Technologie et processus actuels des cellules photovoltaïques au silicium cristallin

La cellule solaire avec une structure n+/p formée par la diffusion de phosphore sur le matériau semi-conducteur de type P est une puce de batterie de type P. La cellule solaire avec une structure p+/n formée par l'injection de bore dans le matériau semi-conducteur de type N est appelée puce de type N.

Le processus de production des cellules photovoltaïques en silicium cristallin de type P est relativement simple et le coût est faible, principalement la batterie BSF et la batterie PERC. Avant 2015, la batterie BSF occupait 90% du marché ; après 2016, la batterie PERC a décollé. D'ici 2020, la batterie PERC représentera plus de 85% du marché mondial, et il s'agit maintenant principalement de PERC double face.

PERC

PERC (Passivated Emitter Rear Cell) - technologie de batterie à passivation de l'émetteur et du dos. La différence entre les cellules photovoltaïques au silicium cristallin PERC et les batteries conventionnelles est que l'arrière est passivé par un film de passivation, qui remplace le champ arrière traditionnel entièrement en aluminium, améliore la réflexion interne de la lumière sur le substrat de silicium, réduit le taux de recombinaison de l'arrière et améliore l'efficacité de la batterie de 0,5% - 1%.

En 2020, le rendement de conversion moyen des batteries monocristallines/polycristallines à grande échelle atteindra respectivement 22,7% et 19,4%. Les cellules photovoltaïques en silicium monocristallin de type P ont toutes adopté la technologie PERC, et le rendement de conversion moyen a augmenté de 0,5 point de pourcentage d'une année sur l'autre.

La limite théorique du rendement de conversion de la batterie PERC au silicium monocristallin de type P est de 24,5%, ce qui rend difficile l'amélioration significative du rendement des cellules photovoltaïques au silicium cristallin PERC de type P. En outre, le phénomène d'atténuation de la lumière causé par la batterie basée sur la plaquette de silicium de type P n'a pas été complètement résolu, ce qui rend difficile le développement ultérieur du type P.

Par rapport aux batteries monocristallines traditionnelles de type P et aux batteries polycristallines de type P, les cellules photovoltaïques au silicium cristallin de type N présentent les avantages suivants : rendement de conversion élevé, rapport double face élevé, faible coefficient de température, pas d'atténuation de la lumière, bon effet de lumière faible et durée de vie plus longue des porteurs.

TOPCon

TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) - contact de passivation de la couche d'oxyde. Il n'y a pas de différence essentielle entre la face avant et la cellule solaire conventionnelle de type N ou la cellule solaire N-PERT. La technologie de base des cellules photovoltaïques au silicium cristallin est le contact passif de la face arrière. Il y a les 10 premiers Fabricants de cellules solaires TOPCon en Chine

Le dos de la batterie est composé d'un oxyde de silicium ultrafin (1~2nm) et d'un film de Si mixte amorphe microcristallin dopé au phosphore, qui forment ensemble une structure de contact passive. La propriété de passivation est activée par le processus de recuit, au cours duquel la cristallinité des films de Si passe d'une phase amorphe mixte microcristalline à une phase polycristalline. Le recuit à 850°C, iVoc>710mV, J0 à 9-13fA/cm2, montre d'excellentes performances de passivation de la structure de contact passive.

La structure peut empêcher la recombinaison des trous des porteurs minoritaires et améliorer la tension de circuit ouvert et le courant de court-circuit des cellules photovoltaïques en silicium cristallin. La couche d'oxyde ultra-mince peut permettre à de nombreux électrons de pénétrer dans la couche de silicium polycristallin tout en bloquant la recombinaison des trous des porteurs minoritaires.

L'excellent effet de passivation de l'oxyde de silicium ultrafin et du film de silicium fortement dopé fait plier la bande d'énergie à la surface du silicium, formant ainsi un effet de passivation de champ. La probabilité d'un effet tunnel des électrons est fortement augmentée, la résistance de contact est réduite, la tension en circuit ouvert et le courant de court-circuit des cellules photovoltaïques au silicium cristallin sont améliorés, ce qui accroît l'efficacité de conversion de la batterie.

HJT

HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin film) - Batterie à hétérojonction à couche mince intrinsèque. La batterie produite par Fabricants de cellules solaires HJT a une structure de batterie symétrique à double face, avec du silicium cristallin de type N au milieu. Des films de silicium amorphe intrinsèque et des films de silicium amorphe de type P sont déposés successivement sur la face avant pour former des jonctions P-N.

Sur la face arrière, le film de silicium amorphe intrinsèque et le film de silicium amorphe de type N sont déposés successivement pour former le champ de la surface arrière. Compte tenu de la faible conductivité du silicium amorphe, des films conducteurs transparents (TCO) ont été déposés sur les deux faces de la batterie pour conduire l'électricité, et enfin la technologie de sérigraphie a été utilisée pour former des électrodes double face.

Elle est principalement due au double effet de passivation du substrat de silicium de type N et du silicium amorphe sur les défauts de surface du substrat. À l'heure actuelle, l'efficacité de la production de masse est généralement supérieure à 24% ;

L'itinéraire technique de plus de 25% est très clair, à savoir l'utilisation de silicium nanocristallin dopé, de silicium microcristallin dopé, d'oxyde de silicium microcristallin dopé et de carbure de silicium microcristallin dopé pour remplacer le dopage existant sur les surfaces avant et arrière ; les cellules photovoltaïques en silicium cristallin HJT peuvent augmenter le rendement de conversion de l'IBC et de la pérovskite superposés à plus de 30% à l'avenir.

Le substrat des cellules photovoltaïques au silicium cristallin de HJT étant généralement du silicium monocristallin de type N, et le silicium monocristallin de type N étant dopé au phosphore, il n'y a pas de recombinaison bore-oxygène, bore-fer, etc. dans le silicium cristallin de type P, de sorte que les HJT sont à l'abri de l'effet LID.

La surface des cellules photovoltaïques au silicium cristallin HJT est déposée avec un film TCO, sans couche isolante, de sorte qu'il n'y a pas de risque de charger la couche de surface et que le PID peut être évité structurellement. Les HJT atténuent 1-2% la première année, et 0,25% par an par la suite, ce qui est bien inférieur à l'atténuation de la feuille dopée au gallium de la batterie PERC (2% la première année, et 0,45% par an par la suite).

Par conséquent, la production d'énergie par W de la batterie HJT au cours de son cycle de vie complet est supérieure d'environ 1,9% - 2,9% à celle des cellules photovoltaïques au silicium cristallin PERC double face.

IBC

IBC (Interdigitated Back Contact) - technologie de batterie à contact arrière interdigité. La jonction P/N, l'électrode de contact du substrat et la zone d'émission sont réalisées au dos des cellules photovoltaïques en silicium cristallin sous forme interdigitée. Il y a les 10 premiers Fabricants de cellules solaires IBC en Chine.

Technologie de base : comment préparer des régions p et n de bonne qualité avec un espacement interdigital au dos des cellules photovoltaïques en silicium cristallin. En imprimant une couche de masque de diffusion interdigitale contenant du bore à l'arrière de la batterie, le bore de la couche de masque se diffuse dans le substrat de type N pour former une zone p+, tandis que la zone sans couche de masque est diffusée par le phosphore pour former une zone n+.

La surface avant présente une texture pyramidale pour améliorer l'absorption de la lumière, et un champ de surface avant (FSF) est formé sur la surface avant. L'utilisation de la technologie d'implantation ionique permet d'obtenir des régions p et n avec une bonne uniformité et une profondeur de jonction précise et contrôlable.

L'avant de la cellule n'est pas protégé par des lignes de grille, ce qui permet d'éliminer la perte de courant de protection contre la lumière des électrodes métalliques, de maximiser l'utilisation des photons incidents et d'augmenter le courant de court-circuit d'environ 7% par rapport aux cellules solaires conventionnelles.

Grâce à la structure de contact arrière, il n'est pas nécessaire de prendre en compte le problème de blindage de la ligne de grille, et la proportion de la ligne de grille peut être élargie de manière appropriée, réduisant ainsi la résistance en série et ayant un facteur de remplissage élevé ; elle peut optimiser la conception de la passivation de la surface et de la structure de piégeage de la surface, et obtenir un taux de recombinaison de la surface frontale et une réflexion de la surface plus faibles, améliorant ainsi le Voc et le Jsc.

Bel aspect, particulièrement adapté à l'intégration des bâtiments photovoltaïques. Cependant, le coût des cellules photovoltaïques en silicium cristallin IBC est relativement élevé et n'a pas encore été industrialisé. Le processus de fabrication de l'IBC est complexe. Le coût de la batterie IBC est presque deux fois plus élevé que celui de la batterie conventionnelle en raison de l'utilisation répétée de technologies semi-conductrices telles que le masque et la photolithographie.

P-IBC

La technologie des cellules photovoltaïques au silicium cristallin P-IBC a commencé à attirer l'attention après l'apparition de Longji. La technologie des cellules photovoltaïques au silicium cristallin P-IBC de Longji est une technologie HPBC basée sur une puce de silicium de type P. En fait, TNO a publié la structure IBC de type P dès les années 16-17. Le P-IBC ajoute un LPCVD et les autres sont compatibles avec le PERC.

Le laser est un peu différent, compatible avec le 90%. La structure du nœud arrière P-IBC présente des avantages en termes d'efficacité. À l'heure actuelle, elle privilégie toujours le côté simple, et le taux de côté double est inférieur à 50%. Il s'agit d'un produit de tissu. Le coût d'opportunité du P-IBC est proche de celui du PERC, et l'efficacité est de 24,5% - 25%, ce qui permet d'obtenir un écart de coût de 1-3 cents/W.