого опору ±12%.
·Ко-допування індієм (In).: доп-індію -бором (B: In=10:1) додатково зменшує розчинність кисню:
o Вміст кисню: 10 ppma → 5 ppma
o Тривалість життя неосновного носія: 500 мкс → 800 мкс
o Збільшення вартості: ціна пластини зросла на $0,005/W.
Процес відпалу:
·Низькотемпературний-відпал (LTA):
o Температура: 200 градусів → 300 градусів
o Час: 10 хвилин → 30 хвилин
o Ефект: активує пасивацію водню, усуває дефекти бору-кисню
o Дані: деградація LID клітини PERC зменшилася на 0,5%.
Оновлення рівня пасивації
Технологія пасивації поверхні:
·Стек AlOx/SiNx:
o Контроль товщини: AlOx 3 нм + SiNx 80 нм
o Швидкість поверхневої рекомбінації:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Оптимізація задньої пасивації:
·Регулювання товщини SiNx:
o Звичайний: 120 нм → Оптимізований: 150 нм
o Ефект: Зменшує дифузію бору назад, пригнічує LeTID
o Результат: деградація LeTID зменшилася з 1,17% до 0,3%.
Ефективність перетворення
Ефективність масового виробництва досягає 25,4%(SunPower Maxeon 7),лабораторний запис 26,8%, наближаючись до28,7% теоретична межа;
PERC стагнує на23.5%. Температурний коефіцієнт TOPCon становить-0,29%/ градус, двосторонність85%+збільшення виходу енергії за рахунок20%, швидкість деградації<0.4% per year, 30-річне збереження потужності87%.
Теоретичні межі
Фізична межа моно-кристалічного PERC
Моно-кристалічні елементи PERC на основі пластин типу P- мають теоретичну межу ефективності 24,5% (межа Шоклі-Квіссера).
Це значення визначається шириною забороненої зони кремнію (1,1 еВ) і збігом сонячного спектру.
У масовому виробництві допування бором призводить до утворення бор-кисневих комплексів (B-O), що спричиняє світло-деградацію (LID), із втратою-ефективності протягом першого-року 2-3%.
