Mono{0}}kristallijne PERC-modules ondergaan een typische degradatie in het eerste- jaar van 3% (gemeten gemiddelde 1,92%) als gevolg van boor-zuurstof (B-O) complexe defecten, wat leidt tot aanzienlijk verlies aan energieopwekking gedurende de levenscyclus;
terwijl N-type TOPCon, dat fosfor-gedoteerde wafers gebruikt, het BO-LID-mechanisme vermijdt, waardoor degradatie in het eerste- jaar wordt bereikt<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Uit Yinchuan-demonstratiegegevens blijkt: onder gelijkwaardige bestraling degraderen TOPCon-modules minder dan 37% van de PERC-modules na 6000 uur.
TOPCon's tunneloxidelaag en poly{0}}siliciumpassiveringsstructuur onderdrukken tegelijkertijd oppervlakterecombinatie,resulterend in een door laboratoriumlicht-geïnduceerde afbraaksnelheid van slechts 0,26%.
Een lagere degradatie gecombineerd met een conversie-efficiëntievoordeel van 24%-26% zorgt ervoor dat TOPCon dit kan bereikenVermogenswinst van 3 tot 5 jaar die de initiële kostenpremie dektin grootschalige energiecentrales, waarbij de selectielogica van hoog-efficiënte modules wordt hervormd.
Oorzaken
Vorming en activering van boor-zuurstofcomplexen
Het kernmechanisme van LID is de vorming van boor-zuurstofcomplexen (B-O) onder verlichting. In wafers van het P--type die zijn gedoteerd met boor, combineren booratomen met interstitiële zuurstof om onstabiele B-O-defecten te vormen:
· Vorming Conditie: Under illumination intensity >Bij een temperatuur van 1 mW/cm² komt het boor-zuurstofcomplex in een actieve toestand (toestand B), waardoor de levensduur van minderheidsdragers afneemt van 1000 μs naar minder dan 500 μs.
· Temperatuurinvloed: Voor elke temperatuurstijging van 10 graden neemt de vormingssnelheid van het B-O-complex twee tot drie keer toe. Bij 75 graden is de LID-degradatiesnelheid van PERC-modules bijvoorbeeld 4,7 keer zo hoog als bij 25 graden.
· Verschil in zuurstofgehalte: Mono-kristallijn silicium, gekweekt met behulp van kwartskroezen, heeft een hoog zuurstofgehalte van 10-14 ppma, terwijl multi-kristallijn silicium uit gieten slechts 1-2 ppma heeft. Dit leidt tot een 2-3 keer hogere LID-degradatie bij mono-Si vergeleken met multi-Si.
Procesparameterversterkingseffect op DEKSEL
Celproductieprocessen hebben een directe invloed op de activiteit van B-O-complexen:
·Sintertemperatuur: When sintering peak temperature >Bij een temperatuur van 850 graden diffundeert waterstof uit de passivatielaag in het siliciumsubstraat, gecombineerd met boor om omkeerbare defecten te vormen. Experimenten tonen aan dat voor elke 50 graden stijging van de sintertemperatuur de afbraaksnelheid van LeTID met 0,8% toeneemt.
·Metaalverontreiniging: Onzuiverheden uit ijzer (Fe) combineren met boor om Fe-B-paren te vormen, die onder verlichting uiteenvallen in Feⁱ en Bⁱ⁰, waardoor extra recombinatiecentra ontstaan.. 1 ppm ijzerverontreiniging kan de afbraak van het deksel met 0,5% verhogen.
·Onvoldoende waterstofpassivering: Wanneer het waterstofgehalte in de passivatielaag (bijv. AlOx/SiNx) aanwezig is<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.
Correlatie tussen celstructuur en DEKSELgevoeligheid
Verschillende celstructuren vertonen significante verschillen in de LID-respons:
·PERC-cellen: De achterste passivatielaag verhoogt de lichtabsorptie met lange{0}} golflengten, wat leidt tot een hogere dragerconcentratie en verbeterde B-O-complexactiviteit. Uit metingen blijkt dat de degradatie van PERC LID 1,8 keer zo groot is als die van conventionele Al-BSF-cellen op het achteroppervlak van aluminium.
·TOPCon-cellen: Wanneer de dikte van de tunneloxidelaag (SiOx) wordt geregeld op 1,5 nm, is de recombinatiesnelheid van het oppervlak<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Heterojunctie (HJT) cellen: De amorfe siliciumpassiveringslaag introduceert extra defecten, maar 90% van de grensvlaktoestanden kunnen worden gerepareerd door waterstofgloeien, waardoor de LID-degradatie onder de 0,3% blijft.
Omgevingsfactoren en dynamische respons van LID
Mechanismen van de buitenomgeving die de LID versnellen:
·UV-straling: 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 kWh/m², PERC-modules ervaren een extra 0,7% DEKSEL.
·Hoge temperatuur en vochtigheid: Onder omstandigheden van 85 graden/85% RV veroorzaakt het binnendringen van vocht hydrolyse van boor{2}}zuurstofcomplexen, waarbij mobiele ionen worden gegenereerd en de diffusie van het recombinatiecentrum wordt versneld. De vochtige hittetest (1000 uur) veroorzaakte een verslechtering van de PERC-module LID met 1,2%.
·Mechanische spanning: Spanning bij het inkapselen van modules veroorzaakt micro-scheurtjes in wafers. Zuurstofconcentratiegradiënten aan de scheurpunten veroorzaken lokale vorming van B-O-complexen. Tijdens thermische cyclische tests (-40 graden ~85 graden) hadden gebarsten modules een 0,9% hogere LID-degradatie dan intacte modules.
Gegevens-Gebaseerd LID-voorspellingsmodel
Op natuurkunde-gebaseerde LID-voorspellingen is de integratie van multi-dimensionale parameters vereist:
·Belangrijkste variabelen: Boorconcentratie (B), Zuurstofconcentratie (O), Effectieve dragerconcentratie (Δn), Temperatuur (T).
·Empirische formule: LID-afbraaksnelheid (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), waarbij Ea=0.85eV (activeringsenergie van boor-zuurstofrecombinatie), k de constante van Boltzmann is.
·Metingsverificatie: Statistieken over 1000 PERC-cellen tonen een fout in de voorspelling van de formule<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Vergelijking van degradatiepercentages
Laboratoriumlicht-Testomstandigheden en gegevens voor geïnduceerde afbraak
Gestandaardiseerde LID-laboratoriumtestprocedure:
·Verlichting dosis: 5 kWh/m² (AM1.5G spectrum, 1000 W/m² intensiteit)
·Temperatuurregeling: 25 graden constante temperatuur
·Testduur: Continue verlichting gedurende 100 uur
Technologische verbetering
Alternatieven voor boordoping
Wortelprobleem: P-type PERC-cellen lijden in het eerste- jaar aan degradatie tot 3% (laboratoriumgegevens) als gevolg van boor-zuurstofcomplexen (BO-LID).
Oplossingen:
·Gallium (Ga) Doping: Vervang borium door gallium als doteringsmiddel, waarbij de BO-LID-reactieroute wordt vermeden. De segregatiecoëfficiënt van gallium (0,35) is lager dan die van boor (0,8), waardoor aanpassing van de thermische veldverdeling vereist is:
o Kristalgroeitemperatuur: 1450 graden → 1520 graden (vermindert Ga-vervluchtiging)
o Radiale temperatuurgradiënt:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Gemeten effect: Degradatie van de deksel is verminderd van 3% naar 0,7%, maar fluctuatie van de weerstand ±12%.
·Indium (In) Co-doping: Boron-indiumco-doping (B: In=10:1) vermindert de zuurstofoplosbaarheid verder:
o Zuurstofgehalte: 10ppma → 5ppma
o Levensduur van minderheidsdragers: 500μs → 800μs
o Kostenstijging: Waferprijs verhoogd met $0,005/W.
Gloeiproces:
·Gloeien op lage-temperatuur (LTA):
o Temperatuur: 200 graden → 300 graden
o Tijd: 10 minuten → 30 minuten
o Effect: Activeert de passivatie van waterstof, repareert boor-zuurstofdefecten
o Gegevens: Degradatie van PERC-celdeksels is verminderd met 0,5%.
Passiveringslaag-upgrade
Oppervlaktepassiveringstechnologie:
·AlOx/SiNx-stapel:
o Diktecontrole: AlOx 3 nm + SiNx 80 nm
o Oppervlakterecombinatiesnelheid:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Passiveringsoptimalisatie aan de achterkant:
·SiNx-dikteaanpassing:
o Conventioneel: 120 nm → Geoptimaliseerd: 150 nm
o Effect: Vermindert boordiffusie naar achteren, onderdrukt LeTID
o Resultaat: LeTID-degradatie verminderd van 1,17% naar 0,3%.
Conversie-efficiëntie
De massaproductie-efficiëntie bereikt 25,4%(SunPower Maxeon 7),laboratoriumrecord 26,8%, het naderen van deTheoretische limiet van 28,7%;
PERC stagneert23.5%. De temperatuurcoëfficiënt van TOPCon is-0,29%/graad, tweezijdigheid85%+het verhogen van de energieopbrengst door20%, degradatiesnelheid<0.4% per year, 30 jaar stroombehoud87%.
Theoretische grenzen
Fysieke grens van mono{0}}kristallijne PERC
Mono-kristallijne PERC-cellen, gebaseerd op wafers van het P--type, hebben een theoretische efficiëntielimiet van 24,5% (Shockley-Queisser-limiet).
Deze waarde wordt bepaald door de bandafstand van silicium (1,1 eV) en de match van het zonnespectrum.
Bij massaproductie leidt boordoping tot boor-zuurstofcomplexen (B-O) die door licht-geïnduceerde afbraak (LID) veroorzaken, met een efficiëntieverlies in het eerste- jaar van 2-3%.
