Het oplossen van PERC Performance Issues met behulp van Gallium-gesjoet

- Nov 09, 2020-

Bron: ecogeneration.com.au


Gallium-doped silicon wafer


Deskundigen hebben consequent gewezen op de uitdagingen waarmee PERC-technologie kort na de installatie wordt geconfronteerd met mogelijke degradatieeffecten. LONGi Solar heeft gewerkt aan het aanpakken van het probleem van licht-geïnduceerde afbraak (LID) in PERC cellen en modules om afbraak problemen te voorkomen en bieden de beste kwaliteit modules.

In de afgelopen jaren, een andere zonnecel / module efficiëntie degradatie fenomeen heeft de aandacht van iedereen getrokken: licht en verhoogde temperatuur geïnduceerde afbraak, of LeTID.

LeTID wordt verondersteld te worden veroorzaakt door interactie tussen metaal onzuiverheid en waterstof in wafers. Met gallium-gedrogeerde wafers is het gemakkelijker om LeTID in zonnecellen te controleren, omdat er geen noodzaak is om overmatige waterstof in celverwerking in te voeren om LID te beperken zoals vereist voor boor-gedopte wafers.

Door licht veroorzaakte afbraak wordt over het algemeen beschouwd als veroorzaakt door een boor-zuurstofcomplex gevormd onder lichtverlichting, wat de efficiëntie en het vermogen van zonnecellen na verloop van tijd na de installatie vermindert. Om LID te beperken, u de zuurstofconcentratie in wafers verlagen of boor (B) vervangen door andere dopants, zoals gallium (Ga). Onderzoek uitgevoerd door het Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH) en LONGi heeft aangetoond dat Ga-doping en lage zuurstof wafers effectief zijn, zoals aangetoond in figuur 1.

Met procesoptimalisatie bij ingot pulling en cel productie stadia, zonnecellen gemaakt met Ga-doped wafers aangetoond efficiëntie verbeteringen van tussen 0,06-0,12% (abs) in vergelijking met B-geslepen wafers.

Door grondig onderzoek en testen concludeerden de technologie-experts van LONGi dat LID- en LeTID-problemen effectief konden worden opgelost door het gebruik van gallium-gedopte monokristallijne siliciumwafels in combinatie met celprocescontrole, zonder de noodzaak van regeneratie (lichte injectie of elektrische injectie) behandeling.

Vergeleken met boor-gedrogeerde siliciumwafers, gallium-gedrogeerde siliciumwafers kunnen de efficiëntie van PERC cellen verbeteren. Er is geen boor-zuurstof complex in gallium-gesedoomde PERC cellen, dus er is niet het gebruikelijke fenomeen van boor-zuurstof DEKSEL. In de recente whitepaperGallium-gesedrogeerd monokristallijn silicium lost het probleem van het LID van een PERC-module volledig op, heeft LONGi haar bevindingen over het onderwerp samengevat, ondersteund door verwante studies. Onderzoek wijst er sterk op dat de toepassing van gallium-gedrogeerde siliciumwafels effectief het oorspronkelijke LID kan verzachten waar cellen met boor-gesedoomde p-type siliciumwafels al lang last van hebben.

Het LONGi-team voerde een LID-test uit van gallium-gedipte en boor-gedipte PERC-cellen. De test gebruikte LONGi's in massa geproduceerde bifaciale PERC-cellen (die een celefficiëntie van ongeveer 22,7% hadden). Hieronder volgt een deel van het testschema, met inbegrip van het testitem, het type en de hoeveelheid cellen.

Testresultaten

1zon, 75°C:Om de LeTID volledig weer te geven, heeft LONGi een testtemperatuur van 75°C vastgesteld. Figuur 2 toont de 264-uurs testresultaten bij 1zon, 75°C. De boor-gedipte cel degradeert tot een maximum van 2,3% bij 8 uur en herstelt vervolgens naar een stabiele waarde van 1,3% bij 96 uur. De afbraakwaarde van gallium-gedrogeerde cellen is in principe stabiel op 96 uur op 1,2%, en vervolgens langzaam afgebroken tot 1,3% (216 uur) en vervolgens enigszins hersteld.

×10zonen, >100°C:Het LeTID-proces kan worden versneld door ×10zonen, >100°C. De testresultaten van gallium-gedumpte PERC-cellen volgens deze methode worden weergegeven in figuur 3. Met behulp van deze testmethode, de gallium-gesjoepte cel ook ervaren een proces van eerste vernederende en vervolgens terug te keren naar de stabiliteit. De degradatie bereikte de maximale waarde van 1,05% op 5 minuten en begon te stabiliseren op een vrij laag niveau van 0,3% op 90 minuten.

Resultaten ondersteund door onafhankelijk onderzoek

Tine U. Naerland van de Arizona State University (samen met andere onderzoekers) bestudeerde de minderheid drager levensduur afbraak van indium-doped, gallium-doped en boor-doped silicium wafers zonder onzuiverheden bij kamertemperatuur 25 °C, zoals blijkt uit figuur 4.

Men kan zien dat de levensduur van de minderheidsdrager van gallium-gedrogeerde siliciumwafers in principe een constante waarde van ongeveer 300μs na 10 handhaaft4s licht blootstelling, terwijl die van boor-gedrogeerde en indium-gedrogeerde silicium wafers continu en sterk degraderen. Daarom is de gallium-gedrogeerde siliciumwafer onder lage temperatuur relatief stabiel en heeft in principe geen degradatie. In het geval van daadwerkelijke blootstelling aan de buitenlucht zal de werktemperatuur van de cel echter meer dan 60°C bedragen en zal de galliumcel ook een zekere mate van LeTID hebben onder de werking van de temperatuur. Haar onderzoek is duidelijk een aanvulling op LONGi's testresultaten van het DEKSEL van gallium-gesedrogeerde PERC cellen en geregenereerde boor-gedumpt PERC cellen bij verschillende temperaturen.

Een ander gerelateerd onderzoek is gemaakt door Nicholas Grant en John Murphy van de Universiteit van Warwick, die onlangs bestudeerd de levensvatbaarheid van indium doping en vond dat de relatief diepe acceptor niveau beperkt zijn potentieel. "Gallium-gedrogeerd silicium heeft aangetoond zeer stabiele en hoge levensduur wanneer onderworpen aan uitgebreide verlichting. Er zijn ook geen bekende schadelijke recombinatie actieve gebreken," zei Grant in een recente interactie met een toonaangevende zonne-industrie tijdschrift.

De toepassing van gallium-gedrogeerde siliciumwafers kan effectief verzachten de eerste LID van waaruit cellen met behulp van boor-gedrogeerde p-type silicium wafers hebben lang geleden. Daarom vereist gallium-gedrogeerd silicium niet de extra stabilisatiestappen die worden gebruikt om afbraak te beperken, in tegenstelling tot de boor-gedrogeerde status quo. De gemiddelde efficiëntie van gallium-gedrogeerde cellen is 0,09% hoger dan die van boor-gedrogeerde cellen.

"Mijn team uitgevoerd stabilisatie testen en geen significante afbraak van de PERC zonnecellen met behulp van gallium-gedrogeerde silicium substraat werd waargenomen," zei hij. "Daarentegen hebben we een significante afbraak waargenomen voor een gelijkwaardige PERC-zonnecel met een siliciumsubstraat met boor onder dezelfde experimentele omstandigheden."