Modul PERC mono-mengalami kemerosotan tipikal-tahun pertama sebanyak 3% (purata diukur 1.92%) disebabkan oleh kecacatan kompleks boron-oksigen (B-O), yang membawa kepada kehilangan penjanaan kuasa yang ketara sepanjang kitaran hayat;
manakala N-jenis TOPCon, menggunakan fosforus-wafer terdop, mengelakkan mekanisme BO-LID, mencapai kemerosotan-tahun pertama<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Data tunjuk cara Yinchuan menunjukkan: Di bawah penyinaran setara, modul TOPCon merendahkan kurang daripada 37% modul PERC selepas 6000 jam.
Lapisan oksida terowong TOPCon dan struktur pempasifan poli-silikon secara serentak menekan penggabungan semula permukaan,menghasilkan cahaya makmal-kadar degradasi teraruh serendah 0.26%.
Degradasi yang lebih rendah digabungkan dengan kelebihan kecekapan penukaran 24%-26% membolehkan TOPCon mencapainyaKeuntungan kuasa 3-5 tahun meliputi premium kos permulaandalam-loji janakuasa berskala besar, membentuk semula-logik pemilihan modul kecekapan tinggi.
Punca
Pembentukan dan Pengaktifan Kompleks Oksigen-Boron
Mekanisme teras LID ialah pembentukan boron-kompleks oksigen (B-O) di bawah pencahayaan. Dalam wafer jenis P-yang didopkan dengan boron, atom boron bergabung dengan oksigen interstisial untuk membentuk kecacatan B-O yang tidak stabil:
· Keadaan Pembentukan: Under illumination intensity >1 mW/cm², kompleks oksigen-boron memasuki keadaan aktif (Keadaan B), menyebabkan hayat pembawa minoriti menurun daripada 1000μs kepada di bawah 500μs.
· Pengaruh Suhu: Untuk setiap kenaikan suhu 10 darjah, kadar pembentukan kompleks B-O meningkat 2-3 kali ganda. Sebagai contoh, pada 75 darjah , kadar degradasi LID modul PERC ialah 4.7 kali ganda berbanding 25 darjah .
· Perbezaan Kandungan Oksigen: Mono-silikon hablur, ditanam menggunakan mangkuk kuarza, mempunyai kandungan oksigen yang tinggi sebanyak 10-14 ppma, manakala berbilang-silikon kristal daripada tuangan hanya mempunyai 1-2 ppma. Ini membawa kepada degradasi LID 2-3 kali lebih tinggi dalam mono-Si berbanding dengan multi-Si.
Kesan Penguatan Parameter Proses pada LID
Proses pembuatan sel secara langsung mempengaruhi aktiviti kompleks B-O:
·Suhu Pensinteran: When sintering peak temperature >850 darjah, hidrogen daripada lapisan pempasifan meresap ke dalam substrat silikon, bergabung dengan boron untuk membentuk kecacatan boleh balik. Eksperimen menunjukkan bahawa bagi setiap peningkatan 50 darjah dalam suhu pensinteran, kadar degradasi LeTID meningkat sebanyak 0.8%.
·Pencemaran Logam: Kekotoran besi (Fe) bergabung dengan boron untuk membentuk pasangan Fe-B, yang terurai menjadi Feⁱ dan Bⁱ⁰ di bawah pencahayaan, mewujudkan pusat penggabungan semula tambahan. 1 pencemaran besi ppm boleh meningkatkan degradasi LID sebanyak 0.5%.
·Pasif Hidrogen yang Tidak Mencukupi: Apabila kandungan hidrogen dalam lapisan pempasifan (cth, AlOx/SiNx) adalah<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.
Korelasi Antara Struktur Sel dan Kepekaan LID
Struktur sel yang berbeza menunjukkan perbezaan yang ketara dalam tindak balas LID:
·Sel PERC: Lapisan pempasifan belakang meningkatkan-penyerapan cahaya gelombang panjang, membawa kepada kepekatan pembawa yang lebih tinggi dan aktiviti kompleks B-O yang dipertingkatkan. Pengukuran menunjukkan kemerosotan PERC LID adalah 1.8 kali ganda berbanding sel medan permukaan belakang aluminium konvensional (Al-BSF).
·Sel TOPCon: Apabila ketebalan lapisan oksida terowong (SiOx) dikawal pada 1.5nm, halaju penggabungan semula permukaan adalah<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Sel Heterojunction (HJT).: Lapisan pempasifan silikon amorf memperkenalkan kecacatan tambahan, tetapi 90% keadaan antara muka boleh dibaiki dengan penyepuhlindapan hidrogen, mengekalkan degradasi LID di bawah 0.3%.
Faktor Persekitaran dan Tindak Balas Dinamik LID
Mekanisme persekitaran luar yang mempercepatkan LID:
·Sinaran UV: 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 kWj/m², modul PERC mengalami LID tambahan 0.7%.
·Suhu dan Kelembapan Tinggi: Di bawah keadaan 85 darjah /85%RH, penembusan lembapan menyebabkan hidrolisis kompleks-oksigen boron, menjana ion mudah alih dan mempercepatkan resapan pusat penggabungan semula. Ujian haba lembap (1000 jam) menyebabkan kemerosotan LID modul PERC sebanyak 1.2%.
·Tekanan Mekanikal: Tegasan enkapsulasi modul menyebabkan keretakan-mikro dalam wafer. Kecerunan kepekatan oksigen pada hujung retak mencetuskan pembentukan kompleks B-O setempat. Semasa ujian berbasikal haba (-40 darjah ~85 darjah), modul retak mempunyai kemerosotan LID 0.9% lebih tinggi daripada modul utuh.
Data-Model Ramalan LID Didorong
Ramalan LID berasaskan fizik-memerlukan penyepaduan-parameter berbilang dimensi:
·Pembolehubah Utama: Kepekatan boron (B), Kepekatan oksigen (O), Kepekatan pembawa berkesan (Δn), Suhu (T).
·Formula Empirikal: Kadar degradasi LID (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), dengan Ea=0.85eV (tenaga pengaktifan boron-penggabungan semula oksigen), k ialah pemalar Boltzmann.
·Pengesahan Pengukuran: Statistik pada 1000 sel PERC menunjukkan ralat ramalan formula<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Perbandingan Kadar Degradasi
Cahaya Makmal-Keadaan Ujian Degradasi Teraruh dan Data
Prosedur ujian makmal LID standard:
·Dos Pencahayaan: 5 kWj/m² (spektrum AM1.5G, keamatan 1000 W/m²)
·Kawalan Suhu: 25 darjah suhu malar
·Tempoh Ujian: Pencahayaan berterusan selama 100 jam
Penambahbaikan Teknologi
Alternatif Boron Doping
Masalah Akar: Sel PERC jenis P-mengalami kemerosotan-tahun pertama sehingga 3% (data makmal) disebabkan oleh-kompleks oksigen (BO-LID) boron.
Penyelesaian:
·Galium (Ga) Doping: Gantikan boron dengan galium sebagai dopan, mengelakkan laluan tindak balas BO-LID. Pekali pengasingan Gallium (0.35) adalah lebih rendah daripada boron (0.8), yang memerlukan pelarasan taburan medan haba:
o Suhu pertumbuhan kristal: 1450 darjah → 1520 darjah (mengurangkan volatilisasi Ga)
o Kecerunan suhu jejari:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Kesan terukur: Degradasi LID dikurangkan daripada 3% kepada 0.7%, tetapi turun naik kerintangan ±12%.
·Indium (In) Co-doping: Boron-indium co-doping (B: In=10:1) mengurangkan lagi keterlarutan oksigen:
o Kandungan oksigen: 10ppma → 5ppma
o Hayat pembawa minoriti: 500μs → 800μs
o Peningkatan kos: Harga wafer meningkat sebanyak $0.005/W.
Proses Penyepuhlindapan:
·Rendah-Penyedapan Suhu (LTA):
o Suhu: 200 darjah → 300 darjah
o Masa: 10 minit → 30 minit
o Kesan: Mengaktifkan pempasifan hidrogen, membaiki kecacatan boron-oksigen
o Data: Degradasi LID sel PERC dikurangkan sebanyak 0.5%.
Peningkatan Lapisan Pasif
Teknologi Pasif Permukaan:
·Timbunan AlOx/SiNx:
o Kawalan ketebalan: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Halaju penggabungan semula permukaan:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Pengoptimuman Pasif Belakang:
·Pelarasan Ketebalan SiNx:
o Konvensional: 120nm → Dioptimumkan: 150nm
o Kesan: Mengurangkan resapan boron ke belakang, menyekat LeTID
o Keputusan: Degradasi LeTID dikurangkan daripada 1.17% kepada 0.3%.
Kecekapan Penukaran
Kecekapan pengeluaran besar-besaran mencapai 25.4%(SunPower Maxeon 7),rekod makmal 26.8%, menghampiri28.7% had teori;
PERC tidak berubah pada23.5%. Pekali suhu TOPCon ialah-0.29%/ darjah, dwimuka85%+meningkatkan hasil tenaga oleh20%, kadar degradasi<0.4% per year, pengekalan kuasa 30 tahun87%.
Had Teori
Sempadan Fizikal PERC berhablur-Mono
Sel PERC mono-berhablur, berdasarkan wafer jenis P-, mempunyai had kecekapan teori sebanyak 24.5% (had Shockley-Queisser).
Nilai ini ditentukan oleh jurang jalur silikon (1.1 eV) dan padanan spektrum suria.
Dalam pengeluaran besar-besaran, doping boron membawa kepada boron-kompleks oksigen (B-O) menyebabkan-degradasi teraruh cahaya (LID), dengan kehilangan kecekapan-tahun pertama sebanyak 2-3%.
