Нова технологія може наблизити гетеропереходні сонячні елементи на основі пластин р-типу до масового виробництва
Австралійсько-російська дослідницька група розробила кремнієвий гетеропереходний сонячний елемент на основі пластин p-типу, легованих галієм, з ефективністю 22,6% і підвищеною стабільністю. Вчені переконані, що ці пластини можуть стати основним рішенням для сегмента SHJ протягом наступного десятиліття.
Група вчених з Університету Нового Південного Уельсу (UNSW) в Австралії і російський виробник гетеропереходних сонячних модулів Hevel Solar розробили новий процес гідрогенізації, який, як стверджується, здатний підвищити стабілізовану ефективність гетероперехода р-типу (SHJ) сонячних елементів на основі кремнієвих пластин, легованих галієм .
У сонячній промисловості для виробництва осередків SHJ зазвичай використовуються кремнієві пластини n-типу, леговані фосфором, вирощені по Чохральскому (Cz-Si), оскільки вони не схильні до світлоіндуційованої деградації бору-кисню (BO LID), яка характерна для пластин p-типу, легованих бором, і з часом сильно погіршує характеристики осередків SHJ. Пластини N-типу забезпечують більшу стабільність, проте їх виробництво в даний час дорожче, ніж пластин p-типу, які є основним рішенням для виробництва осередків PERC. Це означає, що використання пластин p-типу може потенційно привести до подальшого зниження вартості технології гетероперехода, оскільки вартість пластин як і раніше становить 40% від загальної вартості осередка.
Однак для того, щоб конкурувати з пристроями n-типу, осередки з гетеропереходів p-типу повинні продемонструвати вдосконалені робочі характеристики. “Ті ж самі передові методи гідрогенізації (AHT), які ми використовуємо в масовому виробництві для вирішення проблем LID і LeTID в сонячних елементах p-типу PERC, можуть бути використані в сонячних елементах p-типу SHJ для вирішення проблеми BO LID при використанні легованих бором підкладок p-типу Cz “, – сказав співавтор дослідження Бретт Халлам в інтерв’ю” Незважаючи на те, що в даній роботі сонячні елементи SHJ, леговані галієм і n-типу, були стабільними і не потребували процесах для підвищення стабільності, ми показали, що ці ж процеси можуть підвищити ефективність сонячних елементів SHJ, легованих галієм і n-типу, на 0,4-0,7% абсолютних “.
Дослідницька група пояснила, що закінчення строку дії патенту Shin Etsu на легування галієм (US6815605B1) підштовхнуло сонячну промисловість до впровадження легованих галієм Cz-Si пластин p-типу, які вона описує як потенційне основне рішення для сегмента SHJ на найближче десятиліття.
Два сонячних елемента були розроблені за допомогою нового удосконаленого процесу гідрогенізації (AHP) на існуючій лінії SHJ компанії Hevel з використанням пластин р-типу розміром 156,75×156,75 мм, легованих бором (B) і галієм (Ga) відповідно. Перша продукція була надана китайським виробником Longi, а друга – тайванським виробником пластин Sino-American Silicon (SAS). Вчені також побудували стандартний прилад n-типу SHJ як еталон.
Всі пластини були спочатку оброблені за допомогою травлення тирси гідроксидом калію (KOH) і анізотропного текстурирования KOH. На задній стороні пластин були нанесені шари гидрогенизированного аморфного кремнію (a-Si: H), легованого B, а на передній стороні пластин були нанесені власні і P-леговані шари a-Si: H з допомогою хімічного осадження з парової фази з посиленням плазми ( PECVD). На останньому етапі з обох сторін були нанесені шари прозорого проводить оксиду індію-олова (ITO) методом фізичного осадження з парової фази.
За словами вчених, осередок, створений з пластин, легованих B, показав ефективність 20,5% і напруга розімкнутого ланцюга 719,6 мВ, в той час як пристрій, леговане Ga, мало ефективність 22,6%, коефіцієнт заповнення 78,2% , напруга розімкнутого ланцюга 730 мВ і не деградувало під час світлового впливу. “Ефективність перетворення сонячних елементів SHJ, легованих галієм, все ще нижче, ніж у еталонних елементів n-типу, що в значній мірі обумовлено зниженням коефіцієнта заповнення (КЗ)”, – підтвердила російсько-австралійська група. “Необхідна подальша робота для подолання цього обмеження FF, щоб сприяти створенню високоефективних сонячних елементів SHJ, легованих галієм”.
“Ми продемонстрували цей універсальний процес з низкою виробників сонячних елементів SHJ n-типу, і для цього є комерційні інструменти, які вже впроваджуються у виробництво для промислових сонячних елементів SHJ n-типу”, – заявив Халлам, кажучи про безпосередній застосовності цього процесу в промисловому виробництві. “Швидше за все, нам потрібна додаткова робота по розумінню точних вимог для різних виробників сонячних елементів SHJ з різними наборами інструментів і умовами обробки”.
Оцінка витрат ще повинна бути проведена. “Витрати будуть такими ж, як при використанні методів, що вирішують проблему LID / LeTID в осередках p-типу PERC, і при впровадженні удосконалених засобів гідрогенізації для промислових сонячних елементів n-типу SHJ і TOPCon”, – заявив дослідник UNSW.
За його словами, потенційною проблемою для сонячних елементів SHJ p-типу може бути якість вхідних пластин. “Але це справедливо для будь-якої пластини, використовуваної для виробництва сонячних елементів SHJ, незалежно від того, p-типу вона або n-типу”, – підкреслив він. “Навіть для пластин n-типу з початковим часом життя в кілька мілісекунд я вважаю, що ми повинні додавати попередню обробку, наприклад, гетерування”.
Сонячний елемент і відповідний процес гідрогенізації представлені в статті “Дослідження стабільності кремнієвих гетеропереходних сонячних елементів, виготовлених з використанням кремнієвих пластин, легованих галієм і бором”.