TOPCon күн элементтеріне кіріспе

TOPCon (Tunnel Oxide Passivating Contact) - бұл 2013 жылы алғаш пайда болған N-типті вафли элементі технологиясы. TOPCon күн элементі - N-типті субстратта салынған туннельдік оксид пассивацияланған контакт күн элементі.

PERC элементтерімен салыстырғанда, TOPCon элементтері элементтің артқы жағында заряд тасымалдау қабаты ретінде тамаша заряд тасымалдау қасиеттері бар туннельдік оксид қабатын пайдаланады. Оның үстіне шамамен 20нм легирленген поликремний пленкасы шөгінділеніп, артқы жағында пассивацияланған контакт құрылымын құрайды. Бұл беттік рекомбинацияны және металл контакт рекомбинациясын тиімді төмендетеді, ашық тізбек кернеуін көтереді және энергияны түрлендіру тиімділігін арттырады.

TOPCon - селективті тасымалдаушылар принципіне негізделген, тамаша пассивация әсеріне қол жеткізетін туннельдік оксид пассивацияланған контакт күн элементі технологиясы.

TOPCon элементі N-типті субстратты пайдаланады. Элементтің артқы жағында жұқа оксид қабаты дайындалады, содан кейін легирленген жұқа пленка қойылады. Осы екеуі бірге пассивацияланған контакт құрылымын құрайды, ол беттік рекомбинацияны және металл контакт рекомбинациясын тиімді төмендетеді, N-PERT элементтерінің түрлендіру тиімділігін одан әрі арттыру үшін үлкен мүмкіндік береді.

TOPCon технологиясы қолданыстағы дәстүрлі P-типті ұяшық жабдығы мен процестерін барынша сақтайды және қайта пайдаланады. Ол тек бор диффузиясы және жұқа қабықша тұндыру жабдығын қосуды талап етеді, артқы жағын ашу немесе туралау қажет емес. Бұл ұяшық өндіріс процесін айтарлықтай жеңілдетеді және жаппай өндірістің қиындығын төмен ұстайды. Процесс желісі жоғары үйлесімділікке ие және PERC және N-PERT екі жақты ұяшықтар үшін қолданылатын жоғары температуралы өндіріс желілерімен қатар жұмыс істей алады.

TOPCon ұяшықтарының артықшылықтары: төмен деградация, жоғары екі жақтылық және төмен температура коэффициенті, терминалдық электр станциясы деңгейінде айқын электр энергиясын өндіру өсімін қамтамасыз етеді.

TOPCon ұяшықтарының даму кезеңдері

TOPCon ұяшықтарының даму тарихын төрт кезеңге бөлуге болады: технология прототипі кезеңі, өнімді орналастыру кезеңі, коммерциялық жылжыту кезеңі және жарылыс өсу кезеңі.

TOPCon ұяшықтарының артықшылықтары

Өнімділік артықшылықтары

• Жоғары түрлендіру тиімділігі. TOPCon ұяшықтарының бірегей пассивацияланған контакт дизайнының арқасында теориялық тиімділік шегі 28.7% жетеді. Жетекші TOPCon өндірушілері жаппай өндірісте 25.5% жоғары тиімділікке қол жеткізді, бұл негізгі PERC ұяшықтарынан (қазіргі жаппай өндіріс тиімділігі шамамен 23.5%, теориялық шегі 24.5%) айтарлықтай жақсарту.

• Жоғары екі жақтылық. TOPCon екі жақты ұяшықтары екі жақты PERC ұяшықтарына қарағанда ваттқа шаққанда шамамен 3% көп электр энергиясын өндіреді. Бірдей жерде орнатылған электр станциясы сценарийінде бұл жоғары электр энергиясын өндіру өсімін береді.

• Төмен температура коэффициенті. N-типті TOPCon модульдерінің температура коэффициенті -0.30%/℃ дейін төмен, бұл P-типті модульдердің -0.35%/℃ көрсеткішінен жақсы, жоғары температура жағдайында тамаша тұрақтылықты көрсетеді.

• Төмен деградация. Фосформен қосылған N-типті кристалды кремнийде бор мөлшері өте төмен, сондықтан бор-оттегі рекомбинациясы іс жүзінде жоқ, бұл деградация жылдамдығында артықшылық береді. Кейбір TOPCon модульдері бірінші жылы 1% деградацияны және сызықтық жылдық деградацияны 0.4% көрсетеді, ал PERC модульдерінде бірінші жылы 2% және сызықтық 0.45% деградация байқалады, бұл модульдің қызмет ету мерзімі ішінде ваттқа шаққанда электр энергиясын өндіру өсімін береді.

• Төмен жарықта күшті өнімділік. TOPCon элементтері қысқа және ұзын толқын ұзындықтарына жақсы жауап береді, таңертең, кешке және бұлтты ауа-райы сияқты төмен жарық жағдайында тамаша электр энергиясын өндіру қабілетін сақтайды.

Экономикалық артықшылықтар

• PERC өндірісімен жоғары үйлесімділік, технологияны жаңарту қиындығын төмендетеді. TOPCon PERC процесс технологиясынан кеңейтілуі мүмкін, тек төрт қосымша қадамды қажет етеді: бор эмиттерін дайындау, туннельдік оксид қабатын өсіру, поликремнийді тұндыру және допингтеу, диффузиядан кейінгі тазалау. Бұл жаңарту қиындығын төмендетеді және TOPCon технологиясын қабылдауды жеделдетеді.

• Жабдыққа инвестицияның төмен шығынымен тегіс желіні түрлендіру. Жаңа TOPCon желісін салу жабдыққа шамамен 200-250 миллион инвестицияны қажет етеді, ал жаңа HJT желісі 350-400 миллионды қажет етеді. TOPCon қолданыстағы PERC желілерімен жақсы жабдық үйлесімділігін ұсынатындықтан, тек бор диффузиясы және поликремний/аморфты кремний тұндыру жабдығын (LPCVD / PECVD / PVD) қосу қажет, жабдыққа инвестиция шамамен 50-70 миллионды құрайды. Бұл жаңа жабдыққа және ірі желіні қайта жабдықтауға ауқымды инвестициядан аулақ болуға мүмкіндік береді, бұл өте үнемді.

• Баға бойынша айтарлықтай үстеме әлеуеті. PERC модульдерімен салыстырғанда, TOPCon модульдері ваттқа шаққанда жоғары электр энергиясын өндіруді, жоғары өндіріс пайдасын және төмен жүйе шығындарын ұсынады, бұл баға үстемесі үшін айтарлықтай орын жасайды.

TOPCon элементін өндіру процесі

Монокристалды PERC процестерімен салыстырғанда, TOPCon элементін өндіру процесі 2-3 қосымша қадамды қосады: туннельдік оксид қабатын (ультра жұқа SiO2, 1-2нм) тұндыру, ішкі поликремний пассивация қабатын (60-100нм) тұндыру және фосфор имплантациясы.

Негізгі процесс қадамдары және олардың функциялары

1. Тазалау және текстуралау

Мақсаты: Вафланы кескеннен кейін шеттері зақымдалады, кристалдық тор құрылымы бұзылады, беттік рекомбинация күшті болады. Тазалау және текстуралау негізінен беттік зақымдануды жоюға және бетінде пирамидалық жарық ұстау құрылымын қалыптастыруға бағытталған. Жарық вафла бетінде бірнеше рет шағылысады, шағылысу коэффициентін төмендетеді.

2. Бор диффузиясы

Мақсаты: Негізгі функция PN өткелін қалыптастыру. Бордың кремнийдегі ерігіштігі төмен болғандықтан, диффузия үшін жоғары температура және ұзақ уақыт қажет. Диффузия көзін таңдау да өндіріске әсер етеді: хлоридтер коррозиялық, ал бромидтер тұтқыр, тазалауды қиындатып, техникалық қызмет көрсету шығындарын арттырады.

Бор диффузиясы әдетте жоғары температурада – 1000°C жоғары – жүргізіледі және фосфор диффузиясына қажет 102 минуттық циклмен салыстырғанда, бор диффузиясының циклі 150 минутты құрайды.

Қағидасы:

Пеш түтігі ішіндегі реакциялар нәтижесінде пайда болған газ тәрізді HCl және H2O N2 арқылы тасымалданып, түтік бойына біркелкі таралады. H2O сонымен қатар BBr3 және O2-мен әрекеттесіп B2O3 түзеді, ол әрі қарай газ тәрізді HBO2 түзуге қатысады; жоғары температурада HBO2 қайтадан B2O3-ке ыдырайды, осылайша B2O3 күн элементінің бетіне біркелкі таралады. Сонымен қатар, H2O пеш түтігінің ішінде тұндырылған B2O3-пен әрекеттесіп, диффузиялық түтік қабырғаларында B2O3 жиналуын болдырмайды, кварц компоненттерінің қызмет ету мерзімін ұзартады және тиімді бор көзін арттырады. HCl сонымен қатар элемент бетіндегі және түтік ішіндегі металл қоспаларымен әрекеттесіп, газ тәрізді металл хлоридтерін түзеді, олар шығатын газбен бірге шығады, осылайша жоғары температура процесі кезінде металл қоспаларының күн элементіне диффузиялануын болдырмайды.

3. SE лазерлік допинг

Мақсаты: Селективті эмиттерді қалыптастыру. Металл тор сызықтары мен пластина арасындағы контакт аймақтарында және оған жақын жерлерде жоғары концентрациялы допинг қолданылады, бұл алдыңғы металл электрод пен пластина арасындағы контакт кедергісін азайтады, ал электрод аймақтарынан тыс жерлерде төмен концентрациялы допинг диффузия қабатындағы рекомбинацияны төмендетеді. Эмиттерді оңтайландыру күн элементінің шығыс тогы мен кернеуін арттырады, осылайша фотоэлектрлік түрлендіру тиімділігін жақсартады.

TOPCon ағынында лазердің орны: PERC SE фосфорлық допингті қолданады, ал TOPCon SE борлық допингті қолданады. Бор мен фосфордың бөліну коэффициенттері әртүрлі болғандықтан, фосфор кремний диоксидінен кремнийге оңайырақ диффузияланады, ал борды итеру қиынырақ және көбірек энергияны қажет етеді. Дегенмен, шамадан тыс лазер энергиясы пластинаны оңай зақымдайды, бұл борлық допингті қиындатады. Дәстүрлі бор диффузиясымен салыстырғанда, TOPCon элементтеріне SE технологиясын қосу теориялық тұрғыдан тиімділікті 0,5% арттыра алады, ал нақты жаппай өндірісте тиімділіктің 0,2-0,4% өсуіне қол жеткізуге болады.

4. Ою

Мақсаты: Оюдың негізгі функциясы BSG және артқы түйісуді жою болып табылады. Диффузия процесі пластинаның бетінде де, шеттерінде де диффузиялық қабаттарды құрайды; шеткі диффузиялық қабат оңай тұйықталуға әкеледі, ал беттік диффузиялық қабат кейінгі пассивацияға әсер етеді, сондықтан екеуін де жою керек. Ою қазіргі уақытта негізінен ылғалды әдістермен жүзеге асырылады, тізбекті жабдықта артқы және шеткі диффузиялық қабаттарды алып тастайды, содан кейін алдыңғы жағын өңдейді.

5. Туннельдік оксид қабаты мен поликремний қабатын дайындау

Мақсаты: Артқы жағына 1-2 нм туннельдік оксид қабатын, содан кейін 60-100 нм поликремний қабатын тұндырып, пассивация құрылымын қалыптастыру. TOPCon пассивация қабатын дайындаудың бірнеше әдісі бар, негізінен LPCVD, PECVD және PVD жолдары. LPCVD қазіргі уақытта негізгі болып табылады, бірақ орама тұндыру айтарлықтай, ал PECVD жалпы өнімділікте күшті әлеуетке ие.

6. Артқы шағылысуға қарсы пленканы дайындау

Мақсаты: Элементтің артқы жағында шағылысуға қарсы пассивациялық пленканы дайындау, жарық сіңіруді арттыру. Сонымен қатар, SiNx пленкасының түзілу процесі кезінде пайда болатын сутегі атомдары пластинаны пассивациялайды.

7. Алдыңғы жаққа алюминий оксидін тұндыру

Мақсаты: Пластинаның алдыңғы жағына алюминий оксидінің қабатын тұндыру, ол басқа пленкалармен бірге алдыңғы пассивация әсерін қалыптастырады.

8. Алдыңғы шағылысуға қарсы пленканы дайындау

Мақсаты: Алдыңғы шағылысуға қарсы пленка артқы жағымен бірдей жұмыс істейді. Сонымен қатар, алдыңғы жаққа тұндырылған алюминий оксиді пленкасы өте жұқа және кейінгі элемент пен модуль өндірісінде оңай зақымдалады, сондықтан алдыңғы SiNx алюминий оксидін де қорғайды.

9. Экранды басып шығару - Лазерлік үлгіні тасымалдау

Қазіргі уақытта көптеген элементтерді басып шығару әлі де трафареттік басып шығаруды қолданады. Болашақта N-типті элементтер үшін күміс паста тұтынуды азайту тұрғысынан үлгіні тасымалдау басып шығару артықшылыққа ие болуы мүмкін. Лазерлік тасымалдау - жаңа контактісіз басып шығару технологиясы: қажетті паста арнайы икемді мөлдір материалға жағылады, ал жоғары қуатты лазер сәулесі жоғары жылдамдықпен үлгі бойынша сканерлеп, пастаны икемді мөлдір материалдан элемент бетіне тасымалдайды, тор сызықтарын құрайды және алдыңғы және артқы электродтарды дайындайды.

10. Күйдіру

Жақсы омдық контакт жоғары температурада күйдіру арқылы қалыптасады.

11. Автоматты сұрыптау

Элементтер түрлендіру тиімділігіне қарай әртүрлі контейнерлерге сұрыпталады.

TOPCon элементтерінің болашақ даму тенденциялары

2023 жылы N-типті TOPCon элементтерінің орташа түрлендіру тиімділігі 25,0% жетті, ал гетероқұрылымды элементтердің орташа түрлендіру тиімділігі 25,2% жетті, бұл 2022 жылмен салыстырғанда айтарлықтай жақсарды.

2023 жылы жаңадан іске қосылған жаппай өндіріс желілері негізінен N-типті элемент желілері болды. N-типті элемент қуаты біртіндеп босатылған сайын, PERC элемент нарықтық үлесі 73,0% дейін қысылды. N-типті элементтер жалпы алғанда шамамен 26,5% құрады, оның ішінде N-типті TOPCon элементтері шамамен 23,0%, гетероқұрылымды элементтер шамамен 2,6% және XBC элементтері шамамен 0,9% - бұл 2022 жылмен салыстырғанда айтарлықтай өсім.

2024 жылдан бастап TOPCon ұсынған N-типті элементтердің үлесі P-типті PERC-ті толығымен басып озады, сала үлестің 70% жетуін және асуын күтеді.

Ooitech көзқарасы

Ooitech санайды: TOPCon, қолданыстағы PERC желілеріне негізделген N-типті туннельдік оксид пассивацияланған контактілі элемент технологиясы, жоғары тиімділікті, төмен деградацияны және күштірек энергия өндіру өсімін қамтамасыз етеді және қазір күн энергетикасы саласының негізгі бағытына айналуда.