Tecnología y proceso actuales de las células fotovoltaicas de silicio cristalino

La célula solar con estructura n+/p formada por difusión de fósforo en el material semiconductor de tipo P es un chip de batería de tipo P; La célula solar con estructura p+/n formada por inyección de boro en el material semiconductor de tipo N se denomina chip de tipo N.

El proceso de producción de células fotovoltaicas de silicio cristalino tipo P son relativamente simples y el costo es bajo, principalmente batería BSF y batería PERC. Antes de 2015, BSF ocupaba 90% del mercado; Después de 2016, la batería PERC despegó. Para 2020, la batería PERC ha representado más de 85% del mercado mundial, y ahora es principalmente PERC de doble cara.

PERC

PERC (Passivated Emitter Rear Cell) - tecnología de batería con emisor y dorso pasivados. La diferencia entre las células fotovoltaicas de silicio cristalino PERC y la batería convencional es que la parte trasera está pasivada por una película de pasivación, que sustituye al campo trasero tradicional totalmente de aluminio, mejora la reflexión trasera interna de la luz en el sustrato de silicio, reduce la tasa de recombinación de la parte trasera y mejora la eficiencia de la batería en 0,5% - 1%.

En 2020, la eficiencia media de conversión de las pilas monocristalinas/policristalinas a gran escala alcanzará 22,7% y 19,4%, respectivamente. Las células fotovoltaicas de silicio monocristalino de tipo P han adoptado todas la tecnología PERC, y la eficiencia media de conversión ha aumentado 0,5 puntos porcentuales año tras año.

El límite teórico de eficiencia de conversión de la batería PERC de silicio monocristalino tipo P es de 24,5%, lo que dificulta la mejora significativa de la eficiencia de las células fotovoltaicas PERC de silicio cristalino monocristalino tipo P; además, el fenómeno de atenuación de la luz causado por la batería basada en la oblea de silicio tipo P no se ha resuelto por completo, lo que dificulta el desarrollo ulterior de la de tipo P.

En comparación con la pila monocristalina de tipo P y la pila policristalina de tipo P tradicionales, las células fotovoltaicas de silicio cristalino de tipo N presentan las ventajas de una elevada eficiencia de conversión, una alta relación de doble cara, un bajo coeficiente de temperatura, la ausencia de atenuación de la luz, un buen efecto de luz débil y una mayor vida útil del portador.

TOPCon

TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact): contacto de pasivación de la capa de óxido. No existe ninguna diferencia esencial entre la cara frontal y la célula solar de tipo N convencional o la célula solar N-PERT. La tecnología central de las células fotovoltaicas de silicio cristalino es el contacto pasivo de la cara posterior. Existen las 10 TOPCon fabricantes de células solares en China

La parte posterior de la batería está compuesta por un óxido de silicio ultrafino (1~2nm) y una película de Si mixto amorfo microcristalino dopado con fósforo, que juntos forman una estructura de contacto pasiva. La propiedad de pasivación se activa mediante el proceso de recocido, durante el cual la cristalinidad de las películas de Si cambia de fase mixta amorfa microcristalina a policristalina. El recocido a 850 ° C, iVoc>710mV, J0 a 9-13fA/cm2, muestra un excelente rendimiento de pasivación de la estructura de contacto pasivo.

La estructura puede evitar la recombinación de huecos portadores minoritarios y mejorar la tensión de circuito abierto y la corriente de cortocircuito de las células fotovoltaicas de silicio cristalino. La capa de óxido ultrafina puede permitir el paso de muchos electrones a la capa de silicio policristalino, bloqueando al mismo tiempo la recombinación de huecos portadores minoritarios.

El excelente efecto de pasivación del óxido de silicio ultrafino y de la película de silicio fuertemente dopada hace que la banda de energía de la superficie del silicio se doble, formando así un efecto de pasivación de campo. La probabilidad de tunelización de electrones aumenta considerablemente, se reduce la resistencia de contacto y mejoran la tensión de circuito abierto y la corriente de cortocircuito de las células fotovoltaicas de silicio cristalino, mejorando así la eficiencia de conversión de la batería.

HJT

HJT (Heterounión con película fina intrínseca) - Batería de heterounión con película fina intrínseca. La batería producida por Fabricantes de células solares HJT tiene una estructura de pila simétrica de doble cara, con silicio cristalino de tipo N en el centro. En la cara frontal se depositan sucesivamente películas de silicio amorfo intrínseco y películas de silicio amorfo de tipo P para formar uniones P-N.

En la cara posterior, la película de silicio amorfo intrínseco y la película de silicio amorfo tipo N se depositan sucesivamente para formar el campo de la superficie posterior. En vista de la escasa conductividad del silicio amorfo, se depositaron películas conductoras transparentes (TCO) a ambos lados de la pila para conducir la electricidad y, por último, se utilizó la tecnología de serigrafía para formar electrodos de doble cara.

Se debe principalmente al doble efecto de pasivación del sustrato de silicio tipo N y el silicio amorfo sobre los defectos superficiales del sustrato. En la actualidad, la eficiencia de la producción en masa suele ser superior a 24%;

Más de 25% de la ruta técnica ha sido muy clara, es decir, utilizando silicio nanocristalino dopado, silicio microcristalino dopado, óxido de silicio microcristalino dopado y carburo de silicio microcristalino dopado para sustituir el dopaje existente en las superficies delantera y trasera; las células fotovoltaicas de silicio cristalino HJT pueden aumentar la eficiencia de conversión de IBC y perovskita superpuestas a más de 30% en el futuro.

Dado que el sustrato de las células fotovoltaicas de silicio cristalino HJT suele ser silicio monocristalino de tipo N, y el silicio monocristalino de tipo N está dopado con fósforo, no hay recombinación boro-oxígeno, recombinación boro-hierro, etc. en el silicio cristalino de tipo P, por lo que las HJT son inmunes al efecto LID.

La superficie de las células fotovoltaicas de silicio cristalino HJT se deposita con una lámina de TCO, sin capa aislante, por lo que no hay posibilidad de que se cargue la capa superficial, y se puede evitar estructuralmente el PID. Las HJT atenúan 1-2% en el primer año, y 0,25% anualmente a partir de entonces, lo que es muy inferior a la atenuación de la lámina dopada con galio de la batería PERC (2% en el primer año, y 0,45% anualmente a partir de entonces).

Por lo tanto, la generación de energía por W de la batería HJT en su ciclo de vida completo es aproximadamente 1,9% - 2,9% superior a la de las células fotovoltaicas de silicio cristalino PERC de doble cara.

IBC

IBC (Interdigitated Back Contact): tecnología de baterías de contacto posterior interdigitado. La unión P/N, el electrodo de contacto del sustrato y la zona de emisión se realizan en la parte posterior de las células fotovoltaicas de silicio cristalino de forma interdigital. Existen las 10 Fabricantes de células solares IBC en China.

Tecnología de base: cómo preparar regiones p y n con buena calidad y espaciado interdigital en la parte posterior de las células fotovoltaicas de silicio cristalino. Mediante la impresión de una capa de máscara de difusión interdigital que contiene boro en la parte posterior de la pila, el boro de la capa de máscara se difunde en el sustrato de tipo N para formar una zona p+, mientras que la zona sin la capa de máscara se difunde por el fósforo para formar una zona n+.

La superficie frontal tiene una textura piramidal para mejorar la absorción de la luz, y en ella se forma un campo de superficie frontal (FSF). El uso de la tecnología de implantación iónica permite obtener regiones p y n con una buena uniformidad y una profundidad de unión precisa y controlable.

La parte frontal de la célula no está apantallada por líneas de rejilla, lo que puede eliminar la pérdida de corriente de apantallamiento de luz de los electrodos metálicos, maximizar el uso de los fotones incidentes y aumentar la corriente de cortocircuito en unos 7% en comparación con las células solares convencionales.

Debido a la estructura de contacto posterior, no es necesario considerar el problema de apantallamiento de la línea de rejilla, y la proporción de la línea de rejilla puede ampliarse adecuadamente, reduciendo así la resistencia en serie y teniendo un alto factor de llenado; Puede optimizar el diseño de la pasivación superficial y la estructura de atrapamiento superficial, y obtener una menor tasa de recombinación de la superficie frontal y reflexión superficial, mejorando así Voc y Jsc.

Sin embargo, el coste de las células fotovoltaicas de silicio cristalino IBC es relativamente elevado y aún no se ha industrializado. El proceso de fabricación de las IBC es complejo. El coste de la batería IBC es casi el doble que el de la batería convencional debido al uso repetido de tecnologías de semiconductores como la máscara y la fotolitografía.

P-IBC

La tecnología de células fotovoltaicas de silicio cristalino P-IBC empezó a atraer más atención tras la aparición de Longji. La tecnología de células fotovoltaicas de silicio cristalino P-IBC de Longji es una tecnología HPBC basada en un chip de silicio tipo P. De hecho, TNO dio a conocer la estructura IBC de tipo P ya en 16-17. P-IBC añade un LPCVD y los demás son compatibles con PERC.

El láser es un poco diferente, 90% compatible. La estructura de nudo trasero P-IBC tiene ventajas en eficiencia. En la actualidad, todavía está sesgada hacia un solo lado, y la tasa de doble cara es inferior a 50%. Se posiciona como un producto de tejido. El coste de oportunidad del P-IBC se aproxima al del PERC, y la eficiencia es de 24,5% - 25%, logrando una diferencia de coste de 1-3 céntimos/W.