سلول HJT چیست؟ این مقاله درک جامعی از آن به شما می‌دهد!

اچ جی تی چیست؟سلول

سلول HJT که به عنوان سلول هتروجانکشن نیز شناخته می‌شود، بر پایه سیلیکون تک کریستالی نوع N است و پشته‌های لایه نازک سیلیکونی و لایه‌های رسانای شفاف با ویژگی‌های متفاوت را روی سطوح جلویی و پشتی رسوب می‌دهد. سلول‌های خورشیدی سیلیکونی کریستالی استاندارد، سلول هموجانکشن هستند، یعنی اتصالات PN روی یک ماده نیمه‌هادی یکسان تشکیل می‌شوند، در حالی که اتصالات PN سلول هتروجانکشن از مواد نیمه‌هادی متفاوتی تشکیل شده‌اند.

شرکت سانیو ژاپن در سال ۱۹۹۰ HITcell را اختراع کرد و برای ثبت علامت تجاری آن اقدام کرد، بنابراین سلول‌های هتروجانکشن با نام‌های HJT (فناوری هتروجانکشن) یا SHJ (هتروجانکشن سیلیکون) نیز شناخته می‌شوند.

ساختار سلول HJT در شکل زیر نشان داده شده است. ابتدا، یک لایه نازک سیلیکون آمورف ذاتی (ia-Si:H) و یک لایه سیلیکون آمورف نوع p (pa-Si:H) روی جلوی ویفر سیلیکونی تک کریستالی نوع N (c-Si) رسوب داده می‌شوند. سپس، یک لایه سیلیکون آمورف ذاتی بسیار نازک (ia-Si:H) و یک لایه سیلیکون آمورف نوع n (na-Si:H) روی پشت ویفر سیلیکونی رسوب داده می‌شوند تا یک میدان سطح پشتی تشکیل شود. سپس یک لایه رسانای اکسید شفاف (اکسید رسانای شفاف، TCO) در دو طرف سلول توسط PVD رسوب داده می‌شود. TCO نه تنها می‌تواند مقاومت سری را هنگام جمع‌آوری جریان کاهش دهد، بلکه در ضد انعکاس نیز نقش دارد. در نهایت، یک الکترود فلزی روی TCO ساخته می‌شود.

اتصال PN در پیوند ناهمگون از مواد نیمه‌رسانای مختلفی برای تشکیل یک پیوند ناهمگون دوگانه استفاده می‌کند: یک لایه نازک از ماده با شکاف باند باریک بین مواد نیمه‌رسانای نوع p و نوع N با شکاف باند پهن قرار می‌گیرد.

فناوری اچ‌جی‌تیسیلیکون آمورف ذاتی را به عنوان یک لایه بافر بین اتصالات PN قرار می‌دهد، که اثر غیرفعال‌سازی خوبی روی سطح سیلیکون کریستالی دارد و مشکل تلفات بالای نوترکیبی حامل در ناحیه تماس بین لایه آلایش سلولی مرسوم و زیرلایه را حل می‌کند و به طول عمر حامل اقلیت بالاتر و ولتاژ مدار باز بالاتری دست می‌یابد.

مراحل توسعه HJTسلول

تاریخچه توسعه سلول HJT را می‌توان به چهار مرحله تقسیم کرد: مرحله توسعه اولیه، مرحله صنعتی شدن، مرحله اولیه تجاری و مرحله انفجار تولید انبوه تجاری.

مزایای HJTسلول

1. راندمان تبدیل بالا

عمدتاً به دلیل اثر غیرفعال‌سازی دوگانه زیرلایه سیلیکونی نوع N و سیلیکون آمورف بر روی عیوب سطح زیرلایه.

در حال حاضر، راندمان تولید انبوه عموماً بالای ۲۴٪ است؛ مسیر فنی بیش از ۲۵٪ بسیار واضح است، یعنی سیلیکون نانوکریستالی آلاییده، سیلیکون میکروکریستالی آلاییده، اکسید سیلیکون میکروکریستالی آلاییده و کاربید سیلیکون میکروکریستالی آلاییده در سطوح جلویی و پشتی برای جایگزینی آلاییدگی موجود استفاده می‌شوند؛ در آینده، راندمان تبدیل IBC و پروسکایت HJT ممکن است به بیش از ۳۰٪ افزایش یابد.

جریان فرآیند 2.Short

فرآیند HJTcell عمدتاً شامل 4 پیوند است: بافت‌دهی، رسوب‌گذاری سیلیکون آمورف، رسوب‌گذاری TCO و چاپ سیلک اسکرین؛ که بسیار کمتر از PERC (10) و TOPCON (12-13) است. در میان آنها، رسوب‌گذاری سیلیکون آمورف عمدتاً از روش PECVD استفاده می‌کند.

در حال حاضر دو روش برای رسوب‌دهی لایه نازک TCO وجود دارد: RPD (رسوب‌گذاری پلاسمای واکنشی) و PVD (رسوب‌گذاری بخار شیمیایی فیزیکی). پتنت‌های RPD نرخ نفوذ بالایی دارند، در حالی که فناوری PVD بالغ شده است و تولیدکنندگان زیادی تجهیزات آن را ارائه می‌دهند.

فرآیند دمای پایین

سلول‌های HIT از لایه‌های نازک سیلیکونی برای تشکیل اتصالات pn استفاده می‌کنند، بنابراین بالاترین دمای فرآیند، دمای تشکیل لایه‌های نازک سیلیکون آمورف (حدود ۲۰۰ درجه سانتیگراد) است و در نتیجه از دمای بالای (حدود ۹۰۰ درجه سانتیگراد) سلول‌های خورشیدی سیلیکونی کریستالی از نوع انتشار حرارتی سنتی برای تشکیل اتصالات pn جلوگیری می‌شود. فرآیندهای دمای پایین باعث صرفه‌جویی در انرژی می‌شوند و استفاده از فرآیندهای دمای پایین می‌تواند آسیب حرارتی و تغییر شکل ویفرهای سیلیکونی را کاهش دهد. ویفرهای سیلیکونی نازک می‌توانند به عنوان زیرلایه استفاده شوند که منجر به کاهش هزینه‌های مواد می‌شود. سلول‌های HIT با راندمان بالا که اخیراً توسط سانیو (که اکنون پاناسونیک نام دارد) به دست آمده‌اند، همگی روی ویفرهای سیلیکونی با ضخامت کمتر از ۱۰۰ میکرومتر ساخته شده‌اند.

۴. ولتاژ مدار باز بالا

سلول‌های HIT یک لایه نازک ذاتی ia-SiH را بین سیلیکون کریستالی و سیلیکون لایه نازک آلاییده شده قرار می‌دهند که می‌تواند به طور موثر نقص‌های روی سطح سیلیکون کریستالی را غیرفعال کند. بنابراین، ولتاژ مدار باز سلول‌های HIT بسیار بالاتر از سلول‌های معمولی است و در نتیجه به راندمان تبدیل فوتوالکتریک بالایی دست می‌یابد. در حال حاضر، ولتاژ مدار باز سلول‌های HIT به 750 میلی‌ولت رسیده است.

ضریب دمای پایین

داده‌های عملکرد سلول‌های خورشیدی معمولاً تحت شرایط استاندارد ۲۵ درجه سانتیگراد اندازه‌گیری می‌شوند. با این حال، محیط کاربرد واقعیماژول فتوولتائیکs در فضای باز است و عملکرد سلول‌ها در دمای بالا از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به دلیل وجود پیوند ناهمگون سیلیکون آمورف/سیلیکون کریستالی در ساختار سلول HIT، ویژگی‌های دمایی آن بسیار عالی‌تر است. ضریب دمایی عملکرد سلول HIT که در مراحل اولیه گزارش شده است -0.33%/℃ است. پس از بهبود، ولتاژ مدار باز سلول بهبود یافته و ضریب دمایی آن به -0.25%/℃ کاهش می‌یابد که تنها حدود نیمی از ضریب دمایی سلول‌های سیلیکون کریستالی -0.45%/℃ است و باعث می‌شود سلول‌های HIT در افزایش دما در نور، خروجی بهتری نسبت به سلول‌های معمولی داشته باشند. به دلیل وجود لایه نازک سیلیکون آمورف در ساختار سلول، سلول‌های HIT مزایای سلول‌های فیلم نازک را دارند و عملکرد نوری ضعیف آنها بهتر از سلول‌های معمولی است.

6. بدون LID و PID، میرایی کم

از آنجایی که زیرلایه سلول HJT معمولاً سیلیکون تک‌بلوری نوع N است و سیلیکون تک‌بلوری نوع N با فسفر آلاییده شده است، هیچ ترکیب بور-اکسیژن، ترکیب بور-آهن و غیره در سیلیکون کریستالی نوع P وجود ندارد، بنابراین سلول‌های HJT در برابر اثر LID مصون هستند. سطح سلول HJT با یک فیلم TCO پوشانده شده است و هیچ لایه عایقی وجود ندارد، بنابراین هیچ شانسی برای باردار شدن لایه سطحی وجود ندارد که از PID در ساختار جلوگیری می‌کند.

7. دو طرفه بودن بالا

HJT ساختار متقارنی در جلو و عقب دارد و لایه نازک TCO نور را منتقل می‌کند، بنابراین یک سلول دو وجهی طبیعی است. دو وجهی بودن HJT می‌تواند به بیش از ۹۰٪ (تا ۹۸٪) برسد؛ دو وجهی بودن PERC دو وجهی تنها ۷۵٪+ است.

۸. ردپای کربن کم

طبق داده‌های آماری، سلول‌های هتروجانکشن می‌توانند استفاده از سیلیکون خام را کاهش دهند، مصرف انرژی را کم کنند و به طور مؤثر انتشار کربن را کاهش دهند. ردپای کربن در آوریل 2024 به 397eq/W کاهش یافته است که 200eq/W کمتر از اجزای PERC است. در آینده، مجموعه‌ای از اقدامات کاهش هزینه و بهبود کارایی برای کاهش ردپای کربن به زیر 300eq/W انجام خواهد شد.

فرآیند سلولی HJT

در مقایسه با فرآیند تولید سلول‌های تک‌بلوری PERC و TOPCon، جریان فرآیند فناوری سلول HJT بسیار کوتاه‌تر شده است و فرآیند اصلی تنها چهار مرحله دارد: تمیز کردن و بافت‌دهی، رسوب سیلیکون آمورف، رسوب TCO و چاپ سیلک اسکرین.

اچ‌جی‌تیفرآیند و عملکرد اصلی

۱. تمیز کردن و بافت‌دهی

فرآیند بافت‌دهی و تمیزکاری باید عملکرد به دام انداختن نور سلول را بهینه کند. ساختار مخملی مؤثر می‌تواند باعث شود نور تابیده شده چندین بار روی سطح منعکس و منکسر شود، مسیر نوری را گسترش دهد و حامل‌های تولید شده توسط نور را افزایش دهد. برای کاهش نقص‌ها و ناخالصی‌های ایجاد شده توسط سطح ویفر سیلیکونی کثیف، تشکیل یک سطح تمیز ضروری است و در نتیجه از دست دادن نوترکیبی حامل‌ها در رابط اتصال کاهش می‌یابد.

۲. رسوب سیلیکون آمورف

۱- هدف:با رسوب فیلم سیلیکون آمورف ذاتی و فیلم سیلیکون آمورف آلاییده شده در جلو و عقب ویفرهای سیلیکونی، ویفر سیلیکونی می‌تواند قابلیت غیرفعال‌سازی سطحی عالی را به دست آورد، که این نیز شرط مهمی برای دستیابی به راندمان بالاتر سلول است. اثر غیرفعال‌سازی عالی سیلیکون آمورف می‌تواند طول عمر حامل‌های اقلیت ویفرهای سیلیکونی را تا حد زیادی افزایش دهد.

② روش:تجهیزات PECVD فرکانس رادیویی RF خوشه‌ای که در حال حاضر در تولید انبوه استفاده می‌شوند، دقت کنترل فرآیند فوق‌العاده بالایی دارند و می‌توانند پس از شروع تابش، در عرض 0.5 ثانیه به پایداری برسند. به منظور جلوگیری از آلودگی متقاطع ناشی از رسوب گازهای آلاییده شده، از چهار محفظه واکنش فرآیند اصلی برای رسوب pa-Si:H، ia-Si:H (سمت p)، na-Si:H، ia-Si:H (سمت n) استفاده می‌شود. SiH به عنوان پیش‌ساز (و H2 برای تنظیم نسبت SiH4) برای رسوب ia-Si:H استفاده می‌شود و گازهای آلاییده شده PH3 و B2H برای رسوب لایه‌های فیلم na-Si:H و pa-Si:H مربوطه اضافه می‌شوند. ضخامت هر لایه رسوب بین 5 تا 8 نانومتر کنترل می‌شود.

رسوب‌گذاری TCO

۱. هدف:لایه فیلم TCO نقش انتقال نور و رسانایی را در سلول‌های HJT ایفا می‌کند. این لایه باید خواص نوری و الکتریکی داشته باشد، یعنی باید الزامات انتقال بالا، تحرک بالا و مقاومت مربعی پایین را همزمان برآورده کند و آسیب به لایه فیلم سیلیکون آمورف را در طول فرآیند پوشش به حداقل برساند. برای دستیابی به مقاومت ویژه پایین، می‌توان با افزایش غلظت حامل و بهبود تحرک حامل به این هدف دست یافت.

از آنجایی که سیلیکون آمورف رسانایی ضعیفی دارد، اضافه کردن یک لایه فیلم TCO بین الکترود و لایه سیلیکون آمورف در طول فرآیند تولید سلول‌های HJT می‌تواند به طور مؤثر جمع‌آوری حامل‌ها را افزایش دهد. فیلم اکسید رسانای شفاف دارای عملکرد دوگانه شفافیت نوری و رسانایی است، نقش کلیدی در جمع‌آوری حامل‌های مؤثر ایفا می‌کند، می‌تواند انعکاس نور را کاهش دهد و اثر به دام انداختن نور خوبی دارد. این یک ماده لایه پنجره خوب است.

② روش:

چاپ صفحه ۴.

۱- هدف:برای انتقال جریان تولید شده، لازم است الکترودهای مثبت و منفی روی سطح سلول ایجاد شوند. الزامات اساسی برای تهیه الکترودها عبارتند از: تماس خوب با فیلم ITO، رسانایی خوب، راندمان بالای جمع‌آوری جریان و غیره. در حال حاضر، رایج‌ترین روش برای تهیه الکترودها در صنعت، چاپ سیلک اسکرین است که از چاپ سیلک برای چاپ خمیر نقره روی جلو و عقب سلول استفاده می‌کند.

② روش:از آنجایی که سلول‌های HJT در برابر دماهای بالا مقاوم نیستند، خمیر نقره مورد استفاده در این پروژه با محصولات متداول متفاوت است. چاپ خمیر نقره در دمای پایین و پخت در دمای پایین در این فرآیند استفاده می‌شود. جریان فرآیند خاص شامل چاپ الکترود برگشتی، خشک کردن، چاپ الکترود مثبت، خشک کردن و پخت در دمای پایین است. دمای پخت معمولاً در حدود ۲۰۰ درجه سانتیگراد کنترل می‌شود.

اچ‌جی‌تیسلولطرح سازمانی

در سال ۲۰۲۳، با پیشرفت روزافزون فناوری سلول‌های فتوولتائیک، فناوری سلول‌های خورشیدی با بازده بالا (HJTcell) نیز به طور چشمگیری گسترش یافته است. طبق گزارش PV Headlines، امسال ۳۹ شرکت در پروژه‌های HJT سرمایه‌گذاری کرده‌اند که ظرفیت تولید کل آنها به ۲۶۵ گیگاوات و سرمایه‌گذاری نزدیک به ۲۰۰ میلیارد یوان می‌رسد.

پس از سال ۲۰۲۴، با تولید انبوه محصولات شرکت‌های مختلف در زمینه اتصال ناهمگن، صنعت اتصال ناهمگن وارد مرحله جدیدی شده است. در مارس ۲۰۲۴، شرکت‌های اتصال ناهمگن مانند Huasheng New Energy، Risen Energy، Quanwei Technology، Guosheng Technology، Mingyang Photovoltaic و Liansheng Photovoltaic باشگاه ۷۴۰W+ را تأسیس کردند. این شرکت‌ها، شرکت‌های اصلی طراحی فناوری سلول ناهمگن هستند.

روند توسعه آینده HJTسلول

بر اساس داده‌های انجمن صنایع فتوولتائیک چین، سهم بازار HJT در سال ۲۰۲۳، ۳ درصد خواهد بود که در سال ۲۰۲۴ به ۱۱.۷ درصد افزایش می‌یابد و انتظار می‌رود سهم بازار تا سال ۲۰۳۰ از ۳۰ درصد فراتر رود.

طبق آمار، از سال ۲۰۲۴ تاکنون، شرکت‌های China Green Development، Datang، Guotou، China Power Construction، Huaneng، Huadian، Energy Construction، State Power Investment، China Railway Construction و غیره، ۲۰.۷۸۹ گیگاوات پروژه مناقصه ماژول‌های ناهمگون را صادر کرده‌اند. می‌توان مشاهده کرد که فناوری ناهمگون به طور کلی توسط شرکت‌های دولتی مرکزی به رسمیت شناخته شده است.

برای فناوری HJT، یکی دیگر از مزایای اصلی این است که یک سلول انباشته با سلول پروسکایت تشکیل می‌دهد. در حال حاضر، بالاترین راندمان فعلی سلول انباشته شده با پیوند ناهمگون/پروسکایت 30.09٪ است و راندمان حد نظری می‌تواند از 40٪ فراتر رود. بنابراین، فناوری سلول ناهمگون چشم‌انداز توسعه گسترده‌ای دارد.