Sel Suria TOPCon: Bentuk Penuh, Struktur dan Cara Ia Berfungsi

Jawapan pantas: TOPCon bermaksud Tunnel Oxide Passivated Contact. Ia adalah teknologi sel solar silikon jenis-N yang meletakkan lapisan oksida terowong ultra-nipis, sekitar 1 hingga 2 nanometer, di bawah lapisan polisilikon terdop pada permukaan belakang. Susunan itu melakukan dua perkara: ia mempasifkan permukaan belakang supaya lebih sedikit pembawa cas bergabung semula di situ, dan ia membenarkan pembawa majoriti melalui terowong sambil menyekat kekutuban bertentangan. Hasilnya ialah voltan litar terbuka yang lebih tinggi daripada PERC, dan oleh itu kecekapan yang lebih tinggi — sebab itulah TOPCon menggantikan PERC sebagai teknologi sel industri yang dominan. Yang penting bagi pengeluar, TOPCon sebahagian besarnya serasi dengan barisan pengeluaran peralatan PERC sedia ada, memerlukan terutamanya langkah tambahan resapan boron, oksida terowong dan pemendapan polisilikon. Ia juga menjadi asas kepada keluarga kontak belakang: sel IBC, TBC, HBC dan HIBC semuanya dibina atas kontak pasif TOPCon.

Pembuatan Modul PV · oleh Jerry, Ooitech

Pengenalan kepada Sel Solar TOPCon

TOPCon ialah langkah pertama dalam urutan sentuhan belakang yang lebih panjang. Bagaimana IBC, TBC, HBC dan HIBC dibina di atasnya dinyatakan dalam Peta jalan teknologi sel BC: dari struktur ke proses.

TOPCon (Tunnel Oxide Passivating Contact) adalah teknologi sel wafer N-type yang pertama kali muncul pada tahun 2013. Sel solar TOPCon adalah sel solar tunnel oxide passivated contact yang dibina pada substrat N-type.

Berbanding dengan sel PERC, sel TOPCon menggunakan lapisan oksida terowong dengan sifat pengangkutan cas yang sangat baik sebagai lapisan pengangkutan cas di bahagian belakang sel. Di atasnya, filem polisilikon terdop kira-kira 20nm didepositkan untuk membentuk struktur sentuhan pasif di bahagian belakang. Ini berkesan mengurangkan penggabungan semula permukaan dan penggabungan semula sentuhan logam, meningkatkan voltan litar terbuka, dan meningkatkan kecekapan penukaran tenaga.

TOPCon adalah teknologi sel solar tunnel oxide passivated contact berdasarkan prinsip pembawa terpilih, mencapai kesan pasif yang unggul.

Sel TOPCon menggunakan substrat N-type. Lapisan oksida nipis disediakan di bahagian belakang sel, diikuti dengan filem nipis terdop. Kedua-duanya membentuk struktur sentuhan pasif yang berkesan mengurangkan penggabungan semula permukaan dan penggabungan semula sentuhan logam, memberikan ruang yang lebih besar untuk meningkatkan kecekapan penukaran sel N-PERT.

Teknologi TOPCon mengekalkan dan menggunakan semula peralatan dan proses sel P-jenis konvensional yang sedia ada secara maksimum. Ia hanya memerlukan penambahan peralatan resapan boron dan pemendapan filem nipis, tanpa perlu membuka atau menjajarkan bahagian belakang. Ini sangat memudahkan proses pengeluaran sel dan mengekalkan kesukaran pengeluaran besar-besaran yang rendah. Talian proses menawarkan keserasian tinggi dan boleh berjalan bersama-sama dengan talian pembuatan suhu tinggi yang digunakan untuk sel dwimuka PERC dan N-PERT.

Sel TOPCon menawarkan kelebihan degradasi rendah, dwimuka tinggi, dan pekali suhu rendah, memberikan keuntungan penjanaan kuasa yang jelas di peringkat stesen kuasa terminal.

Peringkat Pembangunan Sel TOPCon

Sejarah pembangunan sel TOPCon boleh dibahagikan kepada empat peringkat: tempoh prototaip teknologi, tempoh susun atur produk, tempoh promosi komersial, dan tempoh pertumbuhan pesat.

Kelebihan Sel TOPCon

Kelebihan Prestasi

• Kecekapan penukaran tinggi. Terima kasih kepada reka bentuk sentuhan pasif unik sel TOPCon, had kecekapan teori mencapai sehingga 28.7%. Pengeluar TOPCon terkemuka telah mencapai kecekapan pengeluaran besar-besaran melebihi 25.5%, peningkatan ketara berbanding sel PERC arus perdana (kecekapan penukaran pengeluaran besar-besaran semasa sekitar 23.5%, had teori 24.5%).

• Dwimuka tinggi. Sel dwimuka TOPCon menghasilkan kira-kira 3% lebih kuasa per watt berbanding sel dwimuka PERC. Dalam senario stesen kuasa dipasang di tanah yang sama, ini memberikan keuntungan penjanaan kuasa yang lebih tinggi.

• Pekali suhu rendah. Pekali suhu modul TOPCon jenis-N adalah serendah -0.30%/℃, lebih baik daripada -0.35%/℃ modul jenis-P, menunjukkan kestabilan yang sangat baik dalam persekitaran suhu tinggi.

• Degradasi rendah. Silikon kristal jenis-N yang didop fosforus mengandungi kandungan boron yang sangat rendah, jadi pada dasarnya tiada penggabungan semula boron-oksigen, memberikan kelebihan dalam kadar degradasi. Beberapa modul TOPCon menunjukkan degradasi tahun pertama 1% dan degradasi linear tahunan 0.4%, berbanding dengan 2% tahun pertama dan 0.45% linear untuk modul PERC, membawa keuntungan penjanaan kuasa per watt sepanjang kitaran hayat modul.

• Prestasi cahaya rendah yang kuat. Sel TOPCon bertindak balas dengan baik terhadap panjang gelombang pendek dan panjang, mengekalkan keupayaan penjanaan kuasa yang sangat baik dalam keadaan cahaya rendah seperti awal pagi, petang, dan cuaca mendung.

Keuntungan Ekonomi

• Keserasian tinggi dengan pembuatan PERC, mengurangkan kesukaran peningkatan teknologi. TOPCon boleh dilanjutkan daripada teknologi proses PERC, hanya memerlukan empat langkah tambahan: menyediakan pemancar boron, menumbuhkan lapisan oksida terowong, mendeposit dan mendoping polisilikon, dan pembersihan selepas resapan. Ini mengurangkan kesukaran peningkatan dan mempercepatkan penggunaan teknologi TOPCon.

• Penukaran talian yang lancar dengan kos pelaburan peralatan yang rendah. Membina talian TOPCon baru memerlukan pelaburan peralatan kira-kira 200-250 juta, manakala talian HJT baru memerlukan 350-400 juta. Oleh kerana TOPCon menawarkan keserasian peralatan yang baik dengan talian PERC sedia ada, hanya peralatan resapan boron dan pemendapan polisilikon/silikon amorfus (LPCVD / PECVD / PVD) perlu ditambah, dengan pelaburan peralatan kira-kira 50-70 juta. Ini mengelakkan pelaburan berskala besar dalam peralatan baru dan pengubahsuaian talian utama, menjadikannya sangat ekonomik.

• Potensi premium harga yang ketara. Berbanding dengan modul PERC, modul TOPCon menawarkan penjanaan kuasa per watt yang lebih tinggi, keuntungan penjanaan yang lebih tinggi, dan kos sistem yang lebih rendah, mewujudkan ruang yang besar untuk premium harga.

Proses Pembuatan Sel TOPCon

Berbanding dengan proses PERC monohabluran, proses pengeluaran sel TOPCon menambah 2 hingga 3 langkah tambahan: mendepositkan lapisan oksida terowong (SiO2 ultra-nipis, 1-2nm), mendepositkan lapisan pasivasi polisilikon intrinsik (60-100nm), dan implantasi fosforus.

Langkah Proses Utama dan Fungsinya

1. Pembersihan dan Tekstur

Tujuan: Selepas pemotongan wafer, tepi rosak, struktur kekisi kristal pecah, dan penggabungan semula permukaan adalah teruk. Pembersihan dan tekstur terutamanya bertujuan untuk membuang kerosakan permukaan dan membentuk struktur perangkap cahaya piramid pada permukaan. Cahaya dipantulkan beberapa kali di seluruh permukaan wafer, mengurangkan pemantulan.

2. Resapan Boron

Tujuan: Fungsi utama adalah untuk membentuk simpang PN. Oleh kerana boron mempunyai keterlarutan pepejal yang rendah dalam silikon, suhu tinggi dan masa yang lebih lama diperlukan untuk resapan. Pilihan sumber resapan juga mempengaruhi pengeluaran: klorida adalah menghakis, manakala bromida adalah likat, menjadikan pembersihan rumit dan meningkatkan kos penyelenggaraan.

Resapan boron biasanya dilakukan pada suhu yang lebih tinggi—melebihi 1000℃—dan berbanding dengan kitaran 102 minit yang diperlukan untuk resapan fosforus, kitaran resapan boron mengambil masa 150 minit.

Prinsip:

HCl dan H2O gas yang dihasilkan oleh tindak balas di dalam tiub relau dibawa oleh N2 dan diedarkan secara seragam ke seluruh tiub. H2O juga bertindak balas dengan BBr3 dan O2 untuk membentuk B2O3, yang seterusnya bertindak balas untuk membentuk HBO2 gas; pada suhu tinggi HBO2 terurai kembali kepada B2O3, membolehkan B2O3 diedarkan secara seragam ke seluruh permukaan sel suria. Selain itu, H2O bertindak balas dengan B2O3 yang termendap di dalam tiub relau, menghalang pengumpulan B2O3 pada dinding tiub resapan, memanjangkan hayat komponen kuarza, dan meningkatkan sumber boron berkesan. HCl juga boleh bertindak balas dengan kekotoran logam pada permukaan sel dan di dalam tiub untuk membentuk klorida logam gas yang keluar bersama gas ekzos, menghalang kekotoran logam daripada meresap ke dalam sel suria semasa proses suhu tinggi.

3. Pendopan Laser SE

Tujuan: Untuk membentuk pemancar terpilih. Pendopan kepekatan tinggi digunakan pada dan berhampiran kawasan sentuhan antara garisan grid logam dan wafer untuk mengurangkan rintangan sentuhan antara elektrod logam hadapan dan wafer, manakala pendopan kepekatan rendah di luar kawasan elektrod mengurangkan penggabungan semula dalam lapisan resapan. Mengoptimumkan pemancar meningkatkan arus keluaran dan voltan sel suria, dengan itu meningkatkan kecekapan penukaran fotoelektrik.

Di mana laser diletakkan dalam aliran TOPCon: PERC SE menggunakan doping fosforus, manakala TOPCon SE menggunakan doping boron. Oleh kerana boron dan fosforus mempunyai pekali pengasingan yang berbeza, fosforus lebih mudah meresap dari silikon dioksida ke dalam silikon, manakala boron lebih sukar untuk dimasukkan dan memerlukan lebih banyak tenaga. Namun tenaga laser yang berlebihan mudah merosakkan wafer, menjadikan doping boron lebih mencabar. Berbanding dengan penyebaran boron tradisional, menambah teknologi SE pada sel TOPCon secara teori boleh meningkatkan kecekapan sebanyak 0.5%, dan dalam pengeluaran besar-besaran sebenar boleh mencapai peningkatan kecekapan sebanyak 0.2-0.4%.

4. Penggoresan

Tujuan: Fungsi utama penggoresan adalah untuk membuang BSG dan simpang belakang. Proses penyebaran membentuk lapisan penyebaran pada kedua-dua permukaan wafer dan tepinya; lapisan penyebaran tepi mudah menyebabkan litar pintas, dan lapisan penyebaran permukaan menjejaskan pasif seterusnya, jadi kedua-duanya mesti dibuang. Penggoresan kini terutamanya dilakukan dengan kaedah basah, membuang lapisan penyebaran belakang dan tepi dalam peralatan jenis rantai sebelum memproses bahagian hadapan.

5. Menyediakan Lapisan Oksida Terowong dan Lapisan Polisilikon

Tujuan: Mendepositkan lapisan oksida terowong setebal 1-2nm di bahagian belakang, kemudian mendepositkan lapisan polisilikon setebal 60-100nm untuk membentuk struktur pasif. Terdapat beberapa kaedah untuk menyediakan lapisan pasif TOPCon, terutamanya laluan LPCVD, PECVD, dan PVD. LPCVD kini menjadi arus perdana, tetapi pemendapan lilitan adalah teruk, manakala PECVD menawarkan potensi yang kuat dalam prestasi keseluruhan.

6. Menyediakan Filem Anti-Pantulan Belakang

Tujuan: Menyediakan filem pasif anti-pantulan di bahagian belakang sel untuk meningkatkan penyerapan cahaya. Pada masa yang sama, atom hidrogen yang dihasilkan semasa proses pembentukan filem SiNx mempasifkan wafer.

7. Pemendapan Aluminium Oksida Bahagian Hadapan

Tujuan: Mendepositkan lapisan filem aluminium oksida di bahagian hadapan wafer, yang bersama-sama dengan filem lain membentuk kesan pasif hadapan.

8. Menyediakan Filem Anti-Pantulan Hadapan

Tujuan: Filem anti-pantulan hadapan berfungsi pada dasarnya sama seperti filem belakang. Selain itu, filem aluminium oksida yang didepositkan di hadapan adalah sangat nipis dan mudah rosak semasa pembuatan sel dan modul seterusnya, jadi SiNx hadapan juga melindungi aluminium oksida.

9. Percetakan Skrin - Pemindahan Corak Laser

Pada masa ini, kebanyakan pencetakan sel masih menggunakan pencetakan skrin. Pada masa hadapan, dari segi mengurangkan penggunaan pes perak untuk sel jenis-N, Pencetakan Pemindahan Corak mungkin mempunyai kelebihan. Pemindahan laser adalah teknologi pencetakan tanpa sentuhan jenis baharu: pes yang diperlukan disalut pada bahan telus fleksibel tertentu, dan pancaran laser berkuasa tinggi melakukan pengimbasan corak berkelajuan tinggi untuk memindahkan pes dari bahan telus fleksibel ke permukaan sel, membentuk garisan grid dan menyediakan elektrod depan dan belakang.

10. Pensinteran

Sentuhan ohmik yang baik terbentuk melalui pensinteran suhu tinggi.

11. Pengasingan Automatik

Sel diasingkan ke dalam tong mengikut kecekapan penukaran yang berbeza.

Trend Pembangunan Masa Depan Sel TOPCon

Pada tahun 2023, purata kecekapan penukaran sel TOPCon jenis-N mencapai 25.0%, dan purata kecekapan penukaran sel heterojunction mencapai 25.2%, kedua-duanya menunjukkan peningkatan ketara berbanding tahun 2022.

Pada tahun 2023, barisan pengeluaran besar-besaran yang baru ditauliahkan terutamanya adalah barisan sel jenis-N. Apabila kapasiti sel jenis-N secara beransur-ansur dikeluarkan, bahagian pasaran sel PERC dimampatkan kepada 73.0%. Sel jenis-N menyumbang jumlah gabungan kira-kira 26.5%, dengan sel TOPCon jenis-N kira-kira 23.0%, sel heterojunction kira-kira 2.6%, dan sel XBC kira-kira 0.9%—semuanya peningkatan ketara berbanding tahun 2022.

Mulai tahun 2024 dan seterusnya, bahagian sel jenis-N yang diwakili oleh TOPCon akan mengatasi P-type PERC secara menyeluruh, dengan industri menjangkakan bahagian tersebut akan mencapai dan melebihi 70%.

Perspektif Ooitech

Ooitech percaya: TOPCon, teknologi sel pasif oksida terowong jenis-N yang dibina di atas barisan PERC sedia ada, memberikan kecekapan yang lebih tinggi, degradasi yang lebih rendah, dan peningkatan penjanaan kuasa yang lebih kuat, dan kini menjadi arus perdana industri suria.