تواجه وحدات PERC-البلورية الأحادية-تدهورًا نموذجيًا في العام الأول-بنسبة 3% (المتوسط المقاس 1.92%) بسبب عيوب البورون-الأكسجين (B-O) المعقدة، مما يؤدي إلى خسارة كبيرة في توليد الطاقة على مدار دورة الحياة؛
بينما N-type TOPCon، باستخدام الرقائق المطلية بالفوسفور-، يتجنب آلية BO-LID، مما يحقق التدهور في العام- الأول<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
تظهر بيانات العرض التوضيحي في Yinchuan: تحت إشعاع مكافئ، تتحلل وحدات TOPCon بنسبة أقل من 37% من وحدات PERC بعد 6000 ساعة.
تعمل طبقة أكسيد النفق الخاصة بـ TOPCon وهيكل التخميل-السيليكون المتعدد على منع إعادة تركيب السطح في نفس الوقت،مما أدى إلى انخفاض معدل التحلل الناتج عن ضوء المختبر-إلى 0.26%.
يتيح التدهور المنخفض جنبًا إلى جنب مع ميزة كفاءة التحويل بنسبة 24%-26% إمكانية تحقيق TOPConاكتساب الطاقة لمدة 3-5 سنوات يغطي قسط التكلفة الأوليفي محطات توليد الطاقة-الكبيرة الحجم، مما يؤدي إلى إعادة تشكيل منطق اختيار الوحدات ذات الكفاءة العالية-.
الأسباب
تكوين وتنشيط -مجمعات الأكسجين من البورون
الآلية الأساسية لـ LID هي تكوين مجمعات البورون-الأكسجين (B-O) تحت الإضاءة. في الرقاقات من النوع P-المطعمة بالبورون، تتحد ذرات البورون مع الأكسجين الخلالي لتكوين عيوب B-O غير المستقرة:
· حالة التكوين: Under illumination intensity >عند 1 ميجاوات/سم²، يدخل مركب أكسجين البورون- إلى الحالة النشطة (الحالة ب)، مما يتسبب في انخفاض عمر الموجة الحاملة الأقل من 1000 ميكروثانية إلى أقل من 500 ميكروثانية.
· تأثير درجة الحرارة: لكل زيادة بمقدار 10 درجات في درجة الحرارة، يزيد معدل تكوين المركب B-O 2-3 مرات. على سبيل المثال، عند 75 درجة، يكون معدل تدهور LID لوحدات PERC 4.7 أضعاف ذلك عند 25 درجة.
· اختلاف محتوى الأكسجين: يحتوي السيليكون البلوري الأحادي-، المزروع باستخدام بوتقات الكوارتز، على نسبة عالية من الأكسجين تصل إلى 10-14 جزء في المليون، بينما يحتوي السيليكون المتعدد-المتبلور الناتج عن الصب على 1-2 جزء في المليون فقط. يؤدي هذا إلى تدهور LID أعلى بمقدار 2-3 مرات في mono-Si مقارنةً بـ multi-Si.
تأثير تضخيم معلمة العملية على LID
تؤثر عمليات تصنيع الخلايا بشكل مباشر على نشاط مجمعات B-O:
·درجة حرارة التلبد: When sintering peak temperature >عند درجة حرارة 850 درجة، ينتشر الهيدروجين من طبقة التخميل إلى ركيزة السيليكون، ويتحد مع البورون لتكوين عيوب قابلة للعكس. أظهرت التجارب أنه مقابل كل زيادة بمقدار 50 درجة في درجة حرارة التلبيد، يزيد معدل تحلل LeTID بنسبة 0.8%.
·التلوث المعدني: تتحد شوائب الحديد (Fe) مع البورون لتكوين أزواج Fe-B، والتي تتحلل إلى Feⁱ وBⁱ⁰ تحت الإضاءة، مما يؤدي إلى إنشاء مراكز إعادة تركيب إضافية. 1 جزء في المليون يمكن أن يؤدي التلوث بالحديد إلى زيادة تدهور LID بنسبة 0.5%.
·عدم كفاية التخميل الهيدروجين: عندما يكون محتوى الهيدروجين في طبقة التخميل (على سبيل المثال، AlOx/SiNx).<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.
العلاقة بين بنية الخلية وحساسية LID
تظهر هياكل الخلايا المختلفة اختلافات كبيرة في استجابة LID:
·خلايا PERC: تزيد طبقة التخميل الخلفية من امتصاص الضوء ذو الطول الموجي الطويل-، مما يؤدي إلى تركيز أعلى للموجة الحاملة ونشاط معقد B-O معزز. تظهر القياسات أن تحلل PERC LID يبلغ 1.8 مرة ضعف خلايا مجال السطح الخلفي التقليدية المصنوعة من الألومنيوم (Al-BSF).
·خلايا توبكون: عندما يتم التحكم في سمك طبقة أكسيد النفق (SiOx) عند 1.5 نانومتر، تكون سرعة إعادة التركيب السطحي<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·خلايا غير متجانسة (HJT).: تقدم طبقة التخميل المصنوعة من السيليكون غير المتبلور عيوبًا إضافية، ولكن يمكن إصلاح 90% من حالات الواجهة عن طريق التلدين بالهيدروجين، مما يحافظ على تدهور LID أقل من 0.3%.
العوامل البيئية والاستجابة الديناميكية لـ LID
آليات البيئة الخارجية لتسريع LID:
·الأشعة فوق البنفسجية: 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 >تتمتع وحدات PERC بقدرة 2000 كيلووات في الساعة/م2 بغطاء إضافي بنسبة 0.7%.
·ارتفاع درجة الحرارة والرطوبة: تحت ظروف 85 درجة / 85% رطوبة نسبية، يؤدي اختراق الرطوبة إلى التحلل المائي لمجمعات الأكسجين البورون -، مما يؤدي إلى توليد أيونات متحركة وتسريع انتشار مركز إعادة التركيب. تسبب اختبار الحرارة الرطبة (1000 ساعة) في تدهور LID لوحدة PERC بنسبة 1.2%.
·الإجهاد الميكانيكي: يؤدي إجهاد تغليف الوحدة النمطية إلى حدوث -شقوق صغيرة في الرقاقات. تؤدي تدرجات تركيز الأكسجين عند أطراف الشقوق إلى تكوين مركب B-O المحلي. أثناء اختبارات التدوير الحراري (-40 درجة ~ 85 درجة)، شهدت الوحدات المتشققة تدهورًا أعلى في LID بنسبة 0.9% مقارنة بالوحدات السليمة.
البيانات-نموذج التنبؤ LID الموجه
يتطلب توقع LID-المستند إلى الفيزياء دمج معلمات متعددة-الأبعاد:
·المتغيرات الرئيسية: تركيز البورون (B)، تركيز الأكسجين (O)، تركيز الناقل الفعال (Δn)، درجة الحرارة (T).
·الصيغة التجريبية: معدل تحلل LID (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)))، حيث Ea=0.85eV (طاقة التنشيط لإعادة تركيب البورون-الأكسجين)، k هو ثابت بولتزمان.
·التحقق من القياس: تظهر إحصائيات 1000 خلية PERC خطأ في تنبؤ الصيغة<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
مقارنة معدل التدهور
ضوء المختبر-ظروف وبيانات اختبار التحلل المستحث
إجراءات الاختبار المعملي الموحد لـ LID:
·جرعة الإضاءة: 5 كيلووات ساعة/م² (الطيف AM1.5G، كثافة 1000 وات/م²)
·التحكم في درجة الحرارة: درجة حرارة ثابتة 25 درجة
·مدة الاختبار: إضاءة مستمرة لمدة 100 ساعة
تحسين التكنولوجيا
بدائل منشطات البورون
مشكلة الجذر: تعاني خلايا PERC من النوع P- من التحلل في العام الأول- بنسبة تصل إلى 3% (بيانات المختبر) بسبب مجمعات البورون- والأكسجين (BO-LID).
الحلول:
·تعاطي الغاليوم (Ga).: استبدل البورون بالجاليوم كمادة إشابة، مع تجنب مسار تفاعل BO-LID. معامل عزل الغاليوم (0.35) أقل من معامل عزل البورون (0.8)، مما يتطلب تعديل توزيع المجال الحراري:
o درجة حرارة نمو البلورة: 1450 درجة → 1520 درجة (يقلل من تطاير الجا)
o التدرج الحراري الشعاعي:<5°C/cm (improves crystal quality)
o التأثير المُقاس: تم تقليل تدهور LID من 3% إلى 0.7%، لكن تقلب المقاومة ±12%.
·الإنديوم (في) كو-المنشطات: تطعيم البورون-الإنديوم المشترك-(B: في=10:1) يقلل بشكل أكبر من قابلية ذوبان الأكسجين:
o محتوى الأكسجين: 10 جزء في المليون → 5 جزء في المليون
o عمر حامل الأقلية: 500μs → 800μs
o زيادة التكلفة: ارتفع سعر الرقاقة بمقدار 0.005 دولار أمريكي/واط.
عملية التلدين:
·التلدين بدرجة حرارة منخفضة (LTA):
س درجة الحرارة: 200 درجة → 300 درجة
o الوقت: 10 دقائق → 30 دقيقة
o التأثير: ينشط تخميل الهيدروجين، ويصلح عيوب البورون-والأكسجين
o البيانات: تم تقليل تدهور LID لخلايا PERC بنسبة 0.5%.
ترقية طبقة التخميل
تكنولوجيا التخميل السطحي:
·مكدس AlOx/SiNx:
التحكم في السُمك: AlOx 3nm + SiNx 80nm
س سرعة إعادة التركيب السطحي:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
تحسين التخميل الخلفي:
·تعديل سمك SiNx:
o التقليدية: 120 نانومتر → الأمثل: 150 نانومتر
o التأثير: يقلل من انتشار البورون في الخلف، ويمنع LeTID
o النتيجة: انخفاض تدهور LeTID من 1.17% إلى 0.3%.
كفاءة التحويل
تصل كفاءة الإنتاج الضخم إلى 25.4%(صن باور ماكسيون 7)،سجل المختبر 26.8%، يقترب من28.7% الحد النظري;
PERC راكدة عند23.5%. معامل درجة الحرارة TOPCon هو-0.29%/ درجة، ثنائية الوجه85%+زيادة إنتاج الطاقة بنسبة20%، معدل التدهور<0.4% per year، احتفاظ بالطاقة لمدة 30 عامًا87%.
الحدود النظرية
الحدود المادية لـ-البلورة الأحادية PERC
تتمتع خلايا PERC البلورية الأحادية-، المستندة إلى شرائح من النوع P-، بحد كفاءة نظري يبلغ 24.5% (Shockley-حد Queisser).
يتم تحديد هذه القيمة من خلال فجوة نطاق السيليكون (1.1 فولت) وتطابق الطيف الشمسي.
في الإنتاج الضخم، يؤدي تطعيم البورون إلى تكوين مركبات أكسجين البورون-(B-O) التي تسبب التحلل الناجم عن الضوء-(LID)، مع فقدان الكفاءة في العام الأول-بنسبة 2-3%.
