Новая технология может приблизить гетеропереходные солнечные элементы на основе пластин р-типа к массовому производству
Австралийско-российская исследовательская группа разработала кремниевый гетеропереходный солнечный элемент на основе пластин p-типа, легированных галлием, с эффективностью 22,6% и повышенной стабильностью. Ученые убеждены, что эти пластины могут стать основным решением для сегмента SHJ в течение следующего десятилетия.
Группа ученых из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии и российский производитель гетеропереходных солнечных модулей Hevel Solar разработали новый процесс гидрогенизации, который, как утверждается, способен повысить стабилизированную эффективность гетероперехода р-типа (SHJ) солнечных элементов на основе кремниевых пластин, легированных галлием.
В солнечной промышленности для производства ячеек SHJ обычно используются кремниевые пластины n-типа, легированные фосфором, выращенные по Чохральскому (Cz-Si), поскольку они не подвержены светоиндуцированной деградации бора-кислорода (B-O LID), которая характерна для пластин p-типа, легированных бором, и со временем сильно ухудшает характеристики ячеек SHJ. Пластины N-типа обеспечивают большую стабильность, однако их производство в настоящее время дороже, чем пластин p-типа, которые являются основным решением для производства ячеек PERC. Это означает, что использование пластин p-типа может потенциально привести к дальнейшему снижению стоимости технологии гетероперехода, поскольку стоимость пластин по-прежнему составляет 40% от общей стоимости ячейки.
Однако для того, чтобы конкурировать с устройствами n-типа, ячейки с гетеропереходом p-типа должны продемонстрировать улучшенные характеристики. «Те же самые передовые методы гидрогенизации (AHT), которые мы используем в массовом производстве для решения проблем LID и LeTID в солнечных элементах p-типа PERC, могут быть использованы в солнечных элементах p-типа SHJ для решения проблемы B-O LID при использовании легированных бором подложек p-типа Cz», — сказал соавтор исследования Бретт Халлам в интервью «Несмотря на то, что в данной работе солнечные элементы SHJ, легированные галлием и n-типа, были стабильными и не нуждались в процессах для повышения стабильности, мы показали, что эти же процессы могут повысить эффективность солнечных элементов SHJ, легированных галлием и n-типа, на 0,4-0,7% абсолютных».
Исследовательская группа объяснила, что истечение срока действия патента Shin Etsu на легирование галлием (US6815605B1) подтолкнуло солнечную промышленность к внедрению легированных галлием Cz-Si пластин p-типа, которые она описывает как потенциальное основное решение для сегмента SHJ на ближайшее десятилетие.
Два солнечных элемента были разработаны с помощью нового усовершенствованного процесса гидрогенизации (AHP) на существующей линии SHJ компании Hevel с использованием пластин р-типа размером 156,75×156,75 мм, легированных бором (B) и галлием (Ga) соответственно. Первая продукция была предоставлена китайским производителем Longi, а вторая — тайваньским производителем пластин Sino-American Silicon (SAS). Ученые также построили стандартный прибор n-типа SHJ в качестве эталона.
Все пластины были первоначально обработаны с помощью травления опилок гидроксидом калия (KOH) и анизотропного текстурирования KOH. На задней стороне пластин были нанесены слои гидрогенизированного аморфного кремния (a-Si:H), легированного B, а на передней стороне пластин были нанесены собственные и P-легированные слои a-Si:H с помощью химического осаждения из паровой фазы с усилением плазмы (PECVD). На последнем этапе с обеих сторон были нанесены слои прозрачного проводящего оксида индия-олова (ITO) методом физического осаждения из паровой фазы.
По словам ученых, ячейка, созданная из пластин, легированных B, показала эффективность 20,5% и напряжение разомкнутой цепи 719,6 мВ, в то время как устройство, легированное Ga, имело эффективность 22,6%, коэффициент заполнения 78,2%, напряжение разомкнутой цепи 730 мВ и не деградировало во время светового воздействия. «Эффективность преобразования солнечных элементов SHJ, легированных галлием, все еще ниже, чем у эталонных элементов n-типа, что в значительной степени обусловлено снижением коэффициента заполнения (КЗ)», — подтвердила российско-австралийская группа. «Необходима дальнейшая работа для преодоления этого ограничения FF, чтобы способствовать созданию высокоэффективных солнечных элементов SHJ, легированных галлием».
«Мы продемонстрировали этот универсальный процесс с рядом производителей солнечных элементов SHJ n-типа, и для этого имеются коммерческие инструменты, которые уже внедряются в производство для промышленных солнечных ячеек SHJ n-типа», — заявил Халлам, говоря о непосредственной применимости этого процесса в промышленном производстве. «Скорее всего, нам потребуется дополнительная работа по пониманию точных требований для различных производителей солнечных элементов SHJ с различными наборами инструментов и условиями обработки».
Оценка затрат еще должна быть проведена. «Затраты будут такими же, как при использовании методов, решающих проблему LID/LeTID в ячейках p-типа PERC, и при внедрении усовершенствованных средств гидрогенизации для промышленных солнечных ячеек n-типа SHJ и TOPCon», — заявил исследователь UNSW.
По его словам, потенциальной проблемой для солнечных элементов SHJ p-типа может быть качество входящих пластин. «Но это справедливо для любой пластины, используемой для производства солнечных ячеек SHJ, независимо от того, p-типа она или n-типа», — подчеркнул он. «Даже для пластин n-типа с начальным временем жизни в несколько миллисекунд я считаю, что мы должны добавлять предварительную обработку, например, геттерирование».
Солнечный элемент и соответствующий процесс гидрогенизации представлены в статье «Исследование стабильности кремниевых гетеропереходных солнечных элементов, изготовленных с использованием кремниевых пластин, легированных галлием и бором».