Моно-модули PERC обычно испытывают деградацию в течение первого-года на 3 % (среднее измерение 1,92 %) из-за дефектов комплекса бора-кислорода (B-O), что приводит к значительным потерям выработки электроэнергии в течение жизненного цикла;
в то время как TOPCon N-типа, использующий пластины,-легированные фосфором, позволяет избежать механизма BO-LID, достигая деградации в первый-год<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Демонстрационные данные Иньчуаня показывают: при эквивалентном облучении модули TOPCon разлагаются менее чем на 37% модулей PERC через 6000 часов.
Туннельный оксидный слой TOPCon и пассивационная структура поли-кремния одновременно подавляют поверхностную рекомбинацию,в результате чего скорость деградации, вызванная лабораторным-светом, составляет всего 0,26 %..
Более низкая деградация в сочетании с преимуществом эффективности преобразования 24–26% позволяет TOPCon достичьПрирост мощности в течение 3–5 лет, покрывающий первоначальную надбавку к затратамна крупных-электростанциях, изменяя логику выбора высокоэффективных модулей.
Причины
Образование и активация бор-кислородных комплексов
Основным механизмом СИД является образование комплексов бора-кислорода (B-O) под воздействием освещения. В пластинах типа P-, легированных бором, атомы бора соединяются с межузельным кислородом, образуя нестабильные дефекты B-O:
· Условия формирования: Under illumination intensity >1 мВт/см², комплекс бора-кислорода переходит в активное состояние (состояние B), в результате чего время жизни неосновных носителей падает с 1000 мкс до менее 500 мкс.
· Влияние температуры: На каждые 10 градусов повышения температуры скорость образования комплекса B-O увеличивается в 2-3 раза. Например, при 75 градусах скорость деградации LID модулей PERC в 4,7 раза выше, чем при 25 градусах.
· Разница в содержании кислорода: Моно-кристаллический кремний, выращенный с использованием кварцевых тиглей, имеет высокое содержание кислорода - 10-14 частей на миллион, тогда как мульти-кристаллический кремний, полученный отливкой, имеет только 1-2 частей на миллион. Это приводит к более высокой деградации СИД в моно-Si по сравнению с мульти-Si в 2-3 раза.
Влияние усиления параметров процесса на LID
Процессы производства клеток напрямую влияют на активность комплексов B-O:
·Температура спекания: When sintering peak temperature >При температуре 850 градусов водород из пассивационного слоя диффундирует в кремниевую подложку, соединяясь с бором, образуя обратимые дефекты. Эксперименты показывают, что при повышении температуры спекания на каждые 50 градусов скорость деградации LeTID увеличивается на 0,8%.
·Металлическое загрязнение: Примеси железа (Fe) соединяются с бором, образуя пары Fe-B, которые при освещении разлагаются на Feⁱ и Bⁱ⁰, создавая дополнительные центры рекомбинации.. 1 Загрязнение железом в ppm может увеличить деградацию СИД на 0,5%.
·Недостаточная водородная пассивация: Когда содержание водорода в пассивирующем слое (например, AlOx/SiNx)<1×10¹⁹ atoms/cm³, it cannot effectively passivate B-O defects. TOPCon requires 40% less hydrogen due to the absence of boron doping, improving defect regeneration efficiency.
Корреляция между клеточной структурой и чувствительностью LID
Различные клеточные структуры демонстрируют значительные различия в реакции LID:
·PERC-ячейки: Задний пассивирующий слой увеличивает поглощение длинноволнового-света, что приводит к более высокой концентрации носителей и усилению активности комплекса B-O. Измерения показывают, что деградация PERC LID в 1,8 раза выше, чем у обычных алюминиевых ячеек с задней поверхностью (Al-BSF).
·Ячейки TOPCon: Когда толщина туннельного оксидного слоя (SiOx) контролируется на уровне 1,5 нм, скорость поверхностной рекомбинации<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Гетеропереходные (HJT) клетки: Пассивирующий слой аморфного кремния вносит дополнительные дефекты, но 90% интерфейсных состояний можно исправить путем водородного отжига, сохраняя деградацию СИД ниже 0,3%.
Факторы окружающей среды и динамическая реакция LID
Механизмы ускорения ЛИД внешней среды:
·УФ-излучение: Ultraviolet light (280-320nm) induces oxygen vacancy generation, which combines with boron to form complexes. Zhangbei demonstration data shows, in regions with annual UV irradiation >2000 кВтч/м², модули PERC имеют дополнительный LID 0,7%.
·Высокая температура и влажность: При температуре 85 градусов и относительной влажности 85% проникновение влаги вызывает гидролиз комплексов бора-кислорода, генерируя подвижные ионы и ускоряя диффузию центров рекомбинации. Испытание на влажную жару (1000 часов) привело к ухудшению качества крышки модуля PERC на 1,2%.
·Механический стресс: Напряжение инкапсуляции модуля вызывает микро-трещины на пластинах. Градиенты концентрации кислорода в вершинах трещин вызывают локальное образование комплекса B-O. Во время испытаний на термоциклирование (-40–85 градусов) у треснутых модулей деградация LID была на 0,9% выше, чем у неповрежденных модулей.
Модель прогнозирования LID-на основе данных
Прогнозирование LID на основе физики- требует интеграции многомерных-параметров:
·Ключевые переменные: Концентрация бора (B), Концентрация кислорода (O), Эффективная концентрация носителей заряда (Δn), Температура (T).
·Эмпирическая формула: Скорость деградации СИД (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), где Ea=0.85эВ (энергия активации рекомбинации бора-кислорода), k — константа Больцмана.
·Проверка измерений: Статистика по 1000 ячейкам PERC показывает ошибку предсказания формулы.<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Сравнение скорости деградации
Лабораторные условия и данные испытаний на разложение, вызванное-светом
Стандартизированная процедура лабораторных испытаний ЛИД:
·Доза освещения: 5 кВтч/м² (спектр AM1.5G, интенсивность 1000 Вт/м²)
·Контроль температуры: постоянная температура 25 градусов
·Продолжительность теста: Непрерывное освещение в течение 100 часов.
Улучшение технологий
Альтернативы легированию бором
Основная проблема: Клетки PERC P-типа подвергаются деградации в первый-год до 3 % (лабораторные данные) из-за комплексов бора-кислорода (BO-LID).
Решения:
·Легирование галлием (Ga): Замените бор галлием в качестве легирующей примеси, избегая пути реакции BO-LID. Коэффициент сегрегации галлия (0,35) ниже, чем у бора (0,8), что требует корректировки распределения теплового поля:
o Температура роста кристаллов: 1450 градусов → 1520 градусов (уменьшает испарение Ga)
o Радиальный градиент температуры:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Измеренный эффект: деградация LID снизилась с 3% до 0,7%, но колебания удельного сопротивления ±12%.
·Индий (In) Co-легирование: Со-легирование бором-индием (B: In=10:1) еще больше снижает растворимость кислорода:
o Содержание кислорода: 10ppm → 5ppma
o Время жизни неосновной несущей: 500 мкс → 800 мкс
o Увеличение стоимости: цена пластины увеличилась на 0,005 доллара США за Вт.
Процесс отжига:
·Низко-отжиг (LTA):
о Температура: 200 градусов → 300 градусов
o Время: 10 минут → 30 минут.
o Эффект: активирует пассивацию водорода, устраняет дефекты бора-кислорода.
o Данные: деградация LID ячейки PERC снижена на 0,5%.
Обновление слоя пассивации
Технология пассивации поверхности:
·Стек AlOx/SiNx:
o Контроль толщины: AlOx 3 нм + SiNx 80 нм
o Скорость поверхностной рекомбинации:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Оптимизация задней пассивации:
·Регулировка толщины SiNx:
o Обычный: 120 нм → Оптимизированный: 150 нм
o Эффект: уменьшает диффузию бора назад, подавляет LeTID.
o Результат: деградация LeTID снизилась с 1,17% до 0,3%.
Эффективность преобразования
Эффективность массового производства достигает 25,4%(СанПауэр Максеон 7),лабораторная запись 26,8%, приближаясь кТеоретический предел 28,7%;
ВЕРС находится в застое23.5%. Температурный коэффициент TOPCon составляет-0,29%/градус, двусторонность85%+увеличение выхода энергии за счет20%, скорость деградации<0.4% per year, 30-летнее сохранение мощности87%.
Теоретические пределы
Физическая граница моно-кристаллического PERC
Моно-кристаллические элементы PERC, основанные на пластинах типа P-, имеют теоретический предел эффективности 24,5 % (предел Шокли-Квейссера).
Это значение определяется соответствием ширины запрещенной зоны кремния (1,1 эВ) и солнечного спектра.
В массовом производстве легирование бором приводит к образованию комплексов бора-кислорода (B-O), вызывающих свето-деградацию (LID), с потерей эффективности в первый-год работы на 2–3%.
