Үш негізгі PV ұяшық технологиясын түсіну: TOPCon, HJT және Перовскит
Мазмұны
Кіріспе
Күн фотоэлектрлік технологиясы соңғы онжылдықта тез дамыды, бірнеше бәсекелес элемент архитектуралары тиімділікті жаңа биіктерге көтерді. Бұл мақала күн элементтерінің негізгі жұмыс принциптерін қарастырады, содан кейін бүгінгі таңда саланы қалыптастыратын үш негізгі жаңа буын технологиясын талдайды және элемент өндірісіндегі сапаны бақылауға шолу жасайды.
Күн PV элементтері қалай жұмыс істейді
Күн элементі жарықты электр энергиясына айналдырады, бірақ барлық келетін фотондар бірдей үлес қоспайды. Энергияның қай жерде жоғалатынын түсіну - жақсы элементтерді құрудың алғашқы қадамы.
Энергиясы тыйым салынған аймақтан төмен фотондар жұтылмайды және жай ғана элемент арқылы өтеді.
Энергиясы тыйым салынған аймақтан жоғары фотондар жұтылып, электрон-тесік жұптарын тудырады, бірақ жоғары энергиялы фотондардың артық энергиясы ішінара жылу ретінде жоғалады.
Зарядты бөлу және пайда болған тасымалдаушыларды тасымалдау pn өткелінде шығындарға ұшырайды.
Тасымалдаушыларды тасымалдау кезінде рекомбинациялық шығындар орын алады.
Контакт кедергісі кернеудің төмендеуіне әкеледі, контакт кернеуінің жоғалуына себеп болады.
Электр шығындарын азайту
Жақсы кристалдық құрылымы және дұрыс түрі бар пластиналарды таңдаңыз.
Идеал pn өткелін қалыптастыру әдістерін әзірлеңіз.
Идеал пассивация әдістерін әзірлеңіз.
Орынды металл контакт әдістерін қолданыңыз.
Тамаша алдыңғы бет және артқы бет өріс технологияларын қолданыңыз.
Оптикалық шығындарды азайту
Оптикалық шығындарды азайту және элементтің тиімділігін арттыру үшін өнеркәсіп жарықты ұстаудың бірқатар тәсілдері мен технологияларын әзірледі. Оларға шағылысуды азайту үшін пластина бетін текстуралау, алдыңғы бетке шағылысуға қарсы жабындар, артқы бетке шағылыстыратын жабындар және тор сызықтарының көлеңкелеу аймағын азайту кіреді.
TOPCon
TOPCon, сондай-ақ пассивацияланған контакт технологиясы ретінде белгілі, PERC-тен кейінгі келесі буын күн элементі технологиясы ретінде кеңінен танылған. HJT және IBC сияқты басқа әлеуетті жаңа технологиялармен салыстырғанда, TOPCon бар PERC немесе PERT желілерінен тікелей жаңартылуы мүмкін. Нәтижесінде, өндірушілер өздерінің бар өндірістік желілерін жаңартқысы келсе, салыстырмалы түрде аз капитал салымын қажет етеді, сонымен бірге шамамен 1% тиімділік өсіміне қол жеткізеді.
TOPCon элементінің алдыңғы жағы дәстүрлі N-типті немесе N-PERT элементімен бірдей, ол бор (p+) эмиттерінен, пассивация қабатынан және шағылысуға қарсы қабаттан тұрады. Негізгі технология артқы пассивацияланған контактіде жатыр: пластинаның артқы жағында өте жұқа оксид қабаты (1–2 нм) және фосформен қосылған микро/аморфты аралас кремний жұқа пленкасы бар. Екі жақты қолдану үшін металдандыру алдыңғы жағында Ag немесе Ag-Al торларын және артқы жағында Ag торларын трафареттік басып шығару арқылы жүзеге асырылады.
Туннельдік оксид пассивтелген контакт
Туннельдік оксид пассивацияланған контакт (TOPCon) соңғы уақытта 25,7% жоғары түрлендіру тиімділігіне қол жеткізгендіктен айтарлықтай назар аудартты. TOPCon құрылымы жұқа туннельдік оксидтен және фосформен (P) қосылған поликремний контакт қабатынан тұрады. P-қосылған поликремний қабатын a-Si:H кристалдандыру немесе LPCVD көмегімен поликремнийді тікелей тұндыру арқылы жасауға болады. TOPCon жоғары тиімді күн элементі технологиялары арасында перспективалы үміткер ретінде ерекшеленеді.
HJT Гетероқосылыс
Гетероқосылыс технологиясы (HJT) соңғы онжылдықта өркендеп келе жатқан күн панельдерін өндіру әдісі болып табылады. Қазіргі уақытта бұл тиімділік пен қуат шығысын жоғары деңгейге жеткізудің ең тиімді процестерінің бірі, тіпті саладағы негізгі PERC технологиясының өнімділігінен де асып түседі. HJT элементтері екі түрлі технологияны біріктіреді: кристалды кремний және аморфты жұқа пленка. Бұл технологияларды бірге қолдану әрқайсысын жеке қолданғаннан гөрі көбірек энергия жинауға мүмкіндік береді, 25% немесе одан жоғары тиімділікке жетеді.
HJT элементінің құрылымы
Монокристалдық пластинаны субстрат ретінде пайдаланып, тазартылған және текстураланған пластинаның алдыңғы бетіне 5–10 нм қалыңдықтағы ішкі a-Si:H қабықшасы, содан кейін p-типті a-Si:H қабықшасы тізбектей тұндырылып, p-n гетероөткелі түзіледі. Пластинаның артқы бетіне 5–10 нм ішкі қабықша және n-типті a-Si:H қабықшасы тұндырылып, артқы бет өрісі жасалады. Содан кейін мөлдір өткізгіш оксид қабықшасы тұндырылады, соңында экранды басып шығару арқылы екі жақтың үстіңгі бөлігінде металл коллекторлық электродтар жасалып, симметриялы HJT күн элементі құрылады.
HJT элементтерінің артықшылықтары
Икемділік және бейімделгіштік — Бұл технология экстремалды ауа райы жағдайында да тамаша өндірістік қабілеттілік үшін әзірленген. HJT панельдерінің температуралық коэффициенті дәстүрлі панельдерге қарағанда төмен, бұл жоғары сыртқы температурада жоғары өнімділікті қамтамасыз етеді.
Күтілетін қызмет мерзімі — Орташа алғанда, жұқа қабықшалы ФЭ модульдері 25 жылға дейін жұмыс істей алады, ал HJT элементтері 30 жылдан астам уақыт бойы қалыпты жұмыс істей алады.
Жоғары тиімділік — Қазіргі нарықтағы гетероөткелді панельдердің көпшілігінің тиімділігі 19,9% пен 21,7% аралығында, бұл басқа дәстүрлі монокристалдық элементтермен салыстырғанда үлкен жетістік.
Шығындарды үнемдеу — HJT панельдерінде қолданылатын аморфты кремний үнемді ФЭ технологиясы болып табылады. Басқа технологиялармен салыстырғанда, бұл жұқа қабықшалы күн тәсілі өндіріс уақытын қысқартады. Жеңілдетілген процестің арқасында HJT балама шешімдерге қарағанда қолжетімді.
Перовскит
2009 жылы перовскит материалдары алғаш рет 4% фотоэлектрлік тиімділікке қол жеткізу үшін пайдаланылды. 2021 жылға қарай бір өткелді перовскит күн элементтері (PSC) 25,5% тиімділікке жетті. Перовскит элементтерінің жылдам жақсаруы оларды ФЭ саласындағы көтеріліп келе жатқан жұлдызға айналдырды және академиялық ортада үлкен қызығушылық тудырды. Олардың жұмыс әдістері әлі де салыстырмалы түрде жаңа болғандықтан, перовскиттің негізгі физикасы мен химиясын одан әрі зерттеуге көп мүмкіндік бар.
Перовскит элементінің құрылымы
Ең озық перовскит күн элементтерінің құрылымдары бес компонентке негізделген: мөлдір өткізгіш оксид, электрон тасымалдау қабаты (ETL), перовскит, тесік тасымалдау қабаты (HTL) және металл электрод. Осы интерфейстердегі әртүрлі материалдардың энергия деңгейлері мен өзара әрекеттесуін түсіну және оңтайландыру өте қызықты зерттеу бағыты болып табылады және әлі де белсенді талқылануда.
CaTiO3
Пероксид — бұл 1839 жылы Розе Орал тауларының тау жыныстарында ашқан және орыс геологы Перовскийдің атымен аталған минералдың атауы. Пероксидтік материалдар әдетте тасымалдаушылардың рекомбинация ықтималдығы төмен және тасымалдаушылардың қозғалғыштығы жоғары болады, бұл оларды күн батареялары үшін өте қолайлы материалдар етеді.
Пероксидтік қабықшаны қалыптастыру әдістері
Пероксидтік күн батареяларының қуатты түрлендіру тиімділігін арттырудың кілті қабықша морфологиясын оңтайландыруда жатыр. Зертханада жиі қолданылатын қабықшаны қалыптастыру әдістері бір сатылы немесе екі сатылы процесс тұндыру болып табылады. Үлкен аумақты, арзан пероксидтік қабықшаларға сұранысты қанағаттандыру үшін слот-диэ жабыны, басып шығару және бүрку сияқты өңдеу жабдықтары да пероксидтік күн батареяларын жасау үшін қолданылады.
Пероксидтің болашағы
Пероксид бойынша болашақ зерттеулер пассивация және ақауларды азайту сияқты стратегиялар арқылы рекомбинацияны төмендетуге, сондай-ақ екі өлшемді пероксидтерді және оңтайландырылған интерфейс материалдарын қосу арқылы тиімділікті арттыруға бағытталуы мүмкін. Зарядты алу қабаттары тиімділік пен тұрақтылықты жақсарту үшін органикалықтан бейорганикалық материалдарға ауысуы мүмкін. Тұрақтылықты арттыру және қоршаған ортаға әсерді азайту маңызды бағыттар болып қала береді.
Күн фотоэлектрлік жасушаларын өндірудегі сапаны бақылау
Кристалды кремний фотоэлектрлік жасушалары коммерциялық күн панельдеріндегі ең көп таралған жасушалар болып табылады, олар әлемдік фотоэлектрлік жасуша нарығының 90%-дан астамын құрайды.
Зертханада кристалды кремний жасушаларының энергияны түрлендіру тиімділігі монокристалды жасушалар үшін 25%-дан асады және поликристалды жасушалар үшін 20% немесе одан жоғарыға жетеді. Алайда, өнеркәсіптік өндірістегі күн модульдері стандартты сынақ жағдайында қазіргі уақытта тек 18%–22% тиімділікке қол жеткізеді.
Тазалау және текстуралау
Күйдіру беттік зақымдану қабатын жояды және жарықты ұстап, шағылысу шығындарын азайтатын текстураланған құрылымды қалыптастыру үшін бетті текстуралайды. Текстураланған беттің шағылысу коэффициентін өлшеу текстуралау процесін бақылаудың маңызды құралы болып табылады.
Диффузиялық түйіспе қалыптастыру және шеткі оқшаулау
Термиялық диффузия және ұқсас әдістер пластинада өткізгіштіктің басқа түрінің диффузиялық қабатын қалыптастырып, pn өткелін жасайды. Әртүрлі ұяшық түрлері pn өткелі мен пластина арасында белгілі бір қалыңдықтағы пассивация қабатын тұндырып, тиімдірек жұқа қабықты күн ұяшығын алуға мүмкіндік береді. Бұл процесс негізінен азшылық тасымалдаушылардың өмір сүру уақытын, пластина қалыңдығын және сыну көрсеткішін бақылайды.
Шағылысуға қарсы жабын тұндыру
Жарық сіңіруді одан әрі жақсарту үшін пластина бетіне шағылысуға қарсы қабық жағылады. Қазіргі уақытта өнеркәсіп плазмалық-химиялық бу тұндыру (PECVD) әдісін қолданып, пластинаға жұқа қабық тұндырады, ол бір уақытта пассивация қабаты ретінде қызмет етеді. Бұл кезеңде негізгі өлшемдер шағылысуға қарсы қабықтың өткізгіштігі және беттік кедергінің біркелкілігі болып табылады.
Электрод жасау
Тор сызықты электродтар ұяшықтың алдыңғы жағына трафареттік басып шығарылады, ал артқы бет өрісі мен артқы электрод артқы жағына басылып, содан кейін кептіріледі және күйдіріледі. Бұл процесс кезінде температураны бақылау, туралау дәлдігі және тор сызықтарының биіктік-ені қатынасы міндетті бақылау көрсеткіштері болып табылады.
Ooitech көзқарасы
ooitech сенеді: TOPCon, HJT және перовскит әрқайсысы күн ұяшығының тиімділігін өзінше алға жылжытады, ал қатаң өндіріс сапасын бақылау осы технологияларды сенімді және жоғары өнімді модульдерге айналдыратын нәрсе.
