Pag-unawa sa Tatlong Major PV Cell Technologies: TOPCon, HJT, at Perovskite

Panimula

Ang teknolohiyang solar photovoltaic ay mabilis na umunlad sa nakaraang dekada, na may ilang magkakatunggaling arkitektura ng cell na nagtutulak sa kahusayan sa mga bagong taas. Ang artikulong ito ay naglalakad sa mga pangunahing prinsipyo ng paggana ng mga solar cell, pagkatapos ay binabahagi ang tatlong pangunahing susunod na henerasyong teknolohiya na humuhubog sa industriya ngayon, at nagtatapos sa isang pagtingin sa quality control sa produksyon ng cell.

Paano Gumagana ang Solar PV Cells

Ang isang solar cell ay nagko-convert ng liwanag sa kuryente, ngunit hindi lahat ng papasok na photon ay pantay na nag-aambag. Ang pag-unawa kung saan nawawala ang enerhiya ay ang unang hakbang patungo sa pagbuo ng mas mahusay na mga cell.

• Ang mga photon na may enerhiya na mas mababa sa bandgap ay hindi naa-absorb at dumadaan lamang sa cell.

• Ang mga photon na may enerhiya na mas mataas sa bandgap ay naa-absorb at bumubuo ng mga electron-hole pairs, ngunit ang labis na enerhiya ng mga high-energy photon ay bahagyang nawawala bilang init.

• Ang paghihiwalay ng charge at transportasyon ng mga nabuong carrier ay nagdudulot ng mga pagkalugi sa pn junction.

• Ang mga pagkalugi sa recombination ay nangyayari sa panahon ng transportasyon ng carrier.

• Ang contact resistance ay nagdudulot ng pagbaba ng boltahe, na nagiging sanhi ng contact voltage losses.

Pagbawas ng mga Pagkalugi sa Elektrisidad

• Pumili ng mga wafer na may magandang kristal na istraktura at tamang uri.

• Bumuo ng mga perpektong pamamaraan ng pagbuo ng pn junction.

• Bumuo ng mga perpektong pamamaraan ng passivation.

• Gamitin ang mga makatwirang pamamaraan ng metal contact.

• Ilapat ang mahusay na front-surface at back-surface field technologies.

Pagbawas ng mga Pagkalugi sa Optikal

Upang mabawasan ang pagkawala ng liwanag at mapataas ang kahusayan ng cell, ang industriya ay nakabuo ng iba't ibang mga pamamaraan at teknolohiya para sa pag-trap ng liwanag. Kabilang dito ang pag-texture sa ibabaw ng wafer upang mabawasan ang reflection, mga anti-reflection coating sa harap na ibabaw, mga reflective coating sa likurang ibabaw, at pag-minimize ng lugar na may shading mula sa grid lines.

TOPCon

Ang TOPCon, na kilala rin bilang passivated contact technology, ay malawakang itinuturing na susunod na henerasyon ng solar cell technology pagkatapos ng PERC. Kung ikukumpara sa iba pang potensyal na bagong teknolohiya tulad ng HJT at IBC, ang TOPCon ay maaaring direktang i-upgrade mula sa mga umiiral na linya ng PERC o PERT. Dahil dito, ang mga manufacturer na gustong i-upgrade ang kanilang mga kasalukuyang linya ng produksyon ay nangangailangan ng medyo mababang capital investment, habang nakakamit pa rin ang solidong pagtaas ng kahusayan na humigit-kumulang 1%.

Ang harap na bahagi ng isang TOPCon cell ay karaniwang pareho sa isang conventional N-type o N-PERT cell, na binubuo ng isang boron (p+) emitter, isang passivation layer, at isang anti-reflection layer. Ang pangunahing teknolohiya ay nasa likurang passivated contact: ang likod ng wafer ay may ultra-manipis na oxide layer (1–2 nm) kasama ang isang phosphorus-doped micro/amorphous mixed silicon thin film. Para sa bifacial applications, ang metallization ay ginagawa sa pamamagitan ng screen-printing ng Ag o Ag-Al grids sa harap at Ag grids sa likod.

Tunnel Oxide Passivated Contact

Ang Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon) ay nakakuha ng malaking atensyon kamakailan dahil nakakamit nito ang mataas na conversion efficiency na 25.7%. Ang istraktura ng TOPCon ay binubuo ng isang manipis na tunnel oxide at isang phosphorus (P) doped polysilicon contact layer. Ang P-doped polysilicon layer ay maaaring gawin sa pamamagitan ng pag-crystallize ng a-Si:H o sa pamamagitan ng direktang pag-deposito ng polysilicon gamit ang LPCVD. Ang TOPCon ay namumukod-tangi bilang isang promising candidate sa mga high-efficiency solar cell technologies.

HJT Heterojunction

Ang Heterojunction technology (HJT) ay isang paraan ng paggawa ng solar panel na umuusbong sa nakaraang dekada. Ito ay kasalukuyang isa sa mga pinaka-epektibong proseso para itaas ang efficiency at power output sa mataas na antas, na lumalampas pa sa performance ng mainstream na PERC technology ng industriya. Ang mga HJT cell ay pinagsasama ang dalawang magkaibang teknolohiya sa isa: crystalline silicon at amorphous thin film. Ang paggamit ng mga teknolohiyang ito nang magkasama ay nag-aani ng mas maraming enerhiya kaysa sa paggamit ng alinman sa isa lamang, na umaabot sa efficiencies na 25% o mas mataas.

Istraktura ng HJT Cell

Gamit ang monocrystalline wafer bilang substrate, isang intrinsic a-Si:H film na 5–10 nm at pagkatapos ay isang p-type a-Si:H film ang sunod-sunod na idineposito sa nalinis at na-texture na harapan ng wafer, na bumubuo ng p-n heterojunction. Sa likuran ng wafer, isang intrinsic film na 5–10 nm at isang n-type a-Si:H film ang idineposito upang bumuo ng back surface field. Pagkatapos ay idineposito ang isang transparent conductive oxide film, at sa wakas, ang screen printing ay lumilikha ng metal collector electrodes sa itaas ng magkabilang panig, na bumubuo ng isang simetriko na HJT solar cell.

Mga Bentahe ng HJT Cells

• Flexibility at kakayahang umangkop — Ang teknolohiyang ito ay binuo para sa mahusay na kakayahan sa produksyon kahit na sa ilalim ng matinding kondisyon ng panahon. Ang mga HJT panel ay may mas mababang temperature coefficient kaysa sa mga conventional panel, na tinitiyak ang mataas na pagganap sa mataas na panlabas na temperatura.

• Inaasahang habang-buhay — Sa karaniwan, ang thin-film PV modules ay maaaring tumagal ng hanggang 25 taon, habang ang HJT cells ay maaaring patuloy na gumana nang normal nang higit sa 30 taon.

• Mas mataas na kahusayan — Karamihan sa mga heterojunction panel sa merkado ngayon ay may kahusayan sa pagitan ng 19.9% at 21.7%, isang malaking pagpapabuti kumpara sa iba pang conventional monocrystalline cells.

• Pagtipid sa gastos — Ang amorphous silicon na ginagamit sa HJT panels ay isang cost-effective na PV technology. Kung ikukumpara sa ibang teknolohiya, ang thin-film solar approach na ito ay nangangailangan ng mas maikling oras ng pagmamanupaktura. Dahil sa pinasimpleng proseso nito, ang HJT ay mas abot-kaya kaysa sa mga alternatibong solusyon.

Perovskite

Noong 2009, ang perovskite materials ay unang ginamit upang makamit ang photovoltaic efficiency na 4%. Pagsapit ng 2021, ang single-junction perovskite solar cells (PSC) ay umabot sa kahusayan na 25.5%. Ang mabilis na pag-unlad ng perovskite cells ay ginawa silang isang sumisikat na bituin sa larangan ng PV at nagdulot ng malaking interes sa akademya. Dahil ang kanilang mga pamamaraan ng operasyon ay medyo bago pa, maraming pagkakataon upang higit pang pag-aralan ang pinagbabatayan na pisika at kimika ng perovskite.

Istraktura ng Perovskite Cell

Karamihan sa mga advanced na perovskite solar cell structures ay batay sa limang bahagi: isang transparent conductive oxide, isang electron transport layer (ETL), ang perovskite, isang hole transport layer (HTL), at isang metal electrode. Ang pag-unawa at pag-optimize ng mga antas ng enerhiya at interaksyon ng iba't ibang materyal sa mga interface na ito ay isang napakakapana-panabik na lugar ng pananaliksik na kasalukuyang aktibong pinag-uusapan.

CaTiO3

Ang perovskite ay pangalan ng isang mineral, natuklasan noong 1839 ni Rose sa mga batong mineral ng Ural Mountains at pinangalanan sa Russian geologist na si Perovski. Ang mga materyales na perovskite ay may posibilidad na magkaroon ng mababang posibilidad ng recombination ng carrier at mataas na mobility ng carrier, kaya't mainam na materyales para sa solar cells.

Mga Paraan ng Pagbuo ng Perovskite Film

Ang susi sa pagpapabuti ng kahusayan ng conversion ng kuryente ng perovskite solar cells ay nakasalalay sa pag-optimize ng morpolohiya ng film. Ang mga paraan ng pagbuo ng film na karaniwang ginagamit sa laboratoryo ay one-step o two-step process deposition. Upang matugunan ang pangangailangan para sa malaking-lugar, murang perovskite films, ginagamit din ang mga kagamitan sa pagproseso tulad ng slot-die coating, printing, at spraying upang gumawa ng perovskite solar cells.

Ang Kinabukasan ng Perovskite

Ang hinaharap na pananaliksik sa perovskite ay malamang na tumuon sa pagbawas ng recombination sa pamamagitan ng mga estratehiya tulad ng passivation at pagbawas ng depekto, pati na rin ang pagpapabuti ng kahusayan sa pamamagitan ng pagsasama ng two-dimensional perovskites at mas optimized na interface materials. Ang mga charge extraction layers ay maaaring lumipat mula sa organic patungo sa inorganic na materyales upang mapabuti ang kahusayan at katatagan. Ang pagpapahusay ng katatagan at pagbawas ng epekto sa kapaligiran ay nananatiling mahalagang mga lugar.

Quality Control sa Produksyon ng Solar PV Cell

Ang crystalline silicon PV cells ang pinakakaraniwang cells sa komersyal na solar panels, na bumubuo ng higit sa 90% ng pandaigdigang benta ng PV cell market.

Sa laboratoryo, ang kahusayan ng conversion ng enerhiya ng crystalline silicon cells ay lumalampas sa 25% para sa monocrystalline cells at umaabot sa 20% o higit pa para sa polycrystalline cells. Gayunpaman, ang industriyal na ginawang solar modules ay kasalukuyang nakakamit lamang ng 18%–22% na kahusayan sa ilalim ng standard test conditions.

Paglilinis at Pag-texture

Ang etching ay nag-aalis ng surface damage layer at nagte-texture sa ibabaw upang bumuo ng textured structure na nakakakuha ng liwanag at nagbabawas ng reflection losses. Ang pagsukat ng reflectance ng textured surface ay isang mahalagang paraan ng pag-monitor ng texturing process.

Pagbuo ng Diffusion Junction at Edge Isolation

Ang thermal diffusion at mga katulad na pamamaraan ay bumubuo ng diffusion layer ng ibang conductivity type sa wafer, na lumilikha ng pn junction. Ang iba't ibang uri ng cell ay nagdedeposito ng passivation layer ng tiyak na kapal sa pagitan ng pn junction at ng wafer upang makakuha ng mas mahusay na thin-film solar cell. Ang prosesong ito ay pangunahing sinusubaybayan ang minority carrier lifetime, kapal ng wafer, at refractive index.

Deposisyon ng Anti-Reflection Coating

Upang higit pang mapabuti ang pagsipsip ng liwanag, isang anti-reflection film ang inilalapat sa ibabaw ng wafer. Sa kasalukuyan, ang industriya ay gumagamit ng plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) upang magdeposito ng manipis na pelikula sa wafer, na sabay na nagsisilbing passivation layer. Sa yugtong ito, ang pangunahing sinusukat ay ang transmittance ng anti-reflection film at ang pagkakapareho ng sheet resistance.

Paggawa ng Electrode

Ang mga grid-line electrodes ay naka-screen print sa harap ng cell, habang ang back surface field at back electrode ay naka-print sa likuran, sinusundan ng pagpapatuyo at sintering. Sa prosesong ito, ang kontrol sa temperatura, katumpakan ng pagkakahanay, at ratio ng taas-sa-lapad ng mga grid line ay hindi maaaring mawalang-bahala na mga tagapagpahiwatig ng pagsubaybay.

Pananaw ng Ooitech

Naniniwala ang ooitech: Ang TOPCon, HJT, at perovskite ay bawat isa ay nagtutulak ng kahusayan ng solar cell sa kani-kanilang paraan, at ang mahigpit na kontrol sa kalidad ng produksyon ang siyang nagpapalit ng mga teknolohiyang ito sa maaasahan at mataas na pagganap na mga modyul.