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 индустрияны қалыптастыратын үш негізгі жаңа буын технологиясын талдайды және элемент өндірісіндегі сапаны бақылауға шолу жасайды.

Күн PV элементтері қалай жұмыс істейді

Күн элементі жарықты электрге айналдырады, бірақ барлық түсетін фотондар бірдей үлес қоспайды. Энергияның қай жерде жоғалатынын түсіну жақсы элементтерді құрудың алғашқы қадамы болып табылады.

• Бандаралықтан төмен энергиясы бар фотондар жұтылмайды және жай ғана элемент арқылы өтеді.

• Бандаралықтан жоғары энергиясы бар фотондар жұтылады және 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.

Электрлік шығындарды 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 вафль 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 жаңарту үшін салыстырмалы түрде аз капитал салымын қажет етеді, сонымен бірге шамамен 1% тиімділік өсіміне қол жеткізеді.

TOPCon элементінің алдыңғы жағы негізінен кәдімгі N-типті немесе N-PERT элементімен бірдей, ол бор (p+) эмиттерінен, пассивация қабатынан және шағылысуға қарсы қабаттан тұрады. Негізгі технология артқы пассивацияланған контактіде жатыр: вафльдің артқы жағында өте жұқа оксид қабаты (1–2 нм) және фосформен қоспаланған 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 пассивацияланған контакт

Туннельдік оксид пассивацияланған контакт (TOPCon) соңғы уақытта жоғары конверсиялық тиімділікке (25.7%) қол жеткізгендіктен айтарлықтай назар аудартты. TOPCon құрылымы жұқа туннельдік оксидтен және фосформен (P) қоспаланған поликремний контакт қабатынан тұрады. P-қоспаланған 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 көтерудің ең тиімді процестерінің бірі, тіпті саладағы негізгі PERC технологиясының өнімділігінен асып түседі. HJT элементтері екі түрлі технологияны біріктіреді: кристалды кремний және аморфты жұқа пленка. Осы 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 тіпті экстремалды ауа райы жағдайында да тамаша өндірістік қабілеттілік үшін әзірленген. HJT панельдері дәстүрлі панельдерге қарағанда төмен температуралық коэффициентке ие, 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 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 — 1839 жылы Роуз Орал тауларының жыныстарынан тапқан 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 тамаша материалдар етеді.

Пероксидтік пленканы қалыптастыру әдістері

Пероксидтік күн батареяларының қуатты түрлендіру тиімділігін арттырудың кілті пленка морфологиясын оңтайландыруда жатыр. Зертханада жиі қолданылатын пленканы қалыптастыру әдістері бір сатылы немесе екі сатылы процесс тұндыру болып табылады. Үлкен аумақты, арзан пероксидтік пленкаларға сұранысты қанағаттандыру үшін слот-диэ жабын, 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 пероксидтер мен оңтайландырылған интерфейс материалдарын енгізу 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 ұяшықтарын өндірудегі сапаны бақылау

Кристалды кремний фотоэлектрлік ұяшықтары коммерциялық күн панельдеріндегі ең көп таралған ұяшықтар болып табылады, олар әлемдік фотоэлектрлік ұяшық нарығының 90%-дан астамын құрайды.

Зертханада кристалды кремний ұяшықтарының энергияны түрлендіру тиімділігі монокристалды ұяшықтар үшін 25%-дан асады және поликристалды ұяшықтар үшін 20% немесе одан жоғарыға жетеді. Дегенмен, өнеркәсіптік өндірістегі күн модульдері стандартты сынақ жағдайында қазіргі уақытта тек 18%–22% тиімділікке қол жеткізеді.

Тазалау және текстуралау

Күйдіру беттің зақымдалған қабатын жояды және бетті текстуралап, жарықты ұстап қалатын және шағылысу шығындарын азайтатын текстуралы құрылымды қалыптастырады. Текстураланған беттің шағылысу коэффициентін өлшеу текстуралау процесін бақылаудың маңызды құралы болып табылады.

Диффузиялық түйіспе қалыптастыру және шеткі оқшаулау

Термиялық диффузия және ұқсас әдістер пластинада өткізгіштік типі әртүрлі диффузиялық қабат түзіп, pn өткелін жасайды. Әртүрлі ұяшық түрлері pn өткелі мен пластина арасында белгілі бір қалыңдықтағы пассивациялық қабатты тұндырып, тиімдірек жұқа қабықты күн элементін алуға мүмкіндік береді. Бұл процесс негізінен азшылық тасымалдаушылардың өмір сүру уақытын, пластина қалыңдығын және сыну көрсеткішін бақылайды.

Шағылысуға қарсы жабынды тұндыру

Жарық сіңіруін одан әрі жақсарту үшін пластина бетіне шағылысуға қарсы қабықша жағылады. Қазіргі уақытта өнеркәсіп плазмалық күшейтілген химиялық бу тұндыру (PECVD) әдісін қолданып, пластинаға жұқа қабықша тұндырады, ол бір уақытта пассивациялық қабат ретінде қызмет етеді. Бұл кезеңде негізгі өлшемдер шағылысуға қарсы қабықшаның өткізгіштігі және беттік кедергінің біркелкілігі болып табылады.

Электрод жасау

Тор сызықты электродтар элементтің алдыңғы жағына трафареттік басып шығарылады, ал артқы бет өрісі мен артқы электрод артқы жағына басылып, 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 элементінің тиімділігін өзінше алға жылжытады, ал қатаң өндіріс сапасын бақылау осы технологияларды сенімді және жоғары өнімді модульдерге айналдыратын нәрсе.