Kiến thức

Nghiên cứu tiêu chuẩn hóa tế bào TOPCon loại N

Trong những năm gần đây, với sự phát triển và sử dụng các công nghệ mới, quy trình mới và cấu trúc mới của tế bào quang điện, ngành công nghiệp tế bào quang điện đã phát triển nhanh chóng. Là công nghệ then chốt hỗ trợ phát triển năng lượng mới và lưới điện thông minh, tế bào loại n đã trở thành điểm nóng trong phát triển công nghiệp toàn cầu.

Bởi vì tế bào quang điện tiếp xúc thụ động hóa lớp oxit đường hầm loại n (sau đây gọi là "tế bào TOPCon loại n") có lợi thế về hiệu suất là cải thiện đáng kể hiệu quả so với tế bào quang điện thông thường, với sự gia tăng chi phí chuyển đổi thiết bị trưởng thành và có thể kiểm soát được chi phí, tế bào TOPCon loại n Việc mở rộng hơn nữa năng lực sản xuất trong nước đã trở thành hướng phát triển chính của tế bào quang điện hiệu suất cao.

Việc tiêu chuẩn hóa pin TOPCon loại n phải đối mặt với các vấn đề như không thể đáp ứng các tiêu chuẩn hiện tại và nhu cầu cải thiện khả năng áp dụng các tiêu chuẩn. Bài báo này sẽ tiến hành nghiên cứu và phân tích về tiêu chuẩn hóa pin TOPCon loại n và đưa ra các đề xuất cho việc tiêu chuẩn hóa.

Tình hình phát triển của công nghệ tế bào TOPCon loại n

Cấu trúc của vật liệu cơ bản silicon loại p được sử dụng trong các tế bào quang điện thông thường là n+pp+, bề mặt tiếp nhận ánh sáng là bề mặt n+ và sự khuếch tán phốt pho được sử dụng để tạo thành bộ phát.

Có hai loại cấu trúc tế bào quang điện đồng thể chính cho vật liệu cơ bản silicon loại n, một loại là n+np+ và loại kia là p+nn+.

So với silicon loại p, silicon loại n có tuổi thọ sóng mang thiểu số tốt hơn, độ suy giảm thấp hơn và tiềm năng hiệu quả cao hơn.

Tế bào hai mặt loại n làm bằng silicon loại n có ưu điểm là hiệu quả cao, phản ứng ánh sáng yếu tốt, hệ số nhiệt độ thấp và tạo ra nhiều năng lượng hai mặt hơn.

Khi các yêu cầu của ngành về hiệu quả chuyển đổi quang điện của tế bào quang điện tiếp tục tăng, các tế bào quang điện hiệu suất cao loại n như TOPCon, HJT và IBC sẽ dần chiếm lĩnh thị trường trong tương lai.

Theo dự báo thị trường và công nghệ công nghiệp quang điện toàn cầu của Lộ trình quang điện quốc tế (ITRPV) năm 2021, tế bào loại n đại diện cho công nghệ tương lai và hướng phát triển thị trường của tế bào quang điện trong và ngoài nước.

Trong số các lộ trình kỹ thuật của ba loại pin loại n, pin TOPCon loại n đã trở thành lộ trình công nghệ có quy mô công nghiệp hóa lớn nhất do lợi thế về tỷ lệ sử dụng cao của thiết bị hiện có và hiệu suất chuyển đổi cao.

Hiện tại, pin TOPCon loại n trong ngành thường được điều chế dựa trên công nghệ LPCVD (lắng đọng hóa học pha hơi áp suất thấp), có nhiều quy trình, hiệu quả và năng suất bị hạn chế và thiết bị phụ thuộc vào nhập khẩu. Nó cần phải được cải thiện. Việc sản xuất tế bào TOPCon loại n quy mô lớn gặp phải những khó khăn kỹ thuật như chi phí sản xuất cao, quy trình phức tạp, tỷ lệ sản lượng thấp và hiệu quả chuyển đổi không đủ.

Ngành công nghiệp đã có nhiều nỗ lực để cải tiến công nghệ của tế bào TOPCon loại n. Trong số đó, công nghệ lớp polysilicon pha tạp tại chỗ được áp dụng trong quy trình lắng đọng một lớp oxit đường hầm và lớp polysilicon pha tạp (n+-polySi) mà không cần bọc lớp mạ;

Điện cực kim loại của pin TOPCon loại n được chuẩn bị bằng cách sử dụng công nghệ trộn bột nhôm và bột bạc mới, giúp giảm chi phí và cải thiện điện trở tiếp xúc; sử dụng cấu trúc bộ phát chọn lọc phía trước và công nghệ cấu trúc tiếp xúc thụ động đường hầm nhiều lớp phía sau.

Những nâng cấp công nghệ và tối ưu hóa quy trình này đã có những đóng góp nhất định cho quá trình công nghiệp hóa tế bào TOPCon loại n.

Nghiên cứu tiêu chuẩn hóa pin TOPCon loại n

Có một số khác biệt về kỹ thuật giữa tế bào TOPCon loại n và tế bào quang điện loại p thông thường và việc đánh giá tế bào quang điện trên thị trường dựa trên các tiêu chuẩn pin thông thường hiện tại và không có yêu cầu tiêu chuẩn rõ ràng đối với tế bào quang điện loại n .

Tế bào TOPCon loại n có các đặc điểm về độ suy giảm thấp, hệ số nhiệt độ thấp, hiệu suất cao, hệ số hai mặt cao, điện áp mở cao, v.v. Nó khác với các tế bào quang điện thông thường về tiêu chuẩn.

Phần này sẽ bắt đầu từ việc xác định các chỉ số tiêu chuẩn của pin TOPCon loại n, tiến hành xác minh tương ứng xung quanh độ cong, độ bền kéo của điện cực, độ tin cậy và hiệu suất suy giảm ban đầu do ánh sáng gây ra, đồng thời thảo luận về kết quả xác minh.

Xác định các chỉ tiêu tiêu chuẩn

Tế bào quang điện thông thường dựa trên tiêu chuẩn sản phẩm GB/T29195-2012 "Thông số kỹ thuật chung cho tế bào năng lượng mặt trời silicon kết tinh sử dụng trên mặt đất", yêu cầu rõ ràng các thông số đặc trưng của tế bào quang điện.

Dựa trên các yêu cầu của GB/T29195-2012, kết hợp với các đặc tính kỹ thuật của pin TOPCon loại n, quá trình phân tích được thực hiện theo từng mục.

Xem Bảng 1, pin TOPCon loại n về cơ bản giống như pin thông thường về kích thước và hình thức bên ngoài;

Bảng 1 So sánh giữa yêu cầu của pin TOPCon loại n và GB/T29195-2012

Về các thông số hiệu suất điện và hệ số nhiệt độ, các thử nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn IEC60904-1 và IEC61853-2, và các phương pháp thử nghiệm phù hợp với pin thông thường; các yêu cầu về tính chất cơ học khác với pin thông thường về mức độ uốn và độ bền kéo của điện cực.

Ngoài ra, theo môi trường ứng dụng thực tế của sản phẩm, thử nghiệm nhiệt ẩm được thêm vào như một yêu cầu về độ tin cậy.

Dựa trên phân tích trên, các thí nghiệm đã được thực hiện để xác minh tính chất cơ học và độ tin cậy của pin TOPCon loại n.

Các sản phẩm tế bào quang điện của các nhà sản xuất khác nhau có cùng lộ trình kỹ thuật được chọn làm mẫu thí nghiệm. Các mẫu được cung cấp bởi Taizhou Jolywood Optoelectronics Technology Co., Ltd.

Thử nghiệm được thực hiện trong các phòng thí nghiệm của bên thứ ba và phòng thí nghiệm của doanh nghiệp, đồng thời các thông số như độ uốn và độ bền kéo của điện cực, thử nghiệm chu trình nhiệt và thử nghiệm nhiệt ẩm cũng như hiệu suất suy giảm ban đầu do ánh sáng gây ra đã được thử nghiệm và xác minh.

Xác minh tính chất cơ học của tế bào quang điện

Mức độ uốn và độ bền kéo của điện cực trong các tính chất cơ học của pin TOPCon loại n được kiểm tra trực tiếp trên chính tấm pin và việc xác minh phương pháp kiểm tra như sau.

01

Xác minh kiểm tra uốn cong

Độ cong đề cập đến độ lệch giữa điểm trung tâm của bề mặt trung bình của mẫu được thử nghiệm và mặt phẳng tham chiếu của bề mặt trung bình. Đây là một chỉ số quan trọng để đánh giá độ phẳng của pin khi bị căng thẳng bằng cách kiểm tra biến dạng uốn của tế bào quang điện.

Phương pháp thử nghiệm chính của nó là đo khoảng cách từ tâm của tấm wafer đến mặt phẳng tham chiếu bằng cách sử dụng chỉ báo dịch chuyển áp suất thấp.

Jolywood Optoelectronics và Xi'an State Power Investment đã cung cấp 20 cục pin TOPCon loại n cỡ M10 mỗi cục. Độ phẳng của bề mặt tốt hơn 0.01mm và độ cong của pin được kiểm tra bằng công cụ đo có độ phân giải tốt hơn 0.01mm.

Thử nghiệm uốn cong pin được thực hiện theo quy định của 4.2.1 trong GB/T29195-2012.

Các kết quả thử nghiệm được thể hiện trong Bảng 2.

Bảng 2 Kết quả kiểm tra độ uốn của tế bào TOPCon loại n

Cả hai tiêu chuẩn kiểm soát nội bộ doanh nghiệp của Jolywood và Xi'an State Power Investment đều yêu cầu độ uốn không được cao hơn 0.1mm. Theo phân tích kết quả kiểm tra lấy mẫu, độ uốn trung bình của Jolywood Optoelectronics và Xi'an State Power Investment lần lượt là 0.056mm và 0.053mm. Các giá trị tối đa lần lượt là 0.08mm và 0.10mm.

Theo kết quả xác minh thử nghiệm, yêu cầu độ cong của pin TOPCon loại n không cao hơn 0.1mm được đề xuất.

02

Xác minh kiểm tra độ bền kéo điện cực

Ruy băng kim loại được nối với dây lưới của tế bào quang điện bằng cách hàn để dẫn dòng điện. Ruy băng hàn và điện cực phải được kết nối ổn định để giảm thiểu điện trở tiếp xúc và đảm bảo hiệu suất dẫn điện hiện tại.

Vì lý do này, kiểm tra độ bền kéo của điện cực trên dây lưới của pin có thể đánh giá khả năng hàn điện cực và chất lượng hàn của pin, đây là phương pháp kiểm tra phổ biến về độ bám dính của động cơ pin quang điện.

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