Quelle: ecogeneration.com.au
Experten haben immer wieder auf die Herausforderungen hingewiesen, denen sich die PERC-Technologie kurz nach der Installation hinsichtlich möglicher Degradationseffekte gegenübersieht. LONGi Solar hat daran gearbeitet, das Problem der lichtinduzierten Degradation (LID) in PERC-Zellen und -Modulen anzugehen, um Degradationsproblemen vorzubeugen und Module von bester Qualität anzubieten.
In den letzten Jahren hat ein weiteres Phänomen der Verschlechterung des Wirkungsgrads von Solarzellen/-modulen die Aufmerksamkeit aller auf sich gezogen: die durch Licht und erhöhte Temperatur induzierte Verschlechterung oder LeTID.
Es wird angenommen, dass LeTID durch die Wechselwirkung zwischen Metallverunreinigungen und Wasserstoff in Wafern verursacht wird. Mit Gallium-dotierten Wafern ist es einfacher, LeTID in Solarzellen zu kontrollieren, da kein übermäßiger Wasserstoff in die Zellbearbeitung eingeführt werden muss, um LID zu verringern, wie es für bordotierte Wafer erforderlich ist.
Es wird allgemein angenommen, dass die lichtinduzierte Degradation durch einen Bor-Sauerstoff-Komplex verursacht wird, der unter Lichteinstrahlung gebildet wird und der die Effizienz und Leistung der Solarzellen im Laufe der Zeit nach der Installation verringert. Um LID abzuschwächen, können Sie entweder die Sauerstoffkonzentration in Wafern reduzieren oder Bor (B) durch andere Dotierstoffe wie Gallium (Ga) ersetzen. Gemeinsame Untersuchungen des Instituts für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) und LONGi haben gezeigt, dass Ga-Dotierung und sauerstoffarme Wafer effektiv sind, wie in Abbildung 1 gezeigt.
Bei der Prozessoptimierung beim Ingotziehen und der Zellherstellung zeigten Solarzellen, die mit Ga-dotierten Wafern hergestellt wurden, Effizienzverbesserungen zwischen 0,06-0,12% (abs) im Vergleich zu B-dotierten Wafern.
Durch gründliche Forschung und Tests kamen die Technologieexperten von LONGi zu dem Schluss, dass LID- und LeTID-Probleme durch die Verwendung von Gallium-dotierten monokristallinen Siliziumwafern in Kombination mit einer Zellprozesssteuerung ohne die Notwendigkeit einer Regenerationsbehandlung (Lichtinjektion oder elektrische Injektion) effektiv gelöst werden können.
Im Vergleich zu bordotierten Siliziumwafern können galliumdotierte Siliziumwafer die Effizienz von PERC-Zellen verbessern. In Gallium-dotierten PERC-Zellen gibt es keinen Bor-Sauerstoff-Komplex, daher gibt es nicht das übliche Phänomen der Bor-Sauerstoff-LID. Im aktuellen WhitepaperGallium-dotiertes monokristallines Silizium löst das Problem des LID . eines PERC-Moduls vollständig, LONGi hat seine Ergebnisse zu diesem Thema zusammengefasst und durch entsprechende Studien unterstützt. Die Forschung zeigt stark, dass die Anwendung von Gallium-dotierten Siliziumwafern die anfängliche LID, unter der Zellen mit Bor-dotierten Siliziumwafern vom p-Typ lange gelitten haben, effektiv abschwächen kann.
Das LONGi-Team führte einen LID-Test von Gallium- und Bor-dotierten PERC-Zellen durch. Der Test verwendete massenproduzierte bifaziale PERC-Zellen von LONGi (die eine Zelleffizienz von etwa 22,7% aufwiesen). Im Folgenden ist ein Teil des Testschemas einschließlich des Testobjekts, der Art und der Anzahl der Zellen aufgeführt.
Testergebnisse
1Sonne, 75°C:Um die LeTID vollständig widerzuspiegeln, hat LONGi eine Testtemperatur von 75°C angenommen. Abbildung 2 zeigt die 264-Stunden-Testergebnisse bei 1 Sonne, 75°C. Die mit Bor dotierte Zelle zerfällt nach 8 Stunden auf maximal 2,3% und erholt sich dann nach 96 Stunden auf einen stabilen Wert von 1,3%. Der Abbauwert von Gallium-dotierten Zellen ist grundsätzlich stabil bei 96 Stunden bei 1,2 %, wurde dann langsam auf 1,3 % abgebaut (216 Stunden) und erholte sich dann leicht.
×10 Sonnen,>100°C:Der LeTID-Prozess kann beschleunigt werden, indem man ×10 Sonnen,>100°C annimmt. Die Testergebnisse von Gallium-dotierten PERC-Zellen nach dieser Methode sind in Abbildung 3 dargestellt. Bei dieser Testmethode durchlief auch die Gallium-dotierte Zelle einen Prozess des Abbaus und der Rückkehr zur Stabilität. Der Abbau erreichte nach 5 Minuten den Maximalwert von 1,05% und begann sich nach 90 Minuten auf einem ziemlich niedrigen Niveau von 0,3% zu stabilisieren.
Ergebnisse gestützt durch unabhängige Forschung
Tine U. Naerland von der Arizona State University (zusammen mit anderen Forschern) untersuchte die Verschlechterung der Lebensdauer der Minoritätsträger von Indium-dotierten, Gallium-dotierten und Bor-dotierten Siliziumwafern ohne Verunreinigungen bei einer Raumtemperatur von 25 °C, wie in Abbildung 4 gezeigt.
Es ist ersichtlich, dass die Minoritätsträgerlebensdauer von Gallium-dotierten Siliziumwafern im Wesentlichen einen konstanten Wert von ca4s Lichteinwirkung, während die von Bor- und Indium-dotierten Siliziumwafern kontinuierlich und stark abgebaut werden. Daher ist der mit Gallium dotierte Siliziumwafer unter Niedertemperaturlichtbedingungen relativ stabil und weist grundsätzlich keine Verschlechterung auf. Bei einer tatsächlichen Außenexposition wird die Arbeitstemperatur der Zelle jedoch 60 °C überschreiten, und die Gallium-dotierte Zelle weist auch unter Temperatureinwirkung einen gewissen Grad an LeTID auf. Ihre Forschung ergänzt eindeutig die Testergebnisse von LONGi zum LID von Gallium-dotierten PERC-Zellen und regenerierten Bor-dotierten PERC-Zellen bei verschiedenen Temperaturen.
Eine weitere verwandte Forschung wurde von Nicholas Grant und John Murphy von der University of Warwick durchgeführt, die kürzlich die Durchführbarkeit der Indiumdotierung untersuchten und herausfanden, dass ihr relativ tiefer Akzeptorgehalt ihr Potenzial begrenzt. „Gallium-dotiertes Silizium hat bei längerer Beleuchtung eine sehr stabile und hohe Lebensdauer gezeigt. Es sind auch keine schädlichen aktiven Defekte bei der Rekombination bekannt“, sagte Grant kürzlich in einer Interaktion mit einer führenden Fachzeitschrift der Solarindustrie.
Die Anwendung von Gallium-dotierten Siliziumwafern kann die anfängliche LID, unter der Zellen, die bordotierte Siliziumwafer vom p-Typ verwenden, lange gelitten haben, effektiv abschwächen. Daher erfordert Gallium-dotiertes Silizium im Gegensatz zum bordotierten Status Quo keine zusätzlichen Stabilisierungsschritte, die verwendet werden, um die Degradation abzuschwächen. Die durchschnittliche Effizienz von Gallium-dotierten Zellen ist 0,09 % höher als die von Bor-dotierten Zellen.
„Mein Team führte Stabilisierungstests durch und es wurde keine signifikante Verschlechterung der PERC-Solarzellen mit Gallium-dotiertem Siliziumsubstrat beobachtet“, sagte er. „Im Gegensatz dazu haben wir bei einer äquivalenten PERC-Solarzelle mit einem bordotierten Siliziumsubstrat unter den gleichen experimentellen Bedingungen eine signifikante Degradation beobachtet.“
