Apakah itu sel TOPCon? Artikel ini akan memberi anda pemahaman yang komprehensif!
Apakah sel TOPCon?
TOPCON (Sentuhan Pempasifan Oksida Terowong) dipanggil sentuhan pempasifan oksida terowong dalam bahasa Cina. Ia merupakan teknologi sel wafer silikon jenis-N termaju yang berasal dari tahun 2013. Sel TOPCon ialah sel suria sentuhan pempasifan oksida terowong dengan silikon jenis-N sebagai substrat.
Berbanding dengan sel PERC, sel TOPCon menggunakan oksida terowong (oksida terowong) dengan ciri-ciri pemindahan cas yang sangat baik sebagai lapisan pemindahan cas di bahagian belakang sel, dan kemudian memendapkan lapisan silikon polikristalin yang didop dengan lapisan nipis kira-kira 20 nm untuk membentuk struktur sentuhan pasifasi belakang, yang dapat mengurangkan penggabungan semula permukaan dan penggabungan semula sentuhan logam dengan berkesan, meningkatkan voltan pembukaan, dan meningkatkan kecekapan penukaran tenaga.
TOPCon ialah Teknologi Sel Suria dengan sentuhan pasivasi oksida terowong berdasarkan prinsip pembawa terpilih, yang mencapai kesan pasivasi yang lebih baik.
Struktur sel TOPCon ialah Jenis-NSel substrat silikon. Lapisan silikon oksida ultra nipis disediakan di bahagian belakang sel, dan kemudian lapisan nipis silikon yang didop dimendapkan. Kedua-duanya bersama-sama membentuk struktur sentuhan pasivasi, yang berkesan mengurangkan penggabungan semula permukaan dan penggabungan semula sentuhan logam, dan menyediakan ruang yang lebih besar untuk penambahbaikan selanjutnya kecekapan penukaran sel N-PERT.
Sel TOPCon mengekalkan dan menggunakan proses peralatan sel jenis-P tradisional sedia ada pada tahap yang maksimum. Hanya peralatan pengembangan boron dan pemendapan filem nipis diperlukan, dan tidak perlu membuka dan menjajarkan semula, yang sangat memudahkan proses pengeluaran sel dan mempunyai kesukaran yang rendah dalam pengeluaran besar-besaran. Barisan pengeluaran peralatan proses ini sangat serasi dan boleh serasi dengan barisan pengeluaran proses penyediaan suhu tinggi sel dwimuka PERC dan N-PERT. Sel TOPCon mempunyai kelebihan pelemahan rendah, dwimuka yang tinggi, dan pekali suhu rendah, dan mempunyai kesan perolehan penjanaan kuasa yang jelas di stesen janakuasa terminal.
Peringkat pembangunan Sel TOPCon
Sejarah pembangunan sel TOPCon boleh dibahagikan kepada empat peringkat: peringkat prototaip teknologi, peringkat susun atur produk, peringkat promosi komersial dan peringkat wabak.
Kelebihan sel TOPCon
Dari segi prestasi, TOPCon mempunyai kelebihan berikut:
1. Kecekapan penukaran yang tinggi. Hasil daripada reka bentuk sentuhan pasivasi unik sel TOPCon, had kecekapan penukarannya adalah setinggi 28.7%, dan kecekapan pengeluaran besar-besaran semasa sel syarikat TOPCon terkemuka telah mencapai lebih daripada 25.5%, yang jauh lebih tinggi daripada sel PERC arus perdana (kecekapan penukaran pengeluaran besar-besaran semasa ialah 23.5%, had teori ialah 24.5%).
2. Dwimuka yang tinggi. Penjanaan kuasa satu watt bagi sel dwimuka TOPCon adalah kira-kira 3% lebih tinggi daripada sel PERC dwimuka. Dalam senario aplikasi stesen janakuasa darat yang sama, ia akan menghasilkan gandaan penjanaan kuasa yang lebih tinggi.
3. Pekali suhu rendah. Pekali suhu jenis-N Modul Topcons serendah -0.30%/℃, yang mana lebih baik daripada -0.35%/℃ modul jenis-P, dan prestasi penjanaan kuasa menunjukkan kestabilan yang sangat baik dalam persekitaran suhu tinggi.
4. Pelemahan rendah. Kandungan boron dalam silikon kristal jenis-N yang didop fosforus adalah sangat rendah, dan pada asasnya tiada sebatian boron-oksigen, dan kadar pelemahan mempunyai kelebihan. Pelemahan tahun pertama modul TOPCon Aikang ialah 1%, dan pelemahan tahunan linear ialah 0.4%, yang merupakan peningkatan yang ketara berbanding 2% tahun pertama dan 0.45% linear modul PERC, yang boleh membawa keuntungan dalam penjanaan kuasa modul satu watt sepanjang kitaran hayat.
5. Kelebihan dalam prestasi cahaya yang lemah.Sel TOPCon mengambil kira daya tindak balas terhadap gelombang pendek dan panjang, dan prestasi penjanaan kuasanya masih cemerlang di bawah cahaya lemah seperti pagi dan petang serta hari mendung.
Dari perspektif ekonomi, TOPCon mempunyai perkara berikut kelebihan:
1. Ia sangat serasi dengan proses pembuatan sel PERC, dan kesukaran penaiktarafan teknologi dikurangkan. TOPCon boleh dilanjutkan pada teknologi proses PERC, dan hanya empat proses diperlukan, termasuk penyediaan pemancar boron, pertumbuhan lapisan oksida terowong, pemendapan polisilikon dan doping, dan pembersihan selepas resapan, yang mengurangkan kesukaran penaiktarafan teknologi dan mempercepatkan promosi teknologi TOPCon.
2. Penukaran barisan pengeluaran yang lancar dan kos pelaburan peralatan yang rendah. Pelaburan peralatan untuk barisan TOPCon baharu memerlukan 200-250 juta yuan, dan pelaburan untuk barisan HJT baharu ialah 350-400 juta yuan. TOPCon mempunyai keserasian peralatan yang baik dengan barisan pengeluaran PERC sedia ada. Ia hanya perlu menambah peralatan LPCVD/PECVD/PVD untuk resapan boron dan pemendapan polisilikon/silikon amorfus. Pelaburan peralatan ialah 50-70 juta yuan, yang mengelakkan pelaburan berskala besar dalam peralatan baharu dan transformasi barisan pengeluaran berskala besar, jadi ia lebih menjimatkan.
3. Produk TOPCon mempunyai ruang premium yang besar. Berbanding dengan komponen PERC, modul TOPCon mempunyai penjanaan kuasa watt tunggal yang lebih tinggi, perolehan penjanaan kuasa yang lebih tinggi dan kos sistem yang lebih rendah, yang membawa ruang premium yang besar.
Proses sel TOPCon
Berbanding dengan proses PERC kristal tunggal, proses pengeluaran TOPConcell mempunyai 2~3 langkah lagi, iaitu, memendapkan lapisan oksida terowong (SiO2 ultra nipis, 1~2nm), memendapkan lapisan pasivasi polisilikon intrinsik (60~100nm), dan suntikan fosforus.
Proses dan fungsi utama TOPCon
1. Pembersihan dan penteksturan
Tujuan: Selepas wafer silikon dipotong, tepinya rosak, struktur kekisi silikon musnah, dan permukaannya menjadi sangat terkompaun. Tujuan utama pembersihan dan penentuan tekstur adalah untuk menghilangkan kerosakan permukaan dan membentuk struktur perangkap cahaya piramid permukaan. Cahaya disinari pada permukaan wafer silikon melalui pelbagai pembiasan untuk mencapai tujuan mengurangkan pemantulan.
2. Proses penyebaran boron
①Tujuan: Fungsi utama adalah untuk menyediakan simpang PN. Oleh kerana keterlarutan pepejal boron dalam silikon adalah rendah, suhu tinggi dan masa yang lebih lama diperlukan untuk resapan. Pada masa yang sama, pilihan sumber resapan juga akan memberi kesan kepada proses pengeluaran. Klorida sangat menghakis, bromida sangat likat, dan proses pembersihan adalah rumit, meningkatkan kos operasi dan penyelenggaraan.
Resapan boron biasanya diselesaikan pada suhu yang lebih tinggi - melebihi 1000℃, dan masa kitaran resapan boron adalah 150 minit berbanding kitaran 102 minit yang diperlukan untuk resapan fosforus.
②Prinsip
Gas HCl dan H2O yang dihasilkan oleh tindak balas dalam tiub relau akan diagihkan secara sekata dalam tiub relau di bawah pembawa N2. H2O juga akan bertindak balas dengan BBr3 dan O2 untuk menghasilkan B2O3 dan bertindak balas untuk menghasilkan HBO2 gas. HBO2 juga akan terurai pada suhu tinggi untuk menghasilkan B2O3, yang boleh mencapai taburan seragam B2O3 pada permukaan sel suria. Sebaliknya, H2O juga akan bertindak balas dengan B2O3 yang termendap dalam tiub relau, sekali gus mengelakkan pemendapan B2O3 pada dinding tiub relau resapan, memanjangkan hayat perkhidmatan peranti kuarza, dan meningkatkan sumber boron yang berkesan. HCl juga boleh bertindak balas dengan bendasing logam pada permukaan sel suria dan dalam tiub relau untuk menghasilkan klorida logam gas, yang dinyahcas bersama gas ekor, dan boleh mengelakkan bendasing logam daripada meresap ke bahagian dalam sel suria semasa suhu tinggi.
3. Proses doping laser SE
①Tujuan: Untuk membentuk pemancar terpilih, doping berkepekatan tinggi terutamanya dilakukan pada titik sentuhan antara garisan grid logam dan wafer silikon dan sekitarnya untuk mengurangkan rintangan sentuhan antara elektrod logam hadapan dan wafer silikon; doping berkepekatan rendah dilakukan di kawasan di luar elektrod untuk mengurangkan penggabungan semula lapisan resapan. Dengan mengoptimumkan pemancar, arus dan voltan keluaran Sel Suria meningkat, sekali gus meningkatkan kecekapan penukaran fotoelektrik.
②Proses di mana laser terletak dalam proses TOPCon
PERC SE didop dengan fosforus, manakala TOPCon SE didop dengan boron. Disebabkan oleh pekali pemisahan boron dan fosforus yang berbeza, fosforus lebih cenderung meresap dari silikon dioksida ke silikon, manakala boron lebih cenderung meresap dari silikon ke silikon dioksida. Lebih banyak tenaga diperlukan untuk menggalakkan pendopan, dan tenaga laser yang berlebihan mudah menyebabkan kerosakan pada wafer silikon, jadi lebih sukar untuk mendop boron ke dalam silikon. Berbanding dengan resapan boron tradisional, teknologi SE bertindih sel TOPCon secara teorinya boleh mencapai peningkatan kecekapan sebanyak 0.5%, dan dalam pengeluaran besar-besaran sebenar, ia boleh mencapai peningkatan kecekapan sebanyak 0.2~0.4%.
4. Proses mengukir
Tujuan: Fungsi utama pengukiran adalah untuk membuang BSG dan simpang belakang. Proses resapan akan membentuk lapisan resapan pada permukaan dan pinggir wafer silikon. Lapisan resapan periferal terdedah kepada litar pintas, dan lapisan resapan permukaan mempengaruhi pasifasi berikutnya, jadi ia perlu dibuang. Pada masa ini, pengukiran terutamanya menggunakan kaedah basah, pertama sekali membuang lapisan resapan belakang dan periferal dalam peralatan rantai, dan kemudian memproses bahagian hadapan.
5. Penyediaan lapisan oksida terowong dan lapisan polisilikon
Tujuan: Mendepositkan lapisan oksida terowong 1-2nm di bahagian belakang, dan kemudian mendepositkan lapisan polisilikon 60-100nm untuk membentuk struktur pasifasi. Terdapat banyak cara untuk menyediakan lapisan pasifasi TOPCon, terutamanya dibahagikan kepada LPCVD, PECVD, laluan PVD, dan sebagainya. LPCVD kini merupakan kaedah utama, tetapi penyadurannya serius, dan prestasi komprehensif PECVD mempunyai potensi yang kuat.
6. Penyediaan filem anti-pantulan belakang
Tujuan: Sediakan filem pasif anti-pantulan di bahagian belakang sel untuk meningkatkan penyerapan cahaya. Pada masa yang sama, atom hidrogen yang dihasilkan semasa pembentukan filem SiNx mempunyai kesan pasif pada wafer silikon.
7. Penyaduran aluminium oksida hadapan
Tujuan: Mendepositkan lapisan filem aluminium oksida di bahagian hadapan wafer silikon, dan membentuk kesan pasifasi hadapan bersama-sama dengan lapisan filem lain.
8. Penyediaan filem anti-pantulan hadapan
Tujuan: Filem anti-pantulan hadapan pada dasarnya mempunyai kesan yang sama seperti bahagian belakang. Di samping itu, filem aluminium oksida yang termendap di bahagian hadapan sangat nipis dan mudah rosak dalam penghasilan komponen sel seterusnya. SiNx hadapan juga mempunyai kesan perlindungan pada aluminium oksida.
9. Percetakan skrin-pemindahan laser
Pada masa ini, percetakan skrin masih banyak digunakan dalam proses percetakan sel. Pada masa hadapan, teknologi percetakan pemindahan corak laser mungkin mempunyai lebih banyak kelebihan dari segi penggunaan pes perak bateri jenis-N. Percetakan pemindahan laser ialah sejenis teknologi percetakan tanpa sentuhan baharu. Teknologi ini adalah untuk menyalut pes yang diperlukan pada bahan pemancar cahaya fleksibel tertentu, dan menggunakan pancaran laser berkuasa tinggi untuk mengimbas pes pada kelajuan tinggi untuk memindahkan pes daripada bahan pemancar cahaya fleksibel ke permukaan sel untuk membentuk garisan grid dan menyediakan elektrod hadapan dan belakang.
10. Pensinteran
Sentuhan ohmik yang baik terbentuk melalui pensinteran suhu tinggi.
11. Pengisihan automatik
Gredkan sel dengan kecekapan penukaran yang berbeza.
Menurut statistik, antara projek sel yang dilaburkan dan dikembangkan pada tahun 2023, terdapat 80 projek TOPConcell dengan jumlah kapasiti 787.2GW, menyumbang 41%; 51 projek sel HJT dengan skala 302.2GW, menyumbang 16%; 6 projek sel BC yang diwakili oleh Longi Green Energy dan Aixu, dengan jumlah skala 139.5GW, menyumbang 7%; 13 projek sel perovskit dengan kapasiti 30.31GW, menyumbang 1%. Walaupun projek yang selebihnya belum menjelaskan laluan teknikal, kebanyakannya adalah teknologi jenis-N.
Daripada kategori teknikal projek yang ditandatangani, pada tahun 2023, terdapat 38 projek TOPConcell dengan jumlah skala 431GW, menyumbang 33%; 27 projek HJTcell dengan jumlah kapasiti 179.2GW, menyumbang 14%; skala projek sel yang menggunakan teknologi BC ialah 110.5GW, menyumbang 9%; skala projek sel perovskite ialah 21.31GW, menyumbang 2%; projek yang selebihnya belum menjelaskan laluan teknikal.
Pada tahun 2023, purata kecekapan penukaran sel TOPCon jenis-n mencapai 25.0%, dan purata kecekapan penukaran sel heterojunction mencapai 25.2%, kedua-duanya meningkat dengan ketara berbanding tahun 2022.
Pada tahun 2023, barisan pengeluaran besar-besaran yang baru dimasukkan ke dalam pengeluaran kebanyakannya adalah barisan pengeluaran sel jenis-n. Memandangkan kapasiti pengeluaran sel jenis-n dilepaskan secara beransur-ansur, bahagian pasaran sel PERC telah dimampatkan kepada 73.0%. Jumlah bahagian sel jenis-n mencapai kira-kira 26.5%, yang mana sel TOPCon jenis-n menyumbang kira-kira 23.0% daripada pasaran, sel heterojunction menyumbang kira-kira 2.6%, dan sel XBC menyumbang kira-kira 0.9%, semuanya meningkat dengan ketara berbanding tahun 2022.
Menurut data yang dikeluarkan oleh InfoLink Consulting pada bulan Ogos, jumlah penghantaran lima pembekal sel utama, Zhongrun Solar, Jietai Technology, Tongwei Co., Ltd., Aixu Co., Ltd. dan Yingfa Ruineng, adalah 77.96GW pada separuh pertama tahun 2024, yang mana sel PERCcell mempunyai penghantaran kumulatif kira-kira 37.3GW; sel TOPConcell mempercepatkan penghantaran mereka, dengan penghantaran kumulatif kira-kira 40.6GW, menyumbang hampir 52% daripada jumlah penghantaran.
Trend dalam bahagian pasaran bagi laluan teknologi sel yang berbeza dari tahun 2023 hingga 2030.