ידע

מחקר על סטנדרטיזציה של תאי TOPCon מסוג N

בשנים האחרונות, עם התפתחות וניצול של טכנולוגיות חדשות, תהליכים חדשים ומבנים חדשים של תאים פוטו-וולטאיים, התפתחה במהירות תעשיית התאים הפוטו-וולטאיים. כטכנולוגיית מפתח התומכת בפיתוח אנרגיה חדשה ורשתות חכמות, תאים מסוג n הפכו לנקודה חמה בפיתוח תעשייתי עולמי.

מכיוון שלתא פוטו-וולטאי מגע עם פסיבציה של שכבת תחמוצת מנהור מסוג n (להלן "תא TOPCon מסוג n") יש יתרון ביצועים של שיפור משמעותי ביעילות בהשוואה לתאים פוטו-וולטאיים קונבנציונליים, עם הגידול בעלות הניתנת לשליטה ובטרנספורמציה של ציוד בוגר, תא TOPCon מסוג n הרחבה נוספת של כושר הייצור המקומי הפכה לכיוון הפיתוח העיקרי של תאים פוטו-וולטאיים בעלי יעילות גבוהה.

הסטנדרטיזציה של סוללות TOPCon מסוג n מתמודדת עם בעיות כמו חוסר היכולת לכסות את התקנים הנוכחיים והצורך לשפר את ישימות התקנים. מאמר זה יערוך מחקר וניתוח על סטנדרטיזציה של סוללות TOPCon מסוג n, וייתן הצעות לתקינה.

מצב פיתוח של טכנולוגיית תא TOPCon מסוג n

המבנה של חומר בסיס סיליקון מסוג p המשמש בתאים פוטו-וולטאיים קונבנציונליים הוא n+pp+, המשטח קולט האור הוא n+ משטח, ודיפוזיה של זרחן משמשת ליצירת הפולט.

ישנם שני סוגים עיקריים של מבני תאים פוטו-וולטאיים הומוגניים לחומרי בסיס סיליקון מסוג n, האחד הוא n+np+, והשני הוא p+nn+.

בהשוואה לסיליקון מסוג p, לסיליקון מסוג n יש חיי מיעוט טובים יותר, הנחתה נמוכה יותר ופוטנציאל יעילות גדול יותר.

לתא הדו-צדדי מסוג n העשוי מסיליקון מסוג n יש את היתרונות של יעילות גבוהה, תגובת אור נמוכה טובה, מקדם טמפרטורה נמוך וייצור חשמל דו-צדדי יותר.

ככל שדרישות התעשייה ליעילות המרה פוטו-אלקטרית של תאים פוטו-וולטאיים ממשיכות לעלות, תאים פוטו-וולטאיים בעלי יעילות גבוהה כגון TOPCon, HJT ו-IBC יכבשו בהדרגה את השוק העתידי.

על פי מפת הדרכים הבינלאומית הפוטו-וולטאית לשנת 2021 (ITRPV) העולמית ותחזית השוק הפוטו-וולטאית, תאים מסוג n מייצגים את הטכנולוגיה העתידית ואת כיוון פיתוח השוק של תאים פוטו-וולטאיים בבית ומחוצה לה.

בין המסלולים הטכניים של שלושת סוגי הסוללות מסוג n, סוללות TOPCon מסוג n הפכו למסלול הטכנולוגי בעל סולם התיעוש הגדול ביותר בשל יתרונותיהם של קצב ניצול גבוה של הציוד הקיים ויעילות המרה גבוהה.

נכון להיום, סוללות TOPCon מסוג n בתעשייה מוכנות בדרך כלל על בסיס טכנולוגיית LPCVD (Law Pressure Vapor Phase Chemical Deposition), בעלת נהלים רבים, היעילות והתפוקה מוגבלות, והציוד מסתמך על יבוא. זה צריך להשתפר. הייצור בקנה מידה גדול של תאי TOPCon מסוג n מתמודד עם קשיים טכניים כמו עלות ייצור גבוהה, תהליך מסובך, שיעור תפוקה נמוך ויעילות המרה לא מספקת.

התעשייה עשתה ניסיונות רבים לשפר את הטכנולוגיה של תאי TOPCon מסוג n. ביניהם, טכנולוגיית שכבת הפוליסיליקון המסוממת במקום מיושמת בתצהיר חד-תהליך של שכבת תחמוצת מנהור ושכבת פוליסיליקון מסוממים (n+-polySi) ללא ציפוי עטיפה;

אלקטרודת המתכת של סוללת TOPCon מסוג n מוכנה על ידי שימוש בטכנולוגיה החדשה של ערבוב משחת אלומיניום ומשחת כסף, מה שמפחית את העלות ומשפר את ההתנגדות למגע; מאמצת את מבנה הפולט הסלקטיבי הקדמי ואת טכנולוגיית מבנה הקשר הרב-שכבתי של מנהור פסיבציה.

השדרוגים הטכנולוגיים ואופטימיזציית התהליך תרמו תרומות מסוימות לתיעוש של תאי TOPCon מסוג n.

מחקר על סטנדרטיזציה של סוללת TOPCon מסוג n

ישנם כמה הבדלים טכניים בין תאי TOPCon מסוג n לבין תאים פוטו-וולטאיים רגילים מסוג p, והשיפוט של תאים פוטו-וולטאיים בשוק מבוסס על תקני הסוללה המקובלים כיום, ואין דרישה סטנדרטית ברורה לתאים פוטו-וולטאיים מסוג n .

לתא TOPCon מסוג n יש מאפיינים של הנחתה נמוכה, מקדם טמפרטורה נמוך, יעילות גבוהה, מקדם דו-צדדי גבוה, מתח פתיחה גבוה וכו'. הוא שונה מתאים פוטו-וולטאיים רגילים מבחינת תקנים.

סעיף זה יתחיל מקביעת האינדיקטורים הסטנדרטיים של סוללת TOPCon מסוג n, בצע אימות מתאים סביב העקמומיות, חוזק מתיחה של האלקטרודה, אמינות וביצועי הנחתה ראשוניים המושרים על ידי אור, ודנים בתוצאות האימות.

קביעת אינדיקטורים סטנדרטיים

תאים פוטו-וולטאיים קונבנציונליים מבוססים על תקן המוצר GB/T29195-2012 "מפרטים כלליים עבור תאים סולריים סיליקון קריסטליים המשמשים בקרקע", המחייב בבירור את הפרמטרים האופייניים של תאים פוטו-וולטאיים.

בהתבסס על הדרישות של GB/T29195-2012, בשילוב עם המאפיינים הטכניים של סוללות TOPCon מסוג n, הניתוח בוצע פריט אחר פריט.

ראה טבלה 1, סוללות TOPCon מסוג n זהות בעצם לסוללות קונבנציונליות מבחינת גודל ומראה;

טבלה 1 השוואה בין סוללת TOPCon מסוג n לדרישות GB/T29195-2012

מבחינת פרמטרי ביצועים חשמליים ומקדם טמפרטורה, הבדיקות מתבצעות לפי IEC60904-1 ו-IEC61853-2, ושיטות הבדיקה תואמות לסוללות קונבנציונליות; הדרישות לתכונות מכניות שונות מסוללות קונבנציונליות במונחים של דרגת כיפוף וחוזק מתיחה של האלקטרודה.

בנוסף, בהתאם לסביבת היישום בפועל של המוצר, מתווספת בדיקת חום לח כדרישת אמינות.

בהתבסס על הניתוח שלעיל, בוצעו ניסויים כדי לאמת את התכונות המכניות והאמינות של סוללות TOPCon מסוג n.

מוצרי תאים פוטו-וולטאיים מיצרנים שונים בעלי אותו מסלול טכני נבחרו כדגימות ניסיוניות. הדוגמאות סופקו על ידי Taizhou Jolywood Optoelectronics Technology Co., Ltd.

הניסוי בוצע במעבדות צד שלישי ובמעבדות ארגוניות, ונבדקו ואומתו הפרמטרים כמו דרגת כיפוף וחוזק מתיחה של האלקטרודה, בדיקת מחזור תרמי ובדיקת חום לח, וביצועי הנחתה התחלתיים המושרים על ידי אור.

אימות של מאפיינים מכניים של תאים פוטו-וולטאיים

דרגת הכיפוף וחוזק מתיחה של האלקטרודה בתכונות המכניות של סוללות TOPCon מסוג n נבדקות ישירות על דף הסוללה עצמו, והאימות של שיטת הבדיקה הוא כדלקמן.

01

אימות בדיקת כיפוף

עקמומיות מתייחסת לסטייה בין נקודת המרכז של פני השטח החציוני של המדגם הנבדק למישור הייחוס של פני השטח החציוני. זהו אינדיקטור חשוב להעריך את שטוחות הסוללה תחת לחץ על ידי בדיקת עיוות הכיפוף של התא הפוטו-וולטאי.

שיטת הבדיקה העיקרית שלו היא למדוד את המרחק ממרכז הפרוסה למישור ייחוס באמצעות מחוון תזוזה בלחץ נמוך.

Jolywood Optoelectronics ו-Xian State Power Investment סיפקו 20 יחידות של סוללות M10 בגודל n מסוג TOPCon כל אחת. השטיחות של פני השטח הייתה טובה מ-0.01 מ"מ, ועקמומיות הסוללה נבדקה עם כלי מדידה ברזולוציה טובה מ-0.01 מ"מ.

בדיקת כיפוף הסוללה מתבצעת בהתאם להוראות 4.2.1 ב-GB/T29195-2012.

תוצאות הבדיקה מוצגות בטבלה 2.

טבלה 2 תוצאות בדיקת כיפוף של תאי TOPCon מסוג n

תקני הבקרה הפנימית הארגונית של Jolywood ו-Xian State Power Investment דורשים שמידת הכיפוף לא תהיה גבוהה מ-0.1 מ"מ. על פי הניתוח של תוצאות בדיקת הדגימה, דרגת הכיפוף הממוצעת של Jolywood Optoelectronics ו-Xian State Power Investment היא 0.056 מ"מ ו-0.053 מ"מ בהתאמה. הערכים המרביים הם 0.08 מ"מ ו-0.10 מ"מ, בהתאמה.

על פי תוצאות אימות הבדיקה, מוצעת הדרישה שהעקמומיות של סוללת TOPCon מסוג n לא תהיה גבוהה מ-0.1 מ"מ.

02

בדיקת חוזק מתיחה של אלקטרודה

סרט המתכת מחובר לחוט הרשת של התא הפוטו-וולטאי על ידי ריתוך כדי להעביר זרם. יש לחבר את סרט ההלחמה והאלקטרודה ביציבות כדי למזער את התנגדות המגע ולהבטיח את יעילות ההולכה הנוכחית.

מסיבה זו, בדיקת חוזק המתיחה של האלקטרודה על חוט הרשת של הסוללה יכולה להעריך את ריתוך האלקטרודה ואיכות הריתוך של הסוללה, שהיא שיטת בדיקה נפוצה לחוזק ההיצמדות של מנוע הסוללה הפוטו-וולטאית.

<section style="margin: 0px 0px 16px;padding: 0px;outline