Lähde: www.intechopen.com/books/solar-cells/industrial-silicon-solar-cells
Kirjoittanut Mehul C.Raval ja Sukumar Madugula Reddy
Lähetetty: 4. lokakuuta 2018 Arvioitu: 29. tammikuuta 2019 Julkaistu: 15. toukokuuta 2019
DOI: 10.5772 / intechopen.84817
Abstrakti
Luvussa esitellään teollisen pii-aurinkokennojen valmistustekniikat sen nykyisessä tilassa. Kaupallisia p-tyypin ja korkean hyötysuhteen n-tyypin aurinkokennorakenteita keskustellaan ja verrataan, jotta lukija voi saada etukäteen teollisuuden aurinkokennot. Esitetään lyhyt yleiskuva erilaisista prosessivaiheista tekstuurista silkkipainettuun metallointiin. Yksikiteisten ja monikiteisten piikiekkojen teksturointiprosesseja on tarkasteltu viimeisimmillä prosesseilla. Diffuusion ja heijastamattoman päällysteen kerrostamisen lämpöprosesseista on esitetty yleiskuva. Hyvin vakiintunut seulapainatusprosessi aurinkokennojen metallointiin otetaan käyttöön nopealla polttovaiheella koskettimien sintraamiseksi. Otetaan käyttöön aurinkokennojen IV testaus erilaisilla parametreillä aurinkokennojen karakterisointia varten. Keskustellaan myös eri prosessien ja laitevalmistuksen viimeaikaisesta kehityksestä sekä odotettavissa olevista tulevista suuntauksista.
Avainsanat
pii
aurinkokennot
valmistus
monikiteinen
yksikiteinen
kuviointi
1. Esittely
Aurinkosähkö on tärkeä uusiutuva energialähde, joka on kasvanut nopeasti 8 GW: sta vuonna 2007 400 GW: iin vuonna 2017 [1]. Kasvavan kysynnän ohella aurinkosähköjärjestelmän kustannuslaskenta on myös pudonnut merkittävästi vuoden 1980 35,7 dollarista / Wpin-arvosta 0,34 dollariin / Wpin-vuoteen 2017, mikä nopeuttaa sen käyttöönottoa [2]. Pii (Si), joka on tärkeä mikroelektroniikkateollisuuden materiaali, on ollut 1950-luvulta lähtien myös laajalti käytetty aurinkokennojen irtomateriaali, jonka markkinaosuus on> 90% [2]. Luvussa esitellään tyypilliset vaiheet kaupallisten pii-aurinkokennojen valmistamiseksi. Lyhyt historia aurinkokennoista ja ylikuva piisubstraattityypeistä sekä aurinkokennojen erilainen arkkitehtuuri esitellään osissa 2 ja 3. Myöhemmin valmistuksessa käytetyt märkäkemian ja korkean lämpötilan vaiheet kuvataan osioissa 4 ja 5. Luvussa 6 käsitellään metallointiprosessia sekä tyypillisiä karakterisointiparametreja kaupallisille aurinkokennoille. Lopuksi tulevasta etenemissuunnitelmasta ja odotettavissa olevista trendeistä keskustellaan loppuosassa.
2. Aurinkokennojen kehitys
'Aurinkosähkövaikutus' tarkoittaa kirjaimellisesti jännitteen muodostumista valolle altistettaessa. Tämän ilmiön havaitsi ensimmäisen kerran ranskalainen fyysikko Edmund Becquerel sähkökemiallisessa kennossa vuonna 1839, kun taas brittiläiset tutkijat WGAdams ja REDay havaitsivat sen seleenistä valmistetussa kiinteän tilan laitteessa vuonna 1876 [3]. 1950-luvulta lähtien kaupallisten aurinkokennojen suorituskyky kehittyi nopeasti<: stä 1%: iin>: seen; 23% [2], ja pii on ollut aurinkosähköteollisuuden "työhevonen" vuodesta sitten. Pii-aurinkokennojen kehitys on esitetty kuvassa 1.
Kuva 1. Piin aurinkokennojen kehitys. (a) 1941: Aurinkokenno, johon on ilmoitettu kasvanut risteys, kemiallisesti kuvioitu pinta [3].
Ensimmäiset pii-aurinkokennot, jotka Russell Ohl osoitti Bell Laboratoriesista 1940-luvulla, perustuivat luonnollisiin liitoksiin, jotka muodostuivat epäpuhtauksien erottelusta uudelleenkiteytysprosessin aikana [3]. Kennojen hyötysuhde oli&1% johtuen puutteellisesta valvonnasta risteyksen sijaintia ja piimateriaalin laatua. Ohlin antamaa nimikkeistöä alueiden nimeämiseksi (p-tyyppi: puoli, joka on valaistus, ja n-tyyppi: toinen puoli) käytetään sittemmin aurinkokennojen nimeämiskäytäntöihin.
1950-luvulla piipitoisten lisäaineiden korkean lämpötilan diffuusioprosessi kehittyi nopeasti. Bell Laboratoriesin henkilö, Fuller ja Chaplin osoittivat 4,5-prosenttisen tehokkaan aurinkokennon litiumpohjaisella dopingilla, joka parani 6 prosenttiin booridiffuusiolla. Aurinkokennolla oli 'ympäröivä' rakenne (Kuva 1 (b)) molemmilla koskettimilla takapuolella varjostushäviöiden välttämiseksi, mutta johti suurempiin resistiivisiin häviöihin ympäröivän rakenteen vuoksi. Vuoteen 1960 mennessä solurakenne kehittyi kuvan mukaisestiKuva 1 (c). Koska sovellus kohdistui avaruuden tutkimuksiin, käytettiin suurta 10Ω cm: n resistiivistä substraattia maksimaalisen säteilyresistanssin saamiseksi. Tyhjiöhöyrystettyjä koskettimia käytettiin molemmin puolin, kun taas piimonoksidipäällystettä käytettiin heijastamattomana pinnoitteena (ARC) etupuolella (FS) [3].
1970-luvun alussa havaittiin, että alumiinin sintraus takapuolella paransi solun suorituskykyä muodostamalla voimakkaasti seostettua rajapintaa, joka tunnetaan nimellä "takapinnan kenttä (Al-BSF)" ja parantamalla epäpuhtauksia [3]. Al-BSF vähentää kantajien rekombinaatiota takapuolella ja parantaa siten jännitettä ja pitkän aallonpituuden spektrivastetta. Hienempien ja lähellä olevien sormien toteuttaminen vähensi liitosdopingin vaatimusta ja eliminoi kuolleen kerroksen. Titaanidioksidin (TiOx) käytettiin ja sen paksuus valittiin vähentämään heijastusta lyhyemmillä aallonpituuksilla ja antoi aurinkokennoille violetin ulkonäön. Lisäparannuksia tehtiin kouruttamalla vohvelit käyttämällä (100) kiekkojen anisotrooppista syövytystä (111) pintojen paljastamiseksi. Tekstuuraus johti parempaan valon loukkuun ja antoi soluille tumman samettisen ulkonäön. Parannettu soluarkkitehtuuri on esitettyKuva 1 (d). Vuonna 1976 Rittner ja Arndt osoittivat maanpäällisiä aurinkokennoja, joiden hyötysuhde lähestyi 17% [3].
Passiivinen emitteri-aurinkokenno (PESC) saavutti 20 prosentin hyötysuhteen virstanpylvään vuosina 1984–1986. Metalli / piin kosketuspinta-ala oli vain 0,3% PESC-soluissa, kun taas kaksikerroksinen ARn ZnS / MgF2käytettiin molemmissa solurakenteissa. Vuonna 1994 osoitettiin passivoidun emitterin takana paikallisesti diffundoitu (PERL) solu, jonka hyötysuhde oli 24% [3]. Verrattuna PESC-soluun, PERL-solulla oli käänteiset pyramidit FS: llä parempaan valoon kiinnittymiseen ja oksidipohjaiseen passivointiin molemmin puolin. Takaosan oksidipassivointikerros paransi myös pitkän aallonpituuden sisäistä heijastavuutta ja siten spektrivastetta.
Kehittyvien aurinkokennoarkkitehtuurien lisäksi valmistusalalla on myös jatkettu kehitystä lisääntyneen tuotannon, parempien prosessivaiheiden ja alentuneiden kustannusten suhteen. Lyhyt katsaus Si-substraattien ja erityyppisten aurinkokennojen valmistukseen annetaan seuraavassa osassa.
3. Kaupalliset pii-aurinkokennotekniikat
Si on maapallon toiseksi yleisin materiaali hapen jälkeen ja sitä on käytetty laajalti puolijohdeteollisuudessa. Metallurginen pii (Mg-Si), jonka puhtaus on 98%, saadaan kuumentamalla kvartsia (Si02) hiilellä korkeissa lämpötiloissa 1 500 - 2 000 [4]. Mg-Si puhdistetaan edelleen, jotta saadaan aurinkoluokan piipaloja, joiden puhtaus on 99,99%. Puhdistetut aurinkoluokan Si-palat prosessoidaan sitten edelleen Si-harkojen monokiteisten ja monikiteisten muotojen saamiseksi, jotka ovat suuri piin massa. Yksikiteisessä Si: ssä atomit on järjestetty samaan kidesuuntaan koko materiaaliin. Aurinkokennoille (100) suuntaus on edullinen, koska se voidaan helposti kuvioida pinnan heijastuksen vähentämiseksi [5]. Monikiteisellä Si: llä, kuten nimestä voi päätellä, on useita Si-materiaalirakeita eri suuntiin, toisin kuin yksikiteiset substraatit. Yksikiteisellä materiaalilla on suurempi vähemmistökantajan elinikä verrattuna monikiteiseen Si: hen ja siten korkeammat aurinkokennotehokkuudet tietyllä aurinkokennotekniikalla.
Czochralski (Cz) -menetelmää yksikiteisten Si-harkkojen valmistamiseksi on kuvattu kuvassa 2 (a). Erikoispuhdasta sulaa piitä, jossa on lisäainetta, pidetään sulamispisteen yläpuolella ja sitten siemenkide vedetään hyvin hitaalla nopeudella, jotta saadaan harkko, jonka halkaisija on jopa 300 mm ja pituus 2 m [6]. Sulaa piitä voidaan seostaa joko p- tai n-tyyppisillä lisäaineilla tietyn tyyppisen yksikiteisen Si-harkon saamiseksi enintään 200 kg [2]. Valanteista sahattuilla kiekoilla on pyöreät reunat, ja siksi muotoa kutsutaan "psuedo-neliöksi". Monikiteisiä piiharkkoja valmistetaan sulattamalla erittäin puhdasta Si: tä ja kiteyttämällä ne suuressa upokkaassa suunnatulla kiinteytysprosessilla [7], kuten kuvassa 2 (b) on osoitettu. Menetelmällä ei ole vertailukiteen suuntaa, kuten Cz-prosessilla, ja muodostaa siten eri suuntaa sisältävän piimateriaalin. Tällä hetkellä monikiteiset Si-harkot painavat> 800 kg [2], jotka sitten leikataan tiiliksi ja kiekot sahataan edelleen.
Yksikiteisten ja monikiteisten kiekkojen nykyinen koko aurinkokennojen valmistukseen on 6 tuumaa × 6 tuumaa. Yksikiteisten kiekkojen pinta-ala on hieman pienempi johtuen näennäisen neliön muodosta. Yleisimmin käytetty aurinkokennojen perusmateriaali on boorilla seostettuja p-tyypin Si-substraatteja. N-tyypin Si-substraatit, joita käytetään myös korkean hyötysuhteen aurinkokennojen valmistamiseen, mutta niillä on teknisiä lisähaasteita, kuten tasaisen dopingin saaminen harkoa pitkin p-tyyppisiin substraatteihin.
Kuva 2. Kuva (a) Cz-prosessista yksikiteisissä harkoissa ja (b) suunnattu kiinteytysprosessi monikiteisistä harkoista.
Laaja erilaisten aurinkokennotyyppien luokitus yhdessä tehokkuusalueiden kanssa on esitetty kuvassa 3. Standardi alumiininen takapintakenttätekniikka (Al-BSF) on yksi yleisimmistä aurinkokennotekniikoista suhteellisen yksinkertaisen valmistusprosessinsa vuoksi. Se perustuu täydelliseen takapuolen (RS) Al-kerrostumiseen silkkipainatusprosessilla ja ap + BSF: n muodostumiseen, mikä auttaa karkottamaan elektroneja p-tyypin substraatin takapuolelta ja parantamaan solujen suorituskykyä. Al-BSF-aurinkokennojen valmistusvirta on esitetty kuvassa 4. Kaupallisten aurinkokennojen vakiomuoto on ruudukkokuvioinen FS ja koko alueen RS-koskettimet.
Kuva 3.Eri tyyppisten aurinkokennojen laaja luokittelu.
Kuva 4.Al-BSF-aurinkokennojen valmistusvirta.
Passivoidun emitterin takakoskettimen (PERC) aurinkokenno parantaa Al-BSF-arkkitehtuuria lisäämällä takaosan passivointikerroksen takaosan passiivisuuden ja sisäisen heijastuksen parantamiseksi. Alumiinioksidi on sopiva materiaali RS-passivointiin, ja keskimääräinen aurinkokennotehokkuus on lähes 21% tuotannossa [8]. Olemassa oleva Al-BSF-aurinkokennolinja voidaan päivittää PERC-prosessiin kahdella lisätyökalulla (RS-passivointikerroksen kerrostaminen ja laser paikalliselle kontaktiaukolle RS: llä).
Loput kolme soluarkkitehtuuria ovat pääasiassa korkeamman hyötysuhteen tekniikoita, jotka perustuvat n-tyyppisiin Si-substraatteihin. A-Si-heteroyhdyskennon aurinkokennossa on n-tyypin Si-substraatin FS: ssä ja RS: ssä a-Si-kerrokset muodostamaan 'heteroyhteyksiä' toisin kuin tavanomainen korkean lämpötilan diffuusioon perustuva pn-liitos. Tällainen tekniikka mahdollistaa käsittelyn alemmissa lämpötiloissa, mutta on erittäin herkkä pintaliitäntöjen laadulle. a-Si-pohjaisen heterojunction aurinkokennon valmisti kaupallisesti Sanyo Electric, jonka nyt Panasonic ottaa haltuunsa [9]. Digitaalisen takakontaktin (IBC) aurinkokennorakenteessa molemmat koskettimet ovat läsnä takapuolella eliminoimalla FS-koskettimien varjostushäviöt. IBC-aurinkokennoille tyypillisesti risteys tulee myös takaosaan. Yksi varhaisista korkean hyötysuhteen n-tyypin IBC-aurinkokennojen valmistajista on SunPower Corporation [10]. Kaksisuuntaiset solut, kuten nimestä voi päätellä, voivat kaapata valoa aurinkokennojen molemmilta puolilta. Tämä tarkoittaa, että takapuolella on myös ristikkokoskettimet valon keräämisen mahdollistamiseksi. Esimerkki kaksisuuntaisesta tekniikasta on BiSON-aurinkokenno, jonka ISC, Konstanz, on kehittänyt ja markkinoinut [11]. On huomattava, että ilmoitettu luokitus ei ole tyhjentävä luettelo erilaisista muista aurinkokennoarkkitehtuurityypeistä, jotka ovat R& D-vaiheessa, lähellä kaupallistamista tai joita jo valmistetaan. Seuraavissa osioissa annetaan yleiskuva prosessivaiheista Al-BSF-aurinkokennojen valmistamiseksi.
4. Märän kemian prosessit aurinkokennojen valmistusta varten
Märäkemiaan perustuva käsittely on tärkeä vaihe aurinkokennojen prosessoinnissa sahavaurioiden poistamiseksi (SDR) leikattuihin kiekkoihin, pintakuviointi tulevan auringon säteilyn imeytymisen lisäämiseksi ja reunojen eristäminen diffuusion jälkeen. Kuten edellisessä osassa keskusteltiin, aurinkokennojen valmistukseen käytetään pääasiassa yksikiteisiä ja monikiteisiä piikiekkoja. Märkä-kemiaan perustuvaa käsittelyä vastaaville kiekkoille keskustellaan etukäteen.
4.1 Yksikiteisten piikiekkojen tekstuuri
Kuten osassa 2 todettiin, aurinkokennojen kehittäminen alkoi pääasiassa yksikiteisillä kiekoilla ja siten käytti vakiintuneita menetelmiä mikroelektroniikan alalta. KOH / NaOH: aan perustuvaa emäksistä anisotrooppista syövytystä käytetään yksikiteisten kiekkojen pyramidilaiseen tekstuuriin. Leikatun yksikiteisen kiekon painotetun keskimääräisen heijastuskyvyn on> 30% (yli aallonpituudella 300–1 200 nm), joka laskee 11–12%: iin teksturointiprosessin jälkeen. Tyypillinen emäksisen kuvioidun pinnan morfologia on esitetty kuvassa 5. Anisotrooppinen syövytysliuos syövyttää kiekkojen (100) pinnan paljastaakseen (111) kasvot, joilla on suurempi piiatomien tiheys ja siten hitaampi etsausnopeus verrattuna ( 100) kasvot. Tämän seurauksena muodostuu satunnaisia pyramidirakenteita, jotka muodostavat 54,7 ° kulman kiekkojen pintaan nähden.
Kuva 5. Tyypillinen emäksisen tekstuurisen yksikiteisen kiekon pintamorfologia.
Tyypilliset emäksisen teksturointiprosessin parametrit on esitetty taulukossa 1. On huomattava, että eri parametrien arvot ovat suuntaa-antavia eikä niitä pidä pitää absoluuttisina, koska markkinoilla on useita lisäaineiden valmistajia. Isopropyylialkoholia (IPA) käytettiin alun perin lisäaineena teksturointiliuoksessa, joka ei osallistu syövytysreaktioon, mutta toimii kostutusaineena parantamaan teksturointiprosessin homogeenisuutta estämällä H2-kuplien (syntyvät reaktion aikana) tarttumisen piipinta [12]. Vuoteen 2010 mennessä IPA korvattiin vähitellen vaihtoehtoisilla lisäaineilla sellaisten haittojen takia kuin epävakaa pitoisuus, koska kylvyn lämpötila on lähellä IPA: n kiehumispistettä (82,4 ° C), korkeita kustannuksia, korkeaa kulutusta, terveysriskejä ja räjähtävyyttä [12]. Monet ryhmät ovat julkaisseet kehitystyötä korvaamaan IPA vaihtoehtoisilla lisäaineilla IPA: n haittojen voittamiseksi, prosessiikkunan lisäämiseksi ja pinnan heijastavuuden vähentämiseksi [12,13,14,15,16]. Lisäaineet myös lyhentävät prosessointiajan &: iin 10 minuuttiin ja lisäävät kylvyn käyttöiän&100: een.
Prosessi
KOH / IPA
KOH / lisäaine
KOH (%) | 3 | & 3 |
IPA (%) | 6 | — |
Lisäaine (%) | — | & 2 |
Prosessilämpötila [° C] | & gt; 80 | 70–100 |
Pyramidin koko [μm] | 5–12 | 2–7 |
Prosessiaika [min] | 30–40 | 5–10 |
Orgaaninen sisältö [paino-%] | 4–10 | & 1,0; |
Kiehumispiste [° C] | 83 | & gt; 100 |
Bath elinaikoja | & 15; | & gt; 100 |
Taulukko 1.Prosessin parametrit IPA-pohjaiseen ja lisäainepohjaiseen emäksiseen teksturointiin yksikiteisillä kiekoilla.
Yksikiteisten kiekkojen teksturointiprosessi suoritetaan tyypillisesti '' eränä '', mikä tarkoittaa, että kiekot ladataan kannattimeen, jossa on aukkoja kiekkojen pitämiseksi (100 aukkoa kantoaineessa), ja sitten erä käsitellään peräkkäin kylpyjä varten teksturointi, puhdistus, käsittelyvaiheet orgaanisen jäännöksen ja metallikontaminaation poistamiseksi ja käsiteltyjen kiekkojen kuivaaminen. Kantajat on tyypillisesti päällystetty PVDF: llä, joka kestää erittäin hyvin erilaisia kemikaaleja, hankausta ja mekaanista kulumista. Tyypillinen kantaja monikiteisten kiekkojen käsittelyyn on esitetty kuvassa 6. Eräpintakuviointityökalussa on erilliset kylpyammeet jokaiselle vaiheelle annostelusäiliöillä kylvyssä käytettäville kemikaaleille. Työkalu käsittelee useita kantoaaltoja samanaikaisesti ja voi saavuttaa>: n (6000 kiekkoa / h) läpijuoksun käsittelemällä neljä kantoaaltoa samanaikaisesti.
Kuva 6. Telineet kiekkojen lataamiseksi panostyökalussa. Lähde: RCT solutions GmbH.
4.2 Monikiteisten piikiekkojen tekstuuri
Monikiteiset kiekot tarjoavat kustannusetua verrattuna yksikiteisiin kiekkoihin, ja siksi ne on otettu käyttöön laajemmin. Yksikiteisten kiekkojen teksturoinnissa käytetty alkalinen kemia ei kuitenkaan toimi hyvin monikiteisillä kiekoilla johtuen erilaisten jyväsuuntausten esiintymisestä. HF: lle ja HNO3: een perustuva vaihtoehtoinen hapan kemia kehitettiin sahavaurioiden poistamiseksi ja monikiteisten kiekkojen tekstuuriksi samanaikaisesti [17,18]. Hapan liuokseen perustuva teksturointi toimii huoneenlämpötilaa alhaisemmissa lämpötiloissa ja johtaa siten vähentyneeseen reaktiokaasupäästöön, vähäiseen lämmöntuotantoon, syövytysliuoksen parempaan vakauteen ja etsauksen nopeuden parempaan hallintaan [18]. Monikiteisten kiekkojen emäksisen ja hapan teksturointiprosessin vertailu on esitetty kuvassa 7.
Kuva 7. Emäksisen ja happaman tekstuurin vertailu monikiteisille kiekoille. Heijastuskäyrät SiNx: H: n kerrostamisen jälkeen esitetään myös vertailua varten [17].
Monikiteisen kiekon happama teksturointiprosessi voidaan suorittaa huomattavasti lyhyemmässä ajassa emäksiseen teksturointiprosessiin verrattuna ja voidaan siten toteuttaa "inline" -kokoonpanossa, jossa kiekot viedään syövytyshauteeseen upotettujen telojen läpi. Edustava kuva sisäisestä prosessista yhdessä tyypillisen happaman teksturointiprosessin kanssa on esitetty kuvassa 8. Viiden kaistan kokoonpanossa linjatyökalun läpijuoksu voi olla jopa 4 000 kiekkoa / h. On tärkeää huomata, että syövytysliuoksessa alaspäin oleva kiekkopinta on kuvioitu paremmin kuin yläpinta ja se on "aurinkoinen puoli" jatkokäsittelyä varten. Happama tekstuuriprosessi johtaa huokoisen piin muodostumiseen tekstuuripinnalle, joka absorboi valoa ja lisää myös pinnan rekombinaatiota [18]. Siksi huokoinen pii poistetaan laimealla alkalisella liuoksella. Tämän jälkeen suoritetaan hapan puhdistus (HF + HCl) oksidien ja metallikontaminaation poistamiseksi kiekkojen pinnoilta.
Kuva 8. (a) Edustava sisäinen prosessi viidellä kaistalla ja (b) hapan teksturointiprosessivirta monikiteisille kiekoille.
On tärkeää huomata, että edellä käsitelty hapan teksturointiprosessi soveltuu monikiteisille slurry-wire sahattuille (SWS) kiekoille. Viime vuosina timanttilangan sahaus (DWS) on korvannut lietelankaan perustuvan leikkauksen prosessin ja taloudellisten etujen vuoksi [19]. SWS-monikiteisten kiekkojen sahavauriot ovat enemmän kuin DWS-kiekoilla, joilla on syvät suorat urat ja paljon sileämpi pinta kuin lietelangalla sahattuilla kiekoilla [19]. SWS-kiekkojen sahavaurioilla on tärkeä rooli teksturointiprosessin käynnistämisessä, mitä ei tapahdu DWS-kiekoilla.
DWS: n monikiteisten kiekkojen tekstuuriksi on ehdotettu erilaisia menetelmiä, ja ne on esitetty yhteenvetona taulukossa 2 [20]. Eri menetelmiä virittämällä voidaan saada lähes 0%: n heijastavuus, joten termiä 'musta pii' on käytetty DWS-monikiteisten kiekkojen teksturointiprosessissa. RIE oli ensimmäinen menetelmä mustan piin valmistamiseksi ja se käyttää rikkiheksaflouridia (SF6) reagoimaan Si: n ja kaasujen, kuten Cl2: n ja O2: n kanssa reaktion passivoimiseksi ja rajoittamiseksi [20]. Viime aikoina on osoitettu RIE-pohjaisen teksturointiprosessin avulla kaupalliset multi PERC-aurinkokennot, joiden keskimääräinen hyötysuhde on 21,3%. Koska RIE on tyhjiöpohjainen prosessi, läpäisykyky on pieni verrattuna tyypilliseen sisäiseen prosessiin, ja lisäksi tarvitaan esikäsittelyä ja jälkikäsittelyä sahavaurioiden ja vastaavien ionipommitusten aiheuttamien vaurioiden poistamiseksi. RIE-menetelmän muunnos, joka ei vaadi tyhjiötä tai plasmaa, on toteutettu kaupallisessa työkalussa [22].
Menetelmä
Reagenssit
Naamio
Katalysaattori
Pienin heijastavuus (%)
Reaktiivinen ioni syövytys (RIE) | SF6/O2, SF6/ Cl2/O2, SF6/O2/ CH4 | Ei mitään | Ei mitään | 4.0 |
Plasman upotusioni-istutus (PIII) | SF6/O2 | Ei mitään | Ei mitään | 1.8 |
Lasersäteily | CCl4, C2Cl3F3, SF6Cl2, N2, ilmaa | Ei mitään | Ei mitään | 2.5 |
Plasman syövytys | SF6 | Ag nanopartikkelit | Ei mitään | 4.2 |
Metalli-avusteinen kemiallinen syövytys (MACE) | AgNO3/ HF / HNO3 | Ei mitään | Ag, Au | 0.3 |
Sähkökemiallinen syövytys | HF, EtOH, H2O | Ei mitään | Ei mitään | & 5,0 |
Taulukko 2.Erilaiset menetelmät timanttilangasta sahattujen monikiteisten kiekkojen teksturoimiseksi [20].
Yksi lähestymistavoista DWS-monikiteisten kiekkojen teksturoimiseksi on päivittää olemassa oleva hapan teksturointipohjainen kemia lisäaineilla [23,24,25]. Tällaisella lähestymistavalla voi olla alhaisempi CoO verrattuna MACE-pohjaiseen lähestymistapaan [23]. Tällaisen lisäaineisiin perustuvan lähestymistavan heijastuksen on osoitettu olevan samanlainen kuin tavanomaisessa isoteksterointiliuoksessa, jonka aurinkokennotehokkuus on 18,7% Al-BSF-pohjaiselle rakenteelle [24].
MACE-pohjainen teksturointi on samanlainen kuin tavanomainen happoetsausmenetelmä, jossa on katalyyttisen metallin kerrostamisen lisävaihe. Prosessivirta koostuu SDR: stä, katalyyttimetallipinnoituksesta, kemiallisesta syövytyksestä ja jälkikäsittelystä. Kaupallisille multi-Al-BSF-soluille on saatu hyötysuhteita 19,2% käyttämällä erätyyppistä MACE-teksturointiprosessia [26]. Inline-tyyppinen MACE-pohjainen kaupallinen työkalu on osoitettu mahdollisuudella säätää heijastavuus 12–23%: n alueelle ja saada keskimääräinen hyötysuhde Al-BSF- ja PERC-rakenteelle 18,8 ja 20,2% vastaavasti [27]. MACE-prosessiin perustuvat teksturoidun pinnan edustavat kuvat on esitetty kuvassa 9. Sisäänrakennetun MACE-prosessin omistuskustannukset (CoO) ovat mahdollisesti alhaisemmat kuin eräpohjaiset MACE-prosessit, joilla voidaan vähentää sitä edelleen kierrättämällä Ag tekstuurikylvystä [27].
Kuva 9. MACE-teksturoidut DWS-kiekot, (a) pinta Ravg=12% ja (b) pinta Ravg=22% [27].
4.3 Märkäkemiaan perustuva reunaeristys
Emitterialue aurinkokennossa valmistetaan korkean lämpötilan diffuusioprosessilla (keskustellaan seuraavissa osissa). Diffuusioprosessin aikana fosforisilikaattilasi (PSG) kerrostetaan kiekolle, joka tulisi poistaa ennen ARC-kerroksen kerrostumista. Kuten kuvassa 10 on esitetty, diffuusiovaiheen jälkeen n-tyypin alue on myös kiekon reunoilla ja takapuolella. Reunoilla ja takapuolella oleva n-tyyppinen kerros oikosuljettaa emitterin pohjasubstraatilla, joten on tärkeää syövyttää nämä alueet ja eristää emitteri FS: ssä pohjasubstraatista, kuten kuvassa 10 (c) on esitetty.
Kuva 10. Piikiekon käsittely diffuusion ja reunan eristämisen jälkeen
Reunan eristysprosessi voidaan suorittaa inline-tavalla samalla tavalla kuin edellisessä osassa käsitelty tekstuuriprosessi. Poikkeus tässä tapauksessa on, että kemikaalin tulisi syövyttää vain takaosa ja reunat olematta vuorovaikutuksessa FS: n kanssa. Edustava kuva reunaeristysprosessista on esitetty kuvassa 11. On tärkeää huomata, että rullat ovat läsnä vain pohjan puolella, jotta vältetään syövytysliuoksen kosketus etupuolen kanssa. Seuraavat vaiheet RS-syövytyksen jälkeen ovat samanlaisia kuin inline-teksturointikoneessa.
Kuva 11. Edustava kuva aurinkokennosta inline-reunaneristyskylvyssä.
5. Lämpöprosessit aurinkokennojen valmistukseen
Korkean lämpötilan prosessit ovat tärkeä osa aurinkokennojen valmistusta. Esimerkkejä sellaisista prosesseista ovat pn-liitoksen muodostaminen diffuusiolla, seulapainettujen kontaktien polttaminen, pinnan passivointikerrosten aktivointi tai prosessin aiheuttamien vikojen hehkutus. Lohkossa hahmotetaan emitterin diffuusioprosessin ja plasman tehostetun kemiallisen höyrysaostumisen (PECVD) fysiikkaa.
5.1 Lähettimen diffuusio
Lähettimen diffuusio on yksi tärkeimmistä lämpövaiheista teollisessa aurinkokennovalmistuksessa. Kiteisten p-tyyppisten pii-aurinkokennojen n-tyyppinen emitteri muodostuu fosfori (P) -diffuusiolla. Diffuusioprosessissa Si-kiekot lähetetään uuniin ja altistetaan 800–900 ° C: ssa fosforyylikloridille (POCl3) ja O2: lle, mikä johtaa PSG-kerrostumiseen Si-kiekkojen pinnoille. Tätä vaihetta kutsutaan esipinnoitukseksi, jossa PSG [28] toimii fosforin (P) lisäaineiden lähteenä diffundoitumalla Si-kiekkoon. Seuraava vaihe on sisäänajo, jossa lisäainekaasujen syöttö katkaistaan ja P PSG-kerroksesta diffundoituu edelleen Si-kiekkoon. Hannes etal. [29] kuvaa optimaalisen prosessin toteutettavuuden aurinkosähkösovelluksissa, ja on otettava huomioon kolme erilaista vaikutusta. Ensinnäkin P: n diffuusio PSG: stä ja sen läsnäolo sähköisesti aktiivisissa ja inaktiivisissa tiloissa Si-kiekkossa, mikä lisää Shockley-Read-Hall (SRH) -rekombinaatiota. Toiseksi epäpuhtauksien kerääminen Si-kerrokseen kohti PSG-kerrosta. Lopuksi metallikosketuksen muodostus P-seostetun Si-emitterin kanssa vetää syntyvän tehon.
Diffuusioprosessi kvantifioidaan levyn vastuksella, joka riippuu pn-liitoksen syvyydestä ja P-pitoisuusprofiilista. Levyn vastuksen yksiköt ovat Ω / cm (mitattuna yleisesti Ω / □) ja mitataan nelipisteanturijärjestelmällä. Arkin vastuksen määritelmä on esitetty ekv. (1).
jossa R=suorakulmaisen osan vastus (Ω); ρ=vastus (Ω cm); l=suorakulmaisen osan pituus (cm); A=suorakulmaisen osan alue (cm2); W=suorakulmaisen osan leveys (cm D=suorakulmaisen osan syvyys (cm) ja ρs=vastus tietylle syvyydelle (D), kun l=W (Ω / □).
Aiemmat emitteriarkkiresistanssin arvot olivat 30–60Ω / □, kun pn-liitossyvyydet olivat> 400 nm ja korkea P-pitoisuus. Parannettaessa etupuolen hopea (Ag) -kosteuspastaa, emitterilevyn vastus on nyt alueella 90–110Ω / □ liitossyvyydellä noin 300 nm ja pienemmällä P-pintapitoisuudella. Siirtyminen suurempaan arkkiresistenssiin antaa enemmän valoa UV- ja sinispektrille ja vähentää samalla pinnan rekombinaatiota Vocin parantamiseksi. On huomattava, että diffuusioprosessi tapahtuu FS: ssä (suoraan kaasuille alttiina) ja myös reunoilla ja RS: llä. Jos reunan eristysprosessia ei suoriteta (kuten kappaleessa 4.3 on esitetty), emitteri oikosuljetaan alustan kanssa.
Kuvassa 12 on esitetty POCl3-diffuusioprosessi suljetussa kvartsiputkijärjestelmässä, POCl3 on nestelähde, joka syötetään prosessiputkeen kuplittamalla sitä kantokaasulla N2. Sekoittamalla
Kuva 12. (a) Kaaviokuva erätyyppisestä diffuusioprosessista ja (b) edustava kuva eräkohtaisesta diffuusiolaitteesta. Lähde: centrotherm GmbH.
Si-pinnalla
Kloori, joka on sivutuote esipinnoituksen aikana, puhdistaa kiekot ja kvartsiputken muodostamalla komplekseja metallien kanssa. PSG: tä käytetään lähteenä P-atomien siirtämisessä Si-pintaan. Ajon aikana POCl3 kytkeytyi pois päältä ja vain O2: ta lisätään rakentamaan ohut oksidikerros PSG: n alle P-atomien diffuusion parantamiseksi Si-pintaan.
Diffuusioputken sisällä on viisi lämmitysvyöhykettä, kuten on esitetty kuvassa 13. Vyöhykkeet ovat:
Latausalue (LZ) - alue, josta kiekot ladataan putkeen.
Keskitäyttövyöhyke (CLZ) - alue latausalueen ja keskivyöhykkeen välillä.
Keskivyöhyke (CZ) - putken keskialue.
Keskikaasuvyöhyke (CGZ) - alue keskusvyöhykkeen ja kaasuvyöhykkeen välillä.
Kaasualue (GZ) - alue, josta kaasut liikkuvat pakokaasun kautta.
Kuva 13. Lämpöalueet diffuusioputken sisällä.
Tyypillisesti kunkin lämmitysvyöhykkeen lämpötilaa säädetään niin, että saadaan emitterilevyn tasainen vastus kaikille veneen kiekoille.
Diffuusioprosessin ympäristön tulee olla erittäin puhdas, ja siksi putkiin käytetään kvartsimateriaalia. Putkien puhtaus ja lastausalueen huolto vaikuttavat myös prosessin tuloksiin. Koska kaasufaasidiffuusiossa putkessa ei ole jäännöksiä, se johtaa puhtaampaan prosessiin. Puolitiheyksisellä kuormituksella matalapaineolosuhteissa [31] läpimenoa voidaan lisätä. Yleensä 1 000 kiekkoa ladataan yhteen putkeen ja viidellä diffuusioputkella erätyyppiseen diffuusiojärjestelmään, aurinkokennojen valmistuksessa voidaan saavuttaa jopa 3800 kiekkoa / h.
Inline-diffuusiojärjestelmää, jossa kiekkoja kuljetetaan hihnalla, fosforihapolla P-lisäaineiden lähteenä, käytettiin myös kaupallisessa tuotannossa [32]. Inline-prosessiin verrattuna eräprosessi on kuitenkin puhtaampi, vaikuttavampi ja vaikuttavampi. N-tyyppisten aurinkokennojen tai kehittyneiden aurinkokennokonseptien, kuten PERT, p-tyyppinen erädiffuusio perustuu boorin (B) lisäaineiden lähteisiin, kuten booritribromidi (BBr3) [33,34].
5.2 Heijastamaton pinnoite (ARC)
Paljas Si-pinta heijastaa> 30% valotapahtumasta. Kuten kappaleessa 4 todettiin, teksturointiprosessi parantaa valon sieppaamista. On toivottavaa vähentää edelleen heijastuvuutta, joka saadaan tallettamalla ARC-kerros. TiOx oli yksi varhaisimmista materiaaleista, joita käytettiin ARC-kerroksena aurinkokennoille, mutta koska se ei pystynyt tarjoamaan riittävää pinnan passivaatiota, se korvattiin lopulta SiNx: H: llä [37]. Lämpökasvatettua piioksidia (SiO2) käytettiin myös passivoivana materiaalina ennätyksellisen passiivisissa emitterissä, paikallisesti diffundoiduissa (PERL) soluissa [37]. Suuri lämpöbudjetti ja pitkä prosessiaika tekivät SiO2-pohjaisen passivoinnin sopimattomaksi aurinkokennojen massatuotantoon [37]. Kattavaa katsausta erilaisiin ARC- ja passiivimateriaaleihin aurinkokennosovelluksiin käsitellään [37].
Plasman tehostettu kemiallinen höyrykerrostus (PECVD) -menetelmä soveltuu ARC-kerroksen SiNx: H saostamiseen, mikä paitsi vähentää heijastusta myös passiivistaa etupuolen n-tyyppisen emitterin ja massan, mikä parantaa aurinkokennojen hyötysuhdetta [36, 37]. Kaavio erätyyppisestä PECVD-järjestelmästä on esitetty kuvassa 14. Kiekot ladataan grafiittiveneeseen etupuolet vastakkain. RF-plasma, joka perustuu prosessikaasuihin ammoniakkiin (NH3) ja silaaniin (SiH4), joka toimii lämpötilassa 400–450 ° C, kerrostaa hydratun SiNx: H-kerroksen ekvivalenteiksi. (4) [35]. SiNx: H-kalvoon sisällytetty vety diffundoituu irtotavarana polttovaiheen aikana (käsitellään seuraavassa osassa) ja passiivoi roikkuvat sidokset aurinkokennon suorituskyvyn parantamiseksi [36,37].
Kuva 14. (a) Kaaviokuva erätyyppisestä PECVD-prosessista SiNx: H-kerrostumalle ja (b) grafiittivene Si-kiekkojen lataamiseksi PECVD-uuniin.
SiNx: H-kalvon taitekerrointa (RI) ohjataan SiH4 / NH3-geenin suhteella, kun taas paksuus riippuu kerrostuksen kestosta. SiNx: H-pohjainen ARC voi minimoida heijastuksen yhdellä aallonpituudella, ja aallonpituuden paksuuden antaa [38],
wheret=SiNx: H ARC -kerroksen paksuus, λ0=tulevan valon aallonpituus ja n1=SiNx: H-kerroksen taitekerroin.
Suhteen perusteella ARC: tä kutsutaan myös neljänneksen aallonpituuden ARC: ksi. Aurinkokennoille RI ja paksuus valitaan minimoimaan heijastus 600 nm: n aallonpituudella, koska se on aurinkospektrin huippu. ARC: n paksuus ja RI valitaan materiaalien geometriseksi keskiarvoksi kummallakin puolella, ts. Lasi / ilma ja Si. SiNx: H ARC: n tyypillinen paksuus on 80–85 nm ja RI 2,0–2,1, mikä antaa aurinkokennolle sinisen tai violetin sinisen värin. Edustava kuva kuvioiduista monikiteisistä aurinkokennoista, jotka on talletettu SiNx: H: een, esitetään kuvassa 15 (a), kun taas SiNx: H-värin vaihtelu sen paksuuden perusteella on esitetty kuvassa 15 (b). On tärkeää huomata, että tietyt saostumisparametrit ovat riippuvaisia pintarakenteesta ja ARC-väristä. On olemassa useita aurinkomoduuleja, joissa aurinkokennojen väri on tummempi kuin tyypillinen sininen väri. Tyypillinen ARC-kerrostumisvaihe aurinkokennojen valmistuslinjassa koostuu kahdesta PECVD-järjestelmästä, joista kussakin on neljä putkea ja joiden läpijuoksu on enintään 3500 kiekkoa / h.
Kuva 15. (a) SiNx: H-pinnoitetun monikiteisen aurinkokennon edustava kuva, (b) SiNx: H-kerroksen vaihtelu sen paksuuden perusteella.
SiNx: H ei sovellu p-tyypin Si passivoimiseen, ja siksi dielektrikoita, kuten Al2O3, käytetään RS-passivointiin soluarkkitehtuurille, kuten PERC-solut [8], tai p-tyyppisille emittereille n-tyyppisissä aurinkokennoissa. PERC-aurinkokennojen tapauksessa Al2O3-passivoiva kerros on peitetty SiNx: H: lla suojaamaan sitä Al-tahnalta polttamisen aikana ja se toimii myös sisäisenä heijastimena pitkän aallonpituuden valolle. Kaupallisia PECVD- ja atomikerroslaskennan (ALD) pohjaisia järjestelmiä on saatavana Al2O3: n kerrostamiseksi jopa 4800 kiekon / h läpijuoksulla [39].
6. Metallointi ja aurinkokennojen karakterisointi
6.1 Silkkipainopohjainen metallointi
Viimeinen käsittelyvaihe aurinkokennojen valmistuksessa on FS- ja RS-metallointi tehon vetämiseksi pienimmillä resistiivisillä häviöillä. Ag on hyvä kontaktimateriaali n-tyyppiselle emitterille, kun taas Al on erittäin hyvä kontakti p-tyyppiseen substraattiin. Ag / Al-pastan yhdistelmää käytetään tyynyjen tulostamiseen RS: lle moduulin aurinkokennojen yhdistämisen helpottamiseksi. Silkkipainanta on yksinkertainen, nopea ja jatkuvasti kehittyvä prosessi aurinkokennojen metallointiin.
Kaaviokuva silkkipainatusprosessista on esitetty kuviossa 16. Seuloissa on emulsiopäällystetty ruostumattomasta teräksestä valmistettu verkko, jonka aukot ovat halutun metallointikuvion mukaisia, kuten kuviossa 17 (a) on esitetty. Metallipasta levitetään näytön yli tulvan ja vetolastan liikkeen kautta, joka levittää pastan aurinkokennoon seulakuvion perusteella. Napsautus on etäisyys näytöstä ja aurinkokennosta. Vetolastan paine ja irrotusmatka ovat kriittiset parametrit, jotka määräävät tahnan laskeutumisen ja Ag FS-sormien geometrian.
Kuva 16. Silkkipainomenetelmän kuvaus aurinkokennojen metallointia varten.
Kuva 17. (a) Verkkoemulsioseula sormiaukolla FS Ag-tulostusta varten [40] ja (b) edustava FS-metallointikuvio.
Tyypillinen Ag / Al RS -tyynyille asetettu tahna, RS Al ja FS Ag ovat vastaavasti 6 - tuuman Al-BSF-monikiteisen aurinkokennon osalta 35–45 mg, 1,1–1,4 g ja 100–120 mg. Havainnollinen Ag FS -metallointikuvio on esitetty kuvassa 17 (b). Ag-sormiaukko on laskenut alle 30 μm: iin, kun taas 5 kiskotankoa käytetään yhä enemmän. Kun tällainen seulaparametri ja hyvä tahna asetetaan, Al-BSF-aurinkokennoille, joiden optinen varjostushäviö on [6], tulisi saada tasainen> 80%.
6.2 Metallointipastojen kuivaus ja nopea polttaminen
Metallointipastat koostuvat metallijauheesta, liuottimista ja orgaanisista sideaineista. FS Ag -pastan tapauksessa tahna sisältää myös lasifrittiä samalla, kun se syövyttää SiNx: H-kerrosta ja joutuu kosketukseen n-tyyppisen emitterin kanssa [41]. Metallipastat kuivataan painamisen jälkeen ja lopuksi ne lähetetään sintraten nopeasti palavan uunin läpi ja muodostavat RS Al-BSF- ja FS Ag-kontaktin. Esimerkki tällaisesta nopeasti palavasta lämpötilaprofiilista uunista on esitetty kuvassa 18. FS Ag -sintrausprosessi on esitetty kuvassa 19. Kun aurinkokenno kulkee nopeasti palavan uunin läpi, orgaaniset sideaineet palavat, minkä jälkeen sulaa lasifritin ja lopulta Ag-kristalliittien muodostuminen kosketuksiin n-tyypin emitterin kanssa. Ampumaprofiili on viritettävä erityisten metallointipastatyyppien ja päästöjen diffuusioprofiilin perusteella. Esimerkiksi polttava huippulämpötila voi olla alhainen, jotta se ei muodosta hyvää ohmista kosketusta FS: ään, kun taas liian korkea lämpötila voi johtaa Ag: n diffuusioon liitoksen läpi ja pn-liitoksen vaihtamiseen. Kuva täydellisestä monikiteisestä Al-BSF-aurinkokennosta on esitetty kuvassa 20.
Kuva 18. (a) Esimerkki polttouunista metallikosketinten sintraamiseksi ja (b) havainnollistava polttouunin lämpötilaprofiili. Lähde: centrotherm GmbH.
Kuva 19 Kuva ampumisprosessista. (a) Orgaanisten sideaineiden palaminen, (b) SiNx: H: n syövyttävän lasifritin sulaminen ja (c) Ag-kiteiden muodostuminen emitterirajapinnassa.
Kuva 20. (a) Kokonaisen aurinkokennon FS ja (b) Kokonaisen aurinkokennon RS.
6.3 Pinnoituspohjainen etupuolen metallointi
Eri tekijöiden kustannukset aurinkokennojen prosessoinnissa ovat laskeneet vuosien varrella, kun taas Front Ag: n osuus on edelleen merkittävin [42]. Merkittävä määrä työtä on tehty Ag: n korvaamiseksi vaihtoehtoisella metallilla, kuten kupari (Cu), jonka johtavuusarvo on hyvin lähellä Ag: n johtokykyä ja joka tarjoaa myös mahdollisen merkittävän kustannusedun [43,44]. Cu: lla on suuri diffuusiokyky ja liukoisuus Si: hen, ja siksi Si: lle kerrostuu estokerros, kuten nikkeli (Ni) ennen Cu-pinnoitusta [42]. Valon aiheuttama pinnoitus (LIP), joka saadaan tavanomaisesta pinnoituksesta, käyttää valon aurinkosähkövaikutusta halutun metallin levittämiseen ja sillä on monia etuja verrattuna tavanomaiseen pinnoitukseen [43,44].
Ni-Cu-pohjainen etupuolen metallointi vaatii ylimääräisen etupuolen ARC-kuviointivaiheen, toisin kuin Ag-pastapohjainen metallointi, ja useimmissa tapauksissa myös ylimääräisen Ni-sintrausvaiheen kosketusresistanssin vähentämiseksi ja metallipinon hyvän tarttuvuuden parantamiseksi [42 ]. Ni-Cu-Ag-pinnoitettuun pinoon perustuvien kaupallisten DWS-leikattujen mc-Si-aurinkokennojen sormen leveys on 22μm, kuvasuhde on lähellä 0,5 ja samanlainen tehokkuus kuin seulapainetuilla Ag-pohjaisilla aurinkokennoilla [45 ].
Ag FS -pastojen jatkuva parantaminen sekä seulapainatusprosessin yksinkertaisuus, luotettavuus ja korkea läpäisykyky ovat vaikeuttaneet Ni-Cu-pohjaisen metalloinnin kilpailua Ag-pohjaisen FS-metalloinnin kanssa. Kuitenkin korkean aurinkokennotehokkuuden käsitteet, kuten kaksisuuntaiset heterojunction aurinkokennot, joissa Cu voidaan levittää suoraan läpinäkyvälle johtavalle oksidille, pinnoitusprosessi on yksinkertaistettu ja vaatii vain yhden työkalun [39]. Vastaavasti korkean hyötysuhteen konseptit, jotka edellyttävät pienempää metallimäärää, voivat saavuttaa saman käyttämällä pinnoituspohjaista metallointia [42,46].
6.4 Aurinkokennojen IV testaus ja karakterisointi
Viimeinen vaihe on kokonaisten aurinkokennojen IV testaus vakio-testiolosuhteiden (STC) mukaisesti, ts. AM 1,5 G, 1000 W / m2 luokan AAA aurinkosimulaattorilla. Esimerkki aurinkokennon FS-koetuksesta on esitetty kuviossa 21. IV-testeristä saadut tyypilliset parametrit on esitetty taulukossa 3. IV-testaajilla on monia karakterisointiparametreja, joista voi olla apua aurinkokennojen vikojen diagnosoinnissa. Edustava elektroluminesenssi (EL) ja lämpö-IR-kuva aurinkokennosta, jossa on joitain vikoja, on esitetty kuvissa 22 (a) - (c). EL-kuva hyvästä aurinkokennosta, jonka intensiteetti on tasainen, näkyy kuvassa 22 (a), kun taas aurinkokennossa, jossa FS-sormia ei tulosteta tasaisesti, kuvassa 22 (b) voidaan nähdä tummempi kontrasti. ) esittää lämpö-IR-kuvan aurinkokennosta, jossa on lokalisoitu shuntti ja joka on muodostettu yhdessä käsittelyvaiheessa. Lopulta aurinkokennot lajitellaan eri hyötysäiliöihin valitun luokituksen perusteella.
Kuva 21.IV-mittaus FS-koetus aurinkokennojen karakterisointia varten.
Parametri
Kommentit
Vlokakuu(V) | Hyvien mc-Si Al-BSF-aurinkokennojen arvo on> 0,635V |
Isc(A) | Hyvien mc-Si Al-BSF-aurinkokennojen arvo on> 9,0 A |
FF (%) | Hyvien mc-Si Al-BSF-aurinkokennojen arvo on> 80% |
Tehokkuus (%) | Hyvien mc-Si Al-BSF-aurinkokennojen arvo on> 18,6% |
Vmpp(V) | Vastaava jännite suurimmalla tehopisteellä |
Impp(A) | Vastaava virta suurimmalla tehopisteellä |
Rs(Ω) | Hyvien mc-Si Al-BSF-aurinkokennojen arvo on &; 1,5 mΩ |
Rsh(Ω) | Hyvien mc-Si Al-BSF-aurinkokennojen arvo on> 100Ω |
Irev(A) | Käänteisen virran jännitteellä −12V tulisi olla< 0,5="" a="" hyville=""> |
FS BB-BB -vastus (Ω) | Vastus mitattuna FS: n BB: n välillä |
RS BB-BB -vastus (Ω) | RS: n BB: n välillä mitattu vastus |
Taulukko 3. Parametrit aurinkokennon karakterisointiin, saatu IV-mittauksesta.
Kuva 22. (a) EL-kuva hyvästä aurinkokennosta, (b) EL-kuva aurinkokennosta, jossa Ag-sormenjälki on epätasaista ja (c) aurinkokennon lämpö-IR-kuva, joka osoittaa paikallisten shunttien läsnäolon.
7. Tulevat suuntaukset
DWS: stä on tullut yksikiteisten kiekkojen standardi, kun taas sen odotetaan olevan markkinaosuus> 80% vuoteen 2022 mennessä monikiteisillä kiekoilla [2]. Monikiteisten kiekkojen SWS: n odotetaan poistuvan käytöstä siihen mennessä. DWS: n avulla myös reunan häviöstä tulisi< 80μm="" vuoteen="" 2022="" mennessä,="" mikä="" puolestaan="" vähentäisi="" poly-si-kulutusta="" kiekkoa="" kohden="" alle="" 15="" g.="" 3bb:="" n="" etukoskettimien="" suunnittelun="" odotetaan="" poistuvan="" käytöstä="" vuoteen="" 2020="" mennessä.="" ag-pastojen="" ja="" -seulojen="" jatkuvan="" parantamisen="" myötä="" fs-sormen="" leveyden="" ennustetaan="" pienenevän="" 30="" μm:="" iin="" vuoteen="" 2022="" mennessä.="" märkäkemialliset="" prosessointityökalut="" ovat="" ylittäneet="" 8000="" kiekkoa="" h="" vuonna="" 2018="" ja="" koskettavat="" 9000="" kiekkoa="" h="" vuoteen="" 2020="" mennessä.="" lämpökäsittelylaitteet="" on="" saavuttanut="" 5000="" kiekon="" h="" läpivirtauksen="" vuonna="" 2018="" ja="" sen="" odotetaan="" ylittävän="" 7000="" kiekkoa="" h="" vuoteen="" 2020="" mennessä.="" metallointia="" ja="" iv-testausta="" lajittelua="" koskevan="" osan="" odotetaan="" olevan=""> 7000 kiekkoa / h vuoteen 2022 mennessä.
Al-BSF-pohjaisen kennotekniikan, jonka markkinaosuus on&brt; 60% vuonna 2018, odotetaan laskevan< 20%:="" iin="" vuoteen="" 2025="" mennessä.="" painotettaessa="" enemmän="" hyötysuhteisiin="" aurinkokennokonsepteihin,="" osuus="" perc:="" stä="" tekniikan="" odotetaan="" olevan=""> 50% vuoteen 2022 mennessä. Mono PERC: n tuotantotehokkuuden odotetaan olevan> 22% vuoteen 2022 mennessä, kun taas multi PERC: n pitäisi koskettaa 21% samaan aikaan. Tärkeä moni-PERC: hen liittyvä näkökohta on LeTID-pohjaisen ongelman lieventäminen, jotta tehokkuuden menetys voidaan minimoida moduulien asennuksen jälkeen kentälle. Si-HJ-solut, joiden hyötysuhde on> 22% vuonna 2018 sen jälkeen, kun niiden odotetaan saavuttavan vakaan 23%: n hyötysuhteen vuoteen 2020 mennessä, ja markkinaosuuden ollessa noin 10% vuoteen 2022 mennessä. takapuolelta tulevan säteilyn odotetaan olevan 20 prosentin markkinaosuus vuoteen 2022 mennessä. N-tyyppisten takakontaktisten aurinkokennojen odotetaan ylittävän 24 prosentin hyötysuhteen vuoteen 2020 mennessä.
8. Päätelmät
Si-aurinkokennoista on tullut tärkeä osa uusiutuvan energian aluetta viime vuosikymmenien aikana kypsyneillä valmistustekniikoilla. P-tyyppisistä monikiteisistä kiekoista on tullut aurinkokennojen tuotannon päähuolto. Suuremmalla tehokkuudella ja alenevilla tuotantokustannuksilla myös yksikiteiset aurinkokennot ovat saaneet merkittävän osuuden, ja niiden odotetaan kilpailevan läheisesti monikiteisten kiekkojen kanssa lähitulevaisuudessa. Normaalille Al-BSF-tekniikalle 19 ja 20 prosentista on tullut vertailumerkki monikiteisille ja yksikiteisille aurinkokennoille. Mono-PERC- ja multi-PERC-solut ovat saavuttaneet vakiintuneen hyötysuhteen 21,5 ja 20%. Lisäksi PERC tarjoaa myös yksinkertaisemman lähestymistavan kaksisuuntaisille aurinkokennoille siten, että RS: ssä on ristikkokuvio koko alueen kosketuksen sijasta. Tehokkaiden n-tyypin ja kaksisuuntaisten aurinkokennojen markkinaosuus on &; 10%, minkä odotetaan kasvavan tulevaisuudessa. Valmistustekniikat ovat kypsyneet huomattavasti viime vuosina, ja parannuksia on edelleen tuottavuuden lisäämiseksi.
Kiitokset
Kirjoittajat haluavat kiittää kollegoita RCT Solutions GmbH: sta, joilta osa luvun sisällöstä on otettu. Mehul C.Raval haluaa kiittää kollega Jim Zhouä mustan piin pintakäsittelyä koskevista keskusteluista.
