Ano ang TOPCon Solar Cell? Isang Kumpletong Gabay sa Tunnel Oxide Passivated Contact Technology

Panimula sa mga TOPCon Solar Cell

Ang TOPCon (Tunnel Oxide Passivating Contact) ay isang N-type wafer cell technology na unang lumitaw noong 2013. Ang isang TOPCon solar cell ay isang tunnel oxide passivated contact solar cell na binuo sa isang N-type substrate.

Kumpara sa mga PERC cell, ang mga TOPCon cell ay gumagamit ng tunnel oxide layer na may mahusay na katangian ng transportasyon ng charge bilang layer ng transportasyon ng charge sa likod ng cell. Sa ibabaw nito, isang doped polysilicon film na mga 20nm ang idineposito upang bumuo ng isang passivated contact structure sa likurang bahagi. Ito ay epektibong nagbabawas ng surface recombination at metal contact recombination, nagtataas ng open-circuit voltage, at nagpapabuti ng energy conversion efficiency.

Ang TOPCon ay isang tunnel oxide passivated contact solar cell technology na batay sa prinsipyo ng selective carriers, na nakakamit ng superior passivation effect.

Ang TOPCon cell ay gumagamit ng N-type substrate. Isang manipis na oxide layer ang inihahanda sa likod ng cell, sinusundan ng isang doped thin film. Magkasama ang dalawang ito ay bumubuo ng isang passivated contact structure na epektibong nagbabawas ng surface recombination at metal contact recombination, na nagbibigay ng mas malaking puwang upang higit pang mapabuti ang conversion efficiency ng N-PERT cells.

Ang teknolohiyang TOPCon ay pinapanatili at ginagamit muli ang mga umiiral na kumbensyonal na P-type cell equipment at proseso hangga't maaari. Kailangan lamang nito ng karagdagang boron diffusion at thin film deposition equipment, at hindi na kailangan ng rear-side opening o alignment. Ito ay lubos na nagpapadali sa proseso ng produksyon ng cell at pinapanatiling mababa ang kahirapan ng mass production. Ang linya ng proseso ay may mataas na compatibility at maaaring tumakbo kasabay ng high-temperature manufacturing lines na ginagamit para sa PERC at N-PERT bifacial cells.

Ang mga TOPCon cell ay nag-aalok ng mga bentahe ng mababang degradation, mataas na bifaciality, at mababang temperature coefficient, na nagbibigay ng malinaw na pagtaas ng power generation sa antas ng terminal power station.

Mga Yugto ng Pag-unlad ng TOPCon Cells

Ang kasaysayan ng pag-unlad ng TOPCon cells ay maaaring hatiin sa apat na yugto: ang panahon ng technology prototype, panahon ng product layout, panahon ng commercial promotion, at panahon ng explosive growth.

Mga Bentahe ng TOPCon Cells

Mga Bentahe sa Pagganap

• Mataas na conversion efficiency. Dahil sa natatanging passivated contact design ng TOPCon cells, ang theoretical efficiency limit ay umaabot hanggang 28.7%. Ang mga nangungunang TOPCon manufacturer ay nakamit na ang mass production efficiencies na higit sa 25.5%, isang makabuluhang pagpapabuti kumpara sa mainstream PERC cells (kasalukuyang mass production conversion efficiency ay nasa 23.5%, theoretical limit ay 24.5%).

• Mataas na bifaciality. Ang TOPCon bifacial cells ay gumagawa ng humigit-kumulang 3% na mas maraming power per watt kaysa sa bifacial PERC cells. Sa parehong ground-mounted power station scenario, ito ay nagbibigay ng mas mataas na power generation gains.

• Mababang temperature coefficient. Ang temperature coefficient ng N-type TOPCon modules ay kasingbaba ng -0.30%/℃, mas mahusay kaysa sa -0.35%/℃ ng P-type modules, na nagpapakita ng mahusay na stability sa high-temperature environments.

• Mababang degradation. Ang phosphorus-doped N-type crystalline silicon ay naglalaman ng napakababang boron content, kaya halos walang boron-oxygen recombination, na nagbibigay ng bentahe sa degradation rate. Ang ilang TOPCon modules ay nagpapakita ng first-year degradation na 1% at linear annual degradation na 0.4%, kumpara sa 2% first-year at 0.45% linear para sa PERC modules, na nagdudulot ng per-watt power generation gain sa buong life cycle ng module.

• Malakas na pagganap sa mababang liwanag. Ang mga TOPCon cell ay mahusay na tumutugon sa parehong maikli at mahabang wavelength, na nagpapanatili ng mahusay na kakayahang makabuo ng kuryente sa ilalim ng mga kondisyong mababa ang liwanag tulad ng madaling araw, gabi, at maulap na panahon.

Mga Bentahe sa Ekonomiya

• Mataas na compatibility sa paggawa ng PERC, na nagpapababa sa kahirapan ng pag-upgrade ng teknolohiya. Ang TOPCon ay maaaring i-extend mula sa PERC process technology, na nangangailangan lamang ng apat na karagdagang hakbang: paghahanda ng boron emitter, pagpapalaki ng tunnel oxide layer, pagdedeposito at pagdo-doping ng polysilicon, at paglilinis pagkatapos ng diffusion. Pinabababa nito ang kahirapan ng pag-upgrade at pinapabilis ang pag-aampon ng TOPCon technology.

• Maayos na conversion ng linya na may mababang gastos sa pamumuhunan sa kagamitan. Ang pagtatayo ng bagong TOPCon line ay nangangailangan ng pamumuhunan sa kagamitan na humigit-kumulang 200-250 milyon, habang ang bagong HJT line ay nangangailangan ng 350-400 milyon. Dahil ang TOPCon ay nag-aalok ng magandang compatibility ng kagamitan sa mga umiiral na PERC lines, kailangan lamang magdagdag ng boron diffusion at polysilicon/amorphous silicon deposition equipment (LPCVD / PECVD / PVD), na may pamumuhunan sa kagamitan na humigit-kumulang 50-70 milyon. Iniiwasan nito ang malakihang pamumuhunan sa bagong kagamitan at malalaking pagbabago sa linya, kaya ito ay lubos na matipid.

• Malaking potensyal para sa price premium. Kung ikukumpara sa PERC modules, ang TOPCon modules ay nag-aalok ng mas mataas na power generation per watt, mas mataas na generation gains, at mas mababang system costs, na lumilikha ng malaking puwang para sa price premium.

Proseso ng Paggawa ng TOPCon Cell

Kung ikukumpara sa monocrystalline PERC processes, ang TOPCon cell production process ay nagdaragdag ng 2 hanggang 3 karagdagang hakbang: pagdedeposito ng tunnel oxide layer (ultra-manipis na SiO2, 1-2nm), pagdedeposito ng intrinsic polysilicon passivation layer (60-100nm), at phosphorus implantation.

Mga Pangunahing Hakbang ng Proseso at Kanilang mga Tungkulin

1. Paglilinis at Pag-texture

Layunin: Pagkatapos ng pagputol ng wafer, ang mga gilid ay nasira, ang crystal lattice structure ay sira, at ang surface recombination ay malala. Ang paglilinis at pag-texture ay pangunahing naglalayong alisin ang surface damage at bumuo ng pyramid light-trapping structure sa ibabaw. Ang liwanag ay sumasalamin nang maraming beses sa ibabaw ng wafer, na nagpapababa ng reflectance.

2. Boron Diffusion

Layunin: Ang pangunahing tungkulin ay bumuo ng PN junction. Dahil mababa ang solid solubility ng boron sa silicon, kinakailangan ang mataas na temperatura at mas mahabang oras para sa diffusion. Ang pagpili ng diffusion source ay nakakaapekto rin sa produksyon: ang mga chloride ay corrosive, habang ang mga bromide ay malagkit, na nagpapahirap sa paglilinis at nagpapataas ng gastos sa pagpapanatili.

Ang boron diffusion ay karaniwang ginagawa sa mas mataas na temperatura—higit sa 1000℃—at kumpara sa 102-minutong cycle na kinakailangan para sa phosphorus diffusion, ang boron diffusion cycle ay tumatagal ng 150 minuto.

Prinsipyo:

Ang gaseous HCl at H2O na nalilikha ng mga reaksyon sa loob ng furnace tube ay dinadala ng N2 at ipinamamahagi nang pantay-pantay sa buong tube. Ang H2O ay tumutugon din sa BBr3 at O2 upang bumuo ng B2O3, na lalong tumutugon upang bumuo ng gaseous HBO2; sa mataas na temperatura, ang HBO2 ay nabubulok pabalik sa B2O3, na nagpapahintulot sa B2O3 na maipamahagi nang pantay-pantay sa ibabaw ng solar cell. Bilang karagdagan, ang H2O ay tumutugon sa B2O3 na idineposito sa loob ng furnace tube, na pumipigil sa pagtatambak ng B2O3 sa mga dingding ng diffusion tube, nagpapahaba ng buhay ng mga quartz component, at nagpapataas ng epektibong boron source. Ang HCl ay maaari ring tumugon sa mga metal impurities sa ibabaw ng cell at sa loob ng tube upang bumuo ng gaseous metal chlorides na lumalabas kasama ng exhaust gas, na pumipigil sa mga metal impurities na kumalat sa solar cell sa panahon ng high-temperature process.

3. SE Laser Doping

Layunin: Upang bumuo ng selective emitter. Ang high-concentration doping ay inilalapat sa at malapit sa mga contact area sa pagitan ng metal gridlines at ng wafer upang mabawasan ang contact resistance sa pagitan ng front metal electrode at ng wafer, habang ang low-concentration doping sa labas ng electrode areas ay nagbabawas ng recombination sa diffusion layer. Ang pag-optimize ng emitter ay nagpapataas ng output current at boltahe ng solar cell, sa gayon ay nagpapabuti ng photoelectric conversion efficiency.

Kung saan nakalagay ang laser sa daloy ng TOPCon: Ang PERC SE ay gumagamit ng phosphorus doping, habang ang TOPCon SE ay gumagamit ng boron doping. Dahil magkaiba ang segregation coefficients ng boron at phosphorus, mas madaling kumalat ang phosphorus mula sa silicon dioxide patungo sa silicon, habang ang boron ay mas mahirap itulak at nangangailangan ng mas maraming enerhiya. Gayunpaman, ang sobrang lakas ng laser ay madaling makasira sa wafer, kaya mas mahirap ang boron doping. Kung ikukumpara sa tradisyonal na boron diffusion, ang pagdaragdag ng SE technology sa TOPCon cells ay maaaring theoretically mapabuti ang efficiency ng 0.5%, at sa aktwal na mass production ay makakamit ang efficiency gain na 0.2-0.4%.

4. Pag-ukit

Layunin: Ang pangunahing function ng pag-ukit ay alisin ang BSG at ang back junction. Ang proseso ng diffusion ay bumubuo ng diffusion layers sa parehong ibabaw ng wafer at sa mga gilid nito; ang edge diffusion layer ay madaling magdulot ng short circuits, at ang surface diffusion layer ay nakakaapekto sa kasunod na passivation, kaya pareho dapat alisin. Ang pag-ukit ay kasalukuyang pangunahing ginagawa gamit ang wet methods, inaalis ang rear at edge diffusion layers sa chain-type equipment bago iproseso ang front side.

5. Paghahanda ng Tunnel Oxide Layer at Polysilicon Layer

Layunin: Magdeposito ng 1-2nm tunnel oxide layer sa likod, pagkatapos ay magdeposito ng 60-100nm polysilicon layer upang mabuo ang passivation structure. May ilang paraan para ihanda ang TOPCon passivation layer, pangunahin ang LPCVD, PECVD, at PVD routes. Ang LPCVD ay kasalukuyang mainstream, ngunit malala ang wrap-around deposition, habang ang PECVD ay may malakas na potensyal sa pangkalahatang performance.

6. Paghahanda ng Rear Anti-Reflection Film

Layunin: Maghanda ng anti-reflection passivation film sa likod ng cell upang mapataas ang light absorption. Kasabay nito, ang hydrogen atoms na nabuo sa panahon ng SiNx film formation ay nagpa-passivate sa wafer.

7. Front-Side Aluminum Oxide Deposition

Layunin: Magdeposito ng layer ng aluminum oxide film sa harap ng wafer, na kasama ng iba pang films ay bumubuo ng front passivation effect.

8. Paghahanda ng Front Anti-Reflection Film

Layunin: Ang front anti-reflection film ay gumagana sa parehong paraan tulad ng rear. Bukod dito, ang aluminum oxide film na idineposito sa harap ay napakanipis at madaling masira sa kasunod na cell at module manufacturing, kaya ang front SiNx ay nagpoprotekta rin sa aluminum oxide.

9. Screen Printing - Laser Pattern Transfer

Sa kasalukuyan, karamihan sa pag-print ng cell ay gumagamit pa rin ng screen printing. Sa hinaharap, sa pagbawas ng pagkonsumo ng silver paste para sa N-type na mga cell, ang Pattern Transfer Printing ay maaaring magkaroon ng kalamangan. Ang laser transfer ay isang bagong uri ng non-contact printing technology: ang kinakailangang paste ay pinahiran sa isang tiyak na flexible transparent na materyal, at isang high-power laser beam ang nagsasagawa ng high-speed patterned scanning upang ilipat ang paste mula sa flexible transparent na materyal patungo sa ibabaw ng cell, na bumubuo ng mga gridline at naghahanda ng front at rear electrodes.

10. Pagsisinter

Ang magandang ohmic contact ay nabubuo sa pamamagitan ng high-temperature sintering.

11. Awtomatikong Pag-uuri

Ang mga cell ay inuuri sa mga lalagyan ayon sa kanilang iba't ibang conversion efficiencies.

Mga Hinaharap na Trend ng Pag-unlad ng TOPCon Cells

Noong 2023, ang average conversion efficiency ng N-type TOPCon cells ay umabot sa 25.0%, at ang average conversion efficiency ng heterojunction cells ay umabot sa 25.2%, parehong nagpapakita ng makabuluhang pagbuti kumpara noong 2022.

Noong 2023, ang mga bagong mass production lines ay pangunahing N-type cell lines. Habang unti-unting nailalabas ang kapasidad ng N-type cells, ang market share ng PERC cells ay nabawasan sa 73.0%. Ang N-type cells ay umabot sa pinagsamang kabuuang humigit-kumulang 26.5%, kung saan ang N-type TOPCon cells ay humigit-kumulang 23.0%, heterojunction cells ay humigit-kumulang 2.6%, at XBC cells ay humigit-kumulang 0.9%—lahat ay malaking pagtaas kumpara noong 2022.

Mula 2024 pataas, ang bahagi ng N-type cells na kinakatawan ng TOPCon ay ganap na hihigit sa P-type PERC, at inaasahan ng industriya na ang bahagi ay aabot at lalampas sa 70%.

Perspektibo ng Ooitech

Naniniwala ang Ooitech: Ang TOPCon, isang N-type tunnel oxide passivated contact cell technology na binuo sa mga umiiral na PERC lines, ay naghahatid ng mas mataas na efficiency, mas mababang degradation, at mas malakas na power generation gains, at ngayon ay nagiging mainstream ng solar industry.