Pengenalan

Teknologi fotovoltaik suria telah berkembang pesat dalam dekad yang lalu, dengan beberapa seni bina sel yang bersaing mendorong kecekapan ke tahap yang lebih tinggi. Artikel ini membincangkan prinsip kerja asas sel suria, kemudian menguraikan tiga teknologi generasi akan datang utama yang membentuk industri hari ini, dan diakhiri dengan melihat kawalan kualiti dalam pengeluaran sel.

Bagaimana Sel PV Suria Berfungsi

Sel suria menukar cahaya kepada elektrik, tetapi tidak semua foton yang masuk menyumbang secara sama rata. Memahami di mana tenaga hilang adalah langkah pertama untuk membina sel yang lebih baik.

• Foton dengan tenaga di bawah jurang jalur tidak diserap dan hanya melalui sel.

• Foton dengan tenaga di atas jurang jalur diserap dan menghasilkan pasangan elektron-lubang, tetapi tenaga lebihan foton bertenaga tinggi sebahagiannya hilang sebagai haba.

• Pemisahan cas dan pengangkutan pembawa yang dihasilkan mengalami kerugian pada simpang pn.

• Kerugian penggabungan semula berlaku semasa pengangkutan pembawa.

• Rintangan sentuhan menyebabkan penurunan voltan, menyebabkan kerugian voltan sentuhan.

Mengurangkan Kerugian Elektrik

• Pilih wafer dengan struktur kristal yang baik dan jenis yang betul.

• Bangunkan teknik pembentukan simpang pn yang ideal.

• Bangunkan teknik pasif yang ideal.

• Guna pakai teknik sentuhan logam yang munasabah.

• Guna pakai teknologi medan permukaan depan dan belakang yang cemerlang.

Mengurangkan Kerugian Optik

Untuk mengurangkan kehilangan optik dan meningkatkan kecekapan sel, industri telah membangunkan pelbagai pendekatan dan teknologi penangkapan cahaya. Ini termasuk tekstur permukaan wafer untuk mengurangkan pantulan, salutan anti-pantulan permukaan hadapan, salutan pemantul permukaan belakang, dan meminimumkan kawasan teduhan garisan grid.

TOPCon

TOPCon, juga dikenali sebagai teknologi sentuhan pasif, secara meluas dianggap sebagai teknologi sel solar generasi akan datang selepas PERC. Berbanding dengan teknologi baharu yang berpotensi lain seperti HJT dan IBC, TOPCon boleh dinaik taraf secara langsung daripada talian PERC atau PERT sedia ada. Oleh itu, pengeluar yang ingin menaik taraf talian pengeluaran sedia ada mereka memerlukan pelaburan modal yang agak rendah, sambil masih mencapai peningkatan kecekapan yang kukuh sekitar 1%.

Bahagian hadapan sel TOPCon pada asasnya sama dengan sel N-jenis atau N-PERT konvensional, yang terdiri daripada pemancar boron (p+), lapisan pasif, dan lapisan anti-pantulan. Teknologi teras terletak pada sentuhan pasif belakang: bahagian belakang wafer membawa lapisan oksida ultra-nipis (1–2 nm) ditambah dengan filem nipis silikon bercampur mikro/amorf yang didop fosforus. Untuk aplikasi dwimuka, metalisasi dilakukan dengan mencetak skrin grid Ag atau Ag-Al di hadapan dan grid Ag di belakang.

Kenalan Pasif Oksida Terowong

Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon) telah menarik perhatian yang ketara baru-baru ini kerana ia mencapai kecekapan penukaran yang tinggi iaitu 25.7%. Struktur TOPCon terdiri daripada oksida terowong nipis dan lapisan sentuhan polisilikon yang didop fosforus (P). Lapisan polisilikon yang didop P boleh dihasilkan dengan menghablurkan a-Si:H atau dengan terus mendeposit polisilikon menggunakan LPCVD. TOPCon menonjol sebagai calon yang menjanjikan dalam kalangan teknologi sel solar berkecekapan tinggi.

HJT Heterojunction

Teknologi heterojunction (HJT) adalah kaedah pembuatan panel solar yang telah meningkat sejak sedekad yang lalu. Ia kini merupakan salah satu proses yang paling berkesan untuk meningkatkan kecekapan dan output kuasa ke tahap yang tinggi, malah mengatasi prestasi teknologi PERC arus perdana industri. Sel HJT menggabungkan dua teknologi berbeza menjadi satu: silikon kristal dan filem nipis amorf. Menggunakan teknologi ini bersama-sama menghasilkan lebih banyak tenaga daripada menggunakan salah satu sahaja, mencapai kecekapan 25% atau lebih tinggi.

Struktur Sel HJT

Menggunakan wafer monohabluran sebagai substrat, filem a-Si:H intrinsik setebal 5–10 nm dan kemudian filem a-Si:H jenis-p didepositkan secara berurutan pada bahagian depan wafer yang telah dibersihkan dan ditekstur, membentuk simpang-pn hetero. Di bahagian belakang wafer, filem intrinsik setebal 5–10 nm dan filem a-Si:H jenis-n didepositkan untuk membentuk medan permukaan belakang. Filem oksida konduktif lutsinar kemudian didepositkan, dan akhirnya percetakan skrin mencipta elektrod pengumpul logam di atas kedua-dua belah, membina sel solar HJT simetri.

Kelebihan Sel HJT

• Fleksibiliti dan kebolehsuaian — Teknologi ini dibangunkan untuk keupayaan pengeluaran yang sangat baik walaupun dalam keadaan cuaca yang melampau. Panel HJT mempunyai pekali suhu yang lebih rendah daripada panel konvensional, memastikan prestasi tinggi pada suhu luaran yang tinggi.

• Jangka hayat yang dijangkakan — Secara purata, modul PV filem nipis boleh bertahan sehingga 25 tahun, manakala sel HJT boleh terus beroperasi secara normal selama lebih daripada 30 tahun.

• Kecekapan yang lebih tinggi — Kebanyakan panel simpang hetero di pasaran hari ini mempunyai kecekapan antara 19.9% dan 21.7%, peningkatan yang besar berbanding sel monohabluran konvensional yang lain.

• Penjimatan kos — Silikon amorfus yang digunakan dalam panel HJT adalah teknologi PV yang kos efektif. Berbanding dengan teknologi lain, pendekatan solar filem nipis ini memerlukan masa pembuatan yang lebih pendek. Terima kasih kepada prosesnya yang dipermudahkan, HJT lebih berpatutan daripada penyelesaian alternatif.

Perovskit

Pada tahun 2009, bahan perovskit pertama kali digunakan untuk mencapai kecekapan fotovoltaik sebanyak 4%. Menjelang tahun 2021, sel solar perovskit simpang tunggal (PSC) mencapai kecekapan 25.5%. Peningkatan pesat sel perovskit telah menjadikannya bintang yang semakin meningkat dalam bidang PV dan mencetuskan minat yang besar dalam bidang akademik. Oleh kerana kaedah operasinya masih agak baru, terdapat banyak peluang untuk mengkaji lebih lanjut fizik dan kimia asas perovskit.

Struktur Sel Perovskit

Kebanyakan struktur sel solar perovskit termaju adalah berdasarkan lima komponen: oksida konduktif lutsinar, lapisan pengangkutan elektron (ETL), perovskit, lapisan pengangkutan lubang (HTL), dan elektrod logam. Memahami dan mengoptimumkan tahap tenaga dan interaksi bahan yang berbeza pada antara muka ini adalah bidang penyelidikan yang sangat menarik yang masih dalam perbincangan aktif.

CaTiO3

Perovskite adalah nama mineral, ditemui pada tahun 1839 oleh Rose dalam batuan mineral Pergunungan Ural dan dinamakan sempena ahli geologi Rusia Perovski. Bahan perovskite cenderung mempunyai kebarangkalian penggabungan semula pembawa yang rendah dan mobiliti pembawa yang tinggi, menjadikannya bahan yang ideal untuk sel solar.

Kaedah Pembentukan Filem Perovskite

Kunci untuk meningkatkan kecekapan penukaran kuasa sel solar perovskite terletak pada mengoptimumkan morfologi filem. Kaedah pembentukan filem yang biasa digunakan di makmal adalah pemendapan proses satu langkah atau dua langkah. Untuk memenuhi permintaan filem perovskite yang luas dan kos rendah, peralatan pemprosesan seperti salutan slot-die, percetakan, dan semburan juga digunakan untuk fabrikasi sel solar perovskite.

Masa Depan Perovskite

Penyelidikan masa depan mengenai perovskite mungkin akan memberi tumpuan kepada mengurangkan penggabungan semula melalui strategi seperti pasivasi dan pengurangan kecacatan, serta meningkatkan kecekapan dengan menggabungkan perovskite dua dimensi dan bahan antara muka yang lebih dioptimumkan. Lapisan pengekstrakan cas mungkin beralih daripada bahan organik kepada bukan organik untuk meningkatkan kecekapan dan kestabilan. Meningkatkan kestabilan dan mengurangkan kesan alam sekitar kekal sebagai bidang penting.

Kawalan Kualiti dalam Pengeluaran Sel PV Suria

Sel PV silikon kristal adalah sel yang paling biasa dalam panel solar komersial, merangkumi lebih daripada 90% jualan pasaran sel PV global.

Di makmal, kecekapan penukaran tenaga sel silikon kristal melebihi 25% untuk sel monohablur dan mencapai 20% atau lebih untuk sel polihablur. Walau bagaimanapun, modul solar yang dihasilkan secara industri hanya mencapai kecekapan 18%–22% di bawah keadaan ujian standard.

Pembersihan dan Tekstur

Etching mengeluarkan lapisan kerosakan permukaan dan mentekstur permukaan untuk membentuk struktur bertekstur yang memerangkap cahaya dan mengurangkan kehilangan pantulan. Mengukur pemantulan permukaan bertekstur adalah cara penting untuk memantau proses tekstur.

Pembentukan Simpang Resapan dan Pengasingan Tepi

Resapan terma dan kaedah serupa membentuk lapisan resapan dengan jenis kekonduksian yang berbeza pada wafer, mewujudkan simpang pn. Jenis sel yang berbeza mendepositkan lapisan pasivasi dengan ketebalan tertentu di antara simpang pn dan wafer untuk mendapatkan sel solar filem nipis yang lebih cekap. Proses ini terutamanya memantau jangka hayat pembawa minoriti, ketebalan wafer, dan indeks biasan.

Pemendapan Salutan Anti-Pantulan

Untuk meningkatkan lagi penyerapan cahaya, filem anti-pantulan digunakan pada permukaan wafer. Pada masa ini, industri menggunakan pemendapan wap kimia dipertingkatkan plasma (PECVD) untuk mendepositkan filem nipis pada wafer, yang pada masa yang sama bertindak sebagai lapisan pasivasi. Pada peringkat ini, ukuran utama adalah transmisi filem anti-pantulan dan keseragaman rintangan lembaran.

Pembuatan Elektrod

Elektrod garisan grid dicetak skrin pada bahagian hadapan sel, manakala medan permukaan belakang dan elektrod belakang dicetak pada bahagian belakang, diikuti dengan pengeringan dan pensinteran. Semasa proses ini, kawalan suhu, ketepatan penjajaran, dan nisbah tinggi-ke-lebar garisan grid adalah petunjuk pemantauan yang tidak boleh diabaikan.

Pandangan Ooitech

ooitech percaya: TOPCon, HJT, dan perovskite masing-masing mendorong kecekapan sel solar ke hadapan dengan cara mereka sendiri, dan kawalan kualiti pengeluaran yang ketat adalah apa yang akhirnya mengubah teknologi ini menjadi modul yang boleh dipercayai dan berprestasi tinggi.