TOPCon Solar Cell: Buong Anyo, Estruktura at Paano Ito Gumagana

Mabilis na sagot: Ang TOPCon ay nangangahulugang Tunnel Oxide Passivated Contact. Ito ay isang N-type silicon solar cell technology na naglalagay ng ultra-thin tunnel oxide layer, mga 1 hanggang 2 nanometres, sa ilalim ng doped polysilicon layer sa rear surface. Ang stack na iyon ay gumagawa ng dalawang bagay: pinapassivate nito ang rear surface upang mas kaunting charge carriers ang mag-recombine doon, at hinahayaan nito ang majority carriers na mag-tunnel habang hinaharang ang kabaligtaran na polarity. Ang resulta ay mas mataas na open-circuit voltage kaysa sa PERC, at samakatuwid ay mas mataas na efficiency — ang dahilan kung bakit pinalitan ng TOPCon ang PERC bilang dominanteng industrial cell technology. Kritikal para sa mga manufacturer, ang TOPCon ay malawak na line-compatible sa umiiral na PERC equipment, na pangunahing nangangailangan lamang ng karagdagang boron diffusion, tunnel oxide at polysilicon deposition steps. Ito rin ang pundasyon ng back-contact family: ang IBC, TBC, HBC at HIBC cells ay lahat nakabatay sa TOPCon passivating contact.

PV Module Manufacturing · ni Jerry, Ooitech

Introduksyon sa TOPCon Solar Cells

Ang TOPCon ay ang unang hakbang sa mas mahabang back-contact sequence. Kung paano ito pinagbabatayan ng IBC, TBC, HBC at HIBC ay nakasaad sa Roadmap ng teknolohiya ng BC cell: mula sa istruktura hanggang sa proseso.

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

Kumpara sa PERC cells, ang TOPCon cells ay gumagamit ng tunnel oxide layer na may mahusay na charge transport properties bilang charge transport layer sa likod ng cell. Sa ibabaw nito, ang doped polysilicon film na mga 20nm ay idineposito upang bumuo ng passivated contact structure sa rear side. Epektibo nitong binabawasan ang surface recombination at metal contact recombination, itinataas ang open-circuit voltage, at pinapabuti ang energy conversion efficiency.

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

Ang TOPCon cell ay gumagamit ng N-type substrate. Ang manipis na oxide layer ay inihanda sa likod ng cell, na sinusundan ng doped thin film. Magkasama, ang dalawang ito ay bumubuo ng passivated contact structure na epektibong nagpapababa 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 TOPCon technology ay pinapanatili at muling ginagamit ang umiiral na conventional P-type cell equipment at processes sa pinakamalaking lawak. Nangangailangan lamang ito ng pagdaragdag ng boron diffusion at thin film deposition equipment, na hindi kailangan ng rear-side opening o alignment. Lubos nitong pinapasimple ang cell production process at pinapanatiling mababa ang kahirapan ng mass production. Ang process line ay nag-aalok ng mataas na compatibility at maaaring tumakbo kasabay ng high-temperature manufacturing lines na ginagamit para sa PERC at N-PERT bifacial cells.

Ang TOPCon cells ay nag-aalok ng mga kalamangan ng low degradation, high bifaciality, at low temperature coefficient, na naghahatid ng malinaw na power generation gains 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 technology prototype period, product layout period, commercial promotion period, at explosive growth period.

Mga Kalamangan ng TOPCon Cells

Mga Kalamangan sa Performance

• Mataas na conversion efficiency. Salamat 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 kaysa sa mainstream PERC cells (kasalukuyang mass production conversion efficiency mga 23.5%, theoretical limit 24.5%).

• Mataas na bifaciality. Ang TOPCon bifacial cells ay gumagawa ng mga 3% na mas maraming power bawat watt kaysa sa bifacial PERC cells. Sa parehong ground-mounted power station scenario, naghahatid ito 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 kalamangan 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 nagdadala ng per-watt power generation gain sa buong life cycle ng module.

• Malakas na low-light performance. Ang TOPCon cells ay tumutugon nang maayos sa parehong short at long wavelengths, na nagpapanatili ng mahusay na power generation capability sa ilalim ng low-light conditions tulad ng madaling araw, gabi, at maulap na panahon.

Mga Kalamangan sa Ekonomiya

• Mataas na compatibility sa PERC manufacturing, na nagpapababa ng kahirapan ng technology upgrades. Ang TOPCon ay maaaring palawakin mula sa PERC process technology, na nangangailangan lamang ng apat na karagdagang hakbang: paghahanda ng boron emitter, paglaki ng tunnel oxide layer, pagdeposito at pagdope ng polysilicon, at post-diffusion cleaning. Binababa nito ang kahirapan ng pag-upgrade at pinapabilis ang paggamit ng TOPCon technology.

• Maayos na line conversion na may mababang equipment investment cost. Ang pagtatayo ng bagong TOPCon line ay nangangailangan ng equipment investment na mga 200-250 million, habang ang bagong HJT line ay nangangailangan ng 350-400 million. Dahil ang TOPCon ay nag-aalok ng mahusay na equipment compatibility sa umiiral na PERC lines, boron diffusion at polysilicon/amorphous silicon deposition equipment (LPCVD / PECVD / PVD) lamang ang kailangang idagdag, na may equipment investment na mga 50-70 million. Iniiwasan nito ang malakihang investment sa bagong equipment at malalaking line retrofits, na ginagawa itong lubos na matipid.

• Makabuluhang potensyal na price premium. Kung ikukumpara sa mga PERC module, ang mga TOPCon module ay nag-aalok ng mas mataas na paggawa ng kuryente bawat watt, mas mataas na kita sa paggawa, at mas mababang gastos sa sistema, na lumilikha ng malaking puwang para sa isang premium sa presyo.

Proseso ng Paggawa ng TOPCon Cell

Kung ikukumpara sa monocrystalline PERC na mga proseso, ang proseso ng produksyon ng TOPCon cell ay nagdadagdag ng 2 hanggang 3 karagdagang hakbang: pagdeposito ng tunnel oxide layer (ultra-thin SiO2, 1-2nm), pagdeposito ng intrinsic polysilicon passivation layer (60-100nm), at phosphorus implantation.

Pangunahing mga Hakbang sa Proseso at ang Kanilang mga Tungkulin

1. Paglilinis at Texturing

Layunin: Pagkatapos ng pagputol ng wafer, ang mga gilid ay nasira, ang istruktura ng crystal lattice ay nasira, at ang surface recombination ay malubha. Ang paglilinis at texturing ay pangunahing naglalayong alisin ang pinsala sa ibabaw at bumuo ng pyramid light-trapping structure sa ibabaw. Ang liwanag ay sumasalamin nang maraming beses sa ibabaw ng wafer, na binabawasan ang reflectance.

2. Boron Diffusion

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

Ang boron diffusion ay karaniwang nakukumpleto sa mas mataas na temperatura—lampas 1000℃—at kung ikukumpara 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 nabuo 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 karagdagang 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 naideposito sa loob ng furnace tube, na pumipigil sa pagbuo 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 mag-diffuse sa solar cell sa panahon ng mataas na temperatura na proseso.

3. SE Laser Doping

Layunin: Upang bumuo ng selective emitter. Ang mataas na konsentrasyon na doping ay inilalapat sa at malapit sa mga contact area sa pagitan ng metal gridlines at ng wafer upang bawasan ang contact resistance sa pagitan ng front metal electrode at ng wafer, habang ang mababang konsentrasyon na doping sa labas ng mga electrode area ay nagbabawas ng recombination sa diffusion layer. Ang pag-optimize ng emitter ay nagpapataas ng output current at voltage ng solar cell, sa gayon ay nagpapabuti ng photoelectric conversion efficiency.

Kung saan ang laser ay nakaupo sa daloy ng TOPCon: Ang PERC SE ay gumagamit ng phosphorus doping, habang ang TOPCon SE ay gumagamit ng boron doping. Dahil ang boron at phosphorus ay may iba't ibang segregation coefficients, ang phosphorus ay mas madaling mag-diffuse mula sa silicon dioxide papunta sa silicon, habang ang boron ay mas mahirap ipasok at nangangailangan ng mas maraming enerhiya. Ngunit ang labis na laser energy ay madaling makakasira sa wafer, na nagpapahirap sa boron doping. Kung ikukumpara sa tradisyonal na boron diffusion, ang pagdaragdag ng SE technology sa TOPCon cells ay theoretically makakapagpabuti ng efficiency ng 0.5%, at sa aktwal na mass production ay makakamit ang efficiency gain na 0.2-0.4%.

4. Etching

Layunin: Ang pangunahing tungkulin ng etching ay alisin ang BSG at ang back junction. Ang proseso ng diffusion ay bumubuo ng diffusion layers sa 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 ay dapat alisin. Ang etching ay kasalukuyang pangunahing ginagawa gamit ang wet methods, na nag-aalis ng 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 bumuo ng passivation structure. May ilang mga paraan para sa paghahanda ng TOPCon passivation layer, pangunahin ang LPCVD, PECVD, at PVD routes. Ang LPCVD ay kasalukuyang mainstream, ngunit ang wrap-around deposition ay malubha, habang ang PECVD ay nag-aalok ng 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 pagsipsip ng liwanag. Kasabay nito, ang mga hydrogen atoms na nabuo sa panahon ng SiNx film formation process ay nagpapassivate sa wafer.

7. Front-Side Aluminum Oxide Deposition

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

8. Paghahanda ng Front Anti-Reflection Film

Layunin: Ang front anti-reflection film ay gumagana nang halos kapareho ng rear one. Bilang karagdagan, ang aluminum oxide film na naideposito sa harap ay napakanipis at madaling masira sa panahon ng kasunod na paggawa ng cell at module, kaya ang front SiNx ay nagpoprotekta rin sa aluminum oxide.

9. Screen Printing - Laser Pattern Transfer

Sa kasalukuyan, ang karamihan sa cell printing ay gumagamit pa rin ng screen printing. Sa hinaharap, sa mga tuntunin ng pagbabawas ng silver paste consumption para sa N-type cells, ang Pattern Transfer Printing ay maaaring may kalamangan. Ang laser transfer ay isang bagong uri ng non-contact printing technology: ang kinakailangang paste ay pinahiran sa isang partikular na flexible transparent material, at ang isang high-power laser beam ay nagsasagawa ng high-speed patterned scanning upang ilipat ang paste mula sa flexible transparent material papunta sa ibabaw ng cell, na bumubuo ng mga gridlines at naghahanda ng front at rear electrodes.

10. Sintering

Ang mahusay na ohmic contact ay nabuo sa pamamagitan ng high-temperature sintering.

11. Automatic Sorting

Ang mga cell ay pinagsunod-sunod sa mga bin ayon sa kanilang iba't ibang conversion efficiencies.

Mga Trend sa Pag-unlad sa Hinaharap ng TOPCon Cells

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

Noong 2023, ang mga bagong komisyonadong linya ng mass production ay pangunahing mga N-type cell line. Habang unti-unting inilabas ang kapasidad ng N-type cell, ang bahagi ng PERC cell sa merkado ay nabawasan sa 73.0%. Ang mga N-type cell ay bumubuo ng pinagsamang kabuuan na humigit-kumulang 26.5%, kung saan ang mga N-type TOPCon cell ay humigit-kumulang 23.0%, ang mga heterojunction cell ay humigit-kumulang 2.6%, at ang mga XBC cell ay humigit-kumulang 0.9%—lahat ay malaking pagtaas kumpara noong 2022.

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

Pananaw ng Ooitech

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