Bron: www.intechopen.com/books/solar-cells/industrial-silicon-solar-cells
Door Mehul C. Raval en Sukumar Madugula Reddy
Ingediend: 4 oktober 2018 Beoordeeld: 29 januari 2019 Gepubliceerd: 15 mei 2019
DOI: 10.5772/intechopen.84817
Abstract
Het hoofdstuk introduceert industriële productietechnologieën voor siliciumzonnecellen met zijn huidige status. Commerciële p-type en hoogrenderende n-type zonnecelstructuren zullen worden besproken en vergeleken zodat de lezer een voorsprong kan krijgen in industriële zonnecellen. Er wordt een kort overzicht gegeven van verschillende processtappen van textureren tot gezeefdrukte metallisatie. De textureringsprocessen voor monokristallijne en multikristallijne siliciumwafels zijn herzien met de nieuwste processen. Er is een overzicht gegeven van de thermische processen van diffusie en depositie van antireflecterende coatings. Het beproefde zeefdrukproces voor metallisatie van zonnecellen wordt geïntroduceerd met de snelstookstap voor het sinteren van de contacten. IV-testen van zonnecellen met verschillende parameters voor de karakterisering van zonnecellen worden geïntroduceerd. De nieuwste ontwikkelingen in verschillende processen en apparatuurproductie worden ook besproken, samen met de verwachte toekomstige trends.
Trefwoorden
silicium
zonnepanelen
productie
multikristallijn
monokristallijn
textuur
1. Inleiding
Fotovoltaïsche energie is een belangrijke hernieuwbare energiebron die snel is gegroeid van 8 GW in 2007 tot 400 GW in 2017 [1]. Samen met de toenemende vraag zijn de kosten van het PV-systeem ook aanzienlijk gedaald van 35,7 $/Wpin 1980 tot 0,34 $/Wpin 2017, waardoor de acceptatie ervan wordt versneld [2]. Silicium (Si), een belangrijk materiaal van de micro-elektronica-industrie, is sinds de jaren vijftig ook het veelgebruikte bulkmateriaal van zonnecellen met een marktaandeel van >90% [2]. Dit hoofdstuk introduceert de typische stappen voor het vervaardigen van commerciële siliciumzonnecellen. Een korte geschiedenis van zonnecellen en een overzicht van het type siliciumsubstraten samen met de verschillende zonnecelarchitectuur zal worden geïntroduceerd in secties 2 en 3. Vervolgens zullen de natte chemie en hoge temperatuurstappen die bij de fabricage worden gebruikt, worden beschreven in secties. 4 en 5. In hoofdstuk 6 wordt het metallisatieproces besproken, samen met typische karakteriseringsparameters voor commerciële zonnecellen. Tot slot worden de toekomstige roadmap en verwachte trends besproken in de afsluitende paragraaf.
2. Evolutie van zonnecellen
Het 'fotovoltaïsch effect' betekent letterlijk het opwekken van een spanning bij blootstelling aan licht. Het fenomeen werd voor het eerst waargenomen door de Franse natuurkundige Edmund Becquerel op een elektrochemische cel in 1839, terwijl het in 1876 werd waargenomen door de Britse wetenschappers WGAdams en REDay op een solid-state apparaat gemaakt van selenium [3]. Vanaf de jaren vijftig was er een snelle vooruitgang in de prestaties van commerciële zonnecellen van<1% tot="">23% [2] en sindsdien is silicium het 'werkpaard' van de fotovoltaïsche industrie. dan. De evolutie van silicium zonnecellen wordt getoond in Figuur 1.
Figuur 1.Evolutie van silicium zonnecellen. (a) 1941: zonnecel gerapporteerd met ingegroeide junctie, (b) 1954: pn-junctie van zonnecel gevormd met doteringsdiffusie, (c) 1970: violette cel met aluminium achteroppervlak, (d) 1974: zwarte cel met chemisch getextureerd oppervlak [3].
De eerste siliciumzonnecellen die in de jaren veertig door Russell Ohl van Bell Laboratories werden gedemonstreerd, waren gebaseerd op natuurlijke verbindingen die werden gevormd door de segregatie van onzuiverheden tijdens het herkristallisatieproces [3]. De cellen hadden een efficiëntie van <1% door="" gebrek="" aan="" controle="" over="" de="" plaats="" van="" de="" junctie="" en="" de="" kwaliteit="" van="" het="" siliciummateriaal.="" de="" nomenclatuur="" voor="" het="" benoemen="" van="" de="" regio's="" (p-type:="" kant="" die="" verlichting="" is="" en="" n-type:="" andere="" kant)="" gegeven="" door="" ohl="" wordt="" sindsdien="" gebruikt="" voor="" de="" naamgevingsconventies="" voor="">
In de jaren vijftig was er een snelle ontwikkeling in het diffusieproces bij hoge temperatuur voor doteermiddelen in silicium. Person, Fuller en Chaplin van Bell Laboratories demonstreerden een 4,5% efficiënte zonnecel met op lithium gebaseerde doping, die verbeterde tot 6% met boordiffusie. De zonnecel had een 'wrap-up' rond structuur (Figuur 1(b)) met beide contacten aan de achterkant om schaduwverliezen te voorkomen, maar leidde tot hogere weerstandsverliezen vanwege de omhullende structuur. Tegen 1960 evolueerde de celstructuur naar zoals getoond inFiguur 1(c). Aangezien de toepassing voor ruimteverkenningen was, werd een substraat met hoge weerstand van 10Ω cm gebruikt om maximale stralingsweerstand te hebben. Aan beide zijden werden vacuüm verdampte contacten gebruikt, terwijl aan de voorzijde (FS) een siliciummonoxidecoating werd gebruikt als antireflectiecoating (ARC) [3].
In het begin van de jaren zeventig werd ontdekt dat het hebben van gesinterd aluminium aan de achterzijde de celprestaties verbeterde door een zwaar gedoteerde interface te vormen die bekend staat als het 'back-surface field (Al-BSF)' en het opvangen van de onzuiverheden [3]. De Al-BSF vermindert de recombinatie van de dragers aan de achterzijde en verbetert zo de spanning en de spectrale respons op lange golflengte. Implementatie van fijnere en dicht bij elkaar liggende vingers verminderde de eis aan de junctie-doping en elimineerde de dode laag. Een ARC van titaandioxide (TiOx) werd gebruikt en de dikte ervan werd gekozen om de reflectie voor kortere golflengten te verminderen en de zonnecellen een violette uitstraling te geven. Verdere verbetering werd bereikt door de wafels te textureren met behulp van anisotroop etsen van (100) wafels om de (111) oppervlakken bloot te leggen. De texturering leidde tot een betere lichtinsluiting en gaf de cellen een donker fluwelen uiterlijk. De verbeterde celarchitectuur wordt getoond inFiguur 1(d). In 1976 demonstreerden Rittner en Arndt terrestrische zonnecellen met een efficiëntie van bijna 17% [3].
De gepassiveerde emitter-zonnecel (PESC) bereikte een mijlpaal van 20% efficiëntie in 1984-1986. Het metaal/silicium contactoppervlak was slechts 0,3% in PESC-cellen, terwijl een dubbellaagse ARC van ZnS/MgF2werd gebruikt in beide celstructuren. In 1994 werden gepassiveerde emitter-achter lokaal diffuus (PERL) cellen met een efficiëntie van 24% aangetoond [3]. In vergelijking met de PESC-cel had de PERL-cel omgekeerde piramides op FS voor een betere lichtvanger en op oxide gebaseerde passivering aan beide zijden. De oxidepassiveringslaag aan de achterzijde verbeterde ook de interne reflectie van de lange golflengte en daarmee de spectrumrespons.
Naast de evoluerende zonnecelarchitecturen, is er ook een continue ontwikkeling geweest in het productiedomein in termen van verhoogde doorvoer, verbeterde processtappen en lagere kosten. Een kort overzicht van de fabricage van Si-substraten en verschillende soorten zonnecellen wordt in de volgende paragraaf gegeven.
3. Commerciële silicium zonneceltechnologieën
Si is na zuurstof het meest voorkomende materiaal op aarde en wordt veel gebruikt in de halfgeleiderindustrie. Silicium van metallurgische kwaliteit (Mg-Si) met een zuiverheid van 98% wordt verkregen door kwarts (SiO2) te verhitten met koolstof bij hoge temperaturen van 1.500-2.000 [4]. Mg-Si wordt verder gezuiverd om siliciumbrokken van zonnekwaliteit met een zuiverheid van 99,99% te verkrijgen. De verfijnde Si-brokken van zonnekwaliteit worden vervolgens verder verwerkt om monokristallijne en multikristallijne vormen van Si-blokken te verkrijgen, die een grote massa silicium zijn. In monokristallijn Si zijn de atomen door het hele materiaal in dezelfde kristaloriëntatie gerangschikt. Voor zonnecellen heeft (100) oriëntatie de voorkeur omdat het gemakkelijk kan worden getextureerd om de oppervlaktereflectie te verminderen [5]. Multikristallijn Si heeft, zoals de naam al doet vermoeden, meerdere korrels Si-materiaal met verschillende oriëntaties, in tegenstelling tot de monokristallijne substraten. Monokristallijn materiaal heeft een langere levensduur van minderheidsdragers in vergelijking met multikristallijn Si en dus een hoger zonnecelrendement voor een bepaalde zonneceltechnologie.
De methode van Czochralski (Cz) voor het maken van monokristallijne Si-blokken wordt geïllustreerd in figuur 2(a). Gesmolten silicium van hoge zuiverheid met doteringsmiddel wordt boven het smeltpunt gehouden en vervolgens wordt een entkristal met een zeer lage snelheid getrokken om een staaf te verkrijgen met een diameter van wel 300 mm en een lengte van 2 m [6]. Het gesmolten silicium kan worden gedoteerd met ofwel p-type of n-type doteermiddelen om het specifieke type monokristallijne Si-blok tot 200 kg te verkrijgen [2]. Wafels die uit de ingots worden gezaagd, hebben cirkelvormige randen en daarom wordt de vorm een 'psuedo-vierkant' genoemd. Multikristallijne siliciumblokken worden gemaakt door Si met een hoge zuiverheid te smelten en ze in een grote smeltkroes te kristalliseren door een gericht stollingsproces [7] zoals aangetoond in figuur 2 (b). Het proces heeft geen referentiekristaloriëntatie zoals het Cz-proces en vormt daarom siliciummateriaal met verschillende oriëntaties. Momenteel wegen de multikristallijne Si-blokken >800kg [2] die vervolgens in bakstenen worden gesneden en wafels verder worden gezaagd.
De huidige grootte van monokristallijne en multikristallijne wafels voor de fabricage van zonnecellen is 6 inch x 6 inch. Het oppervlak van de monokristallijne wafels zal iets kleiner zijn vanwege de pseudo-vierkante vorm. Het meest gebruikte basismateriaal voor het maken van zonnecellen zijn met borium gedoteerde p-type Si-substraten. N-type Si-substraten worden ook gebruikt voor het maken van hoogrenderende zonnecellen, maar hebben extra technische uitdagingen, zoals het verkrijgen van uniforme dotering langs de staaf in vergelijking met p-type substraten.
Figuur 2.Illustratie van (a) Cz-proces voor monokristallijne ingots en (b) directioneel stollingsproces voor multikristallijne ingots.
Een brede classificatie van verschillende soorten zonnecellen samen met efficiëntiebereiken wordt getoond in figuur 3. De standaard aluminium back-surface field (Al-BSF) technologie is een van de meest voorkomende zonneceltechnologie gezien het relatief eenvoudige fabricageproces. Het is gebaseerd op volledige afzetting van Al aan de achterzijde (RS) door zeefdrukproces en vorming van ap+BSF dat helpt de elektronen van de achterzijde van p-type substraat af te weren en de celprestaties te verbeteren. De productiestroom voor Al-BSF-zonnecellen wordt weergegeven in figuur 4. Het standaardontwerp van commerciële zonnecellen is met rasterpatroon FS en RS-contacten over het volledige oppervlak.
Figuur 3. Brede classificatie van verschillende soorten zonnecellen.
Figuur 4. Productiestroom van Al-BSF-zonnecellen.
De gepassiveerde emitter-achtercontact (PERC)-zonnecel verbetert de Al-BSF-architectuur door toevoeging van een passivatielaag aan de achterkant om de passivering aan de achterkant en interne reflectie te verbeteren. Aluminiumoxide is een geschikt materiaal voor RS-passivering met een gemiddeld zonnecelrendement van bijna 21% bij de productie [8]. Een bestaande Al-BSF-zonnecellijn kan worden geüpgraded naar het PERC-proces door twee extra tools (RS-passiveringlaagafzetting en laser voor gelokaliseerde contactopening op de RS).
De overige drie celarchitecturen zijn voornamelijk technologieën met een hoger rendement op basis van n-type Si-substraten. De a-Si heterojunctie-zonnecel heeft a-Si-lagen op de FS en RS van het n-type Si-substraat om 'heterojuncties' te vormen, in tegenstelling tot de conventionele op diffusie gebaseerde pn-junctie op hoge temperatuur. Een dergelijke technologie maakt verwerking bij lagere temperaturen mogelijk, maar is erg gevoelig voor de kwaliteit van de oppervlakte-interfaces. a-Si-gebaseerde heterojunctie-zonnecel werd commercieel vervaardigd door Sanyo Electric, dat nu is overgenomen door Panasonic [9]. In het interdigitated back contact (IBC) zonnecelontwerp zijn beide contacten aan de achterzijde aanwezig, waardoor de FS-contactschaduwverliezen worden geëlimineerd. Typisch voor IBC-zonnecellen zal het knooppunt ook aan de achterkant worden geplaatst. Een van de eerste fabrikanten van de n-type IBC-zonnecel met hoog rendement is SunPower Corporation [10]. Bifaciale cellen kunnen, zoals de naam al doet vermoeden, licht van beide kanten van de zonnecellen opvangen. Dit houdt in dat de achterzijde ook is voorzien van rasterpatrooncontacten om lichtopvang mogelijk te maken. Een voorbeeld van de bifaciale technologie is de BiSON-zonnecel die is ontwikkeld en gecommercialiseerd door ISC, Konstanz [11]. Opgemerkt moet worden dat de aangegeven classificatie geen uitputtende lijst is van verschillende andere soorten zonnecelarchitecturen die zich in de R&D-fase bevinden, dicht bij commercialisering of al worden vervaardigd. De volgende paragrafen zullen een overzicht geven van de processtappen voor de productie van Al-BSF-zonnecellen.
4. Nat-chemische processen voor de fabricage van zonnecellen
Behandeling op basis van natte chemie is een belangrijke stap in de verwerking van zonnecellen voor het verwijderen van zaagschade (SDR) voor de as-cut wafers, het textureren van het oppervlak om de absorptie van inkomende zonnestraling te vergroten en randisolatie na het diffusieproces. Zoals besproken in de vorige sectie, worden er voornamelijk monokristallijne en multikristallijne siliciumwafels gebruikt voor de fabricage van zonnecellen. De op natchemie gebaseerde verwerking voor de respectieve soorten wafels zal verderop worden besproken.
4.1 Textureren van monokristallijne siliciumwafels
Zoals aangegeven in paragraaf 2, begon de ontwikkeling van zonnecellen in de eerste plaats met monokristallijne wafels en maakte daarom gebruik van gevestigde methoden uit het domein van de micro-elektronica. Alkalisch anisotroop etsen op basis van KOH/NaOH wordt gebruikt voor het piramidale textureren van monokristallijne wafels. Een as-cut monokristallijne wafel heeft een gewogen gemiddelde reflectie van>30% (over een golflengte van 300-1.200 nm), die na het textureringsproces afneemt tot 11-12%. Typische morfologie van een alkalisch gestructureerd oppervlak wordt getoond in figuur 5. De anisotrope etsoplossing etst het (100) oppervlak van de wafels om de (111) vlakken bloot te leggen die een hogere dichtheid aan siliciumatomen hebben en dus een langzamere etssnelheid vergeleken met de ( 100) gezichten. Dit resulteert in de vorming van willekeurige piramidestructuren die een hoek van 54,7° vormen ten opzichte van het wafeloppervlak.
Figuur 5.Typische oppervlaktemorfologie van een alkalische getextureerde monokristallijne wafel.
Typische parameters voor het alkalische textureringsproces worden weergegeven in Tabel 1. Opgemerkt moet worden dat de waarden van verschillende parameters indicatief zijn en niet als absoluut moeten worden beschouwd, aangezien er verschillende fabrikanten van additieven op de markt zijn. Isopropylalcohol (IPA) werd aanvankelijk gebruikt als een additief in de textuuroplossing, die niet betrokken is bij de etsreactie, maar werkt als een bevochtigingsmiddel om de homogeniteit van het textuurproces te verbeteren door te voorkomen dat de H2-bellen (gegenereerd tijdens de reactie) zich hechten aan het siliciumoppervlak [12]. In 2010 werd IPA echter geleidelijk vervangen door alternatieve additieven vanwege nadelen zoals onstabiele concentratie omdat de badtemperatuur dicht bij het kookpunt van IPA (82,4 ° C) ligt, hoge kosten, hoog verbruik, gezondheidsrisico's en explosiviteit [12]. Veel groepen hebben ontwikkelingswerk gepubliceerd om IPA te vervangen door alternatieve additieven om de nadelen van IPA te overwinnen, het procesvenster te vergroten en de oppervlaktereflectie te verminderen [12,13,14,15,16]. Additieven verkorten ook de verwerkingstijd tot<10 minuten="" en="" verlengen="" de="" badlevensduur="" tot="">100 runs.
Werkwijze
KOH/IPA
KOH/additief
KOH (%) | 3 | & lt;3 |
IPA (%) | 6 | — |
Additief (%) | — | & lt;2 |
Procestemperatuur [°C] | & gt;80 | 70–100 |
Piramidegrootte [μm] | 5–12 | 2–7 |
Verwerkingstijd [min] | 30–40 | 5–10 |
Organisch gehalte [gew%] | 4–10 | & lt;1.0 |
Kookpunt [°C] | 83 | & gt;100 |
Levensduur in bad | & lt;15 | & gt;100 |
Tabel 1. Procesparameters voor op IPA gebaseerde en op additieven gebaseerde alkalische texturen van monokristallijne wafels.
Het textureringsproces van de monokristallijne wafels wordt typisch uitgevoerd in een 'batch', wat inhoudt dat de wafels worden geladen in een drager met sleuven om de wafels vast te houden (100 sleuven in een drager) en vervolgens wordt de partij achtereenvolgens verwerkt in baden voor textureren, reinigen, behandelingsstappen om het organische residu en metaalverontreiniging te verwijderen en het drogen van de verwerkte wafels. De dragers zijn typisch gecoat met PVDF dat zeer goed bestand is tegen verschillende chemicaliën, slijtage en mechanische slijtage. Een typische drager voor het hanteren van monokristallijne wafels wordt weergegeven in figuur 6. Het batchtextureringsinstrument heeft speciale baden voor elke stap met doseertanks voor chemicaliën die in het bad worden gebruikt. De tool verwerkt veel dragers tegelijk en kan een doorvoer bereiken van >6.000 wafers/h bij verwerking van vier dragers tegelijk.
Figuur 6. Dragers voor het laden van wafels in de batchtool. Bron: RCT solutions GmbH.
4.2 Textureren van multikristallijne siliciumwafels
Multikristallijne wafels bieden een kostenvoordeel in vergelijking met de monokristallijne wafels en zijn daarom op grotere schaal toegepast. De alkalische chemie die wordt gebruikt voor het textureren van monokristallijne wafels werkt echter niet goed voor multikristallijne wafels vanwege de aanwezigheid van verschillende korreloriëntaties. Een alternatieve zure chemie op basis van HF en HNO3 werd ontwikkeld om de zaagschade te verwijderen en tegelijkertijd de multikristallijne wafels te textureren [17,18]. De op zure oplossing gebaseerde texturering werkt bij temperaturen onder kamertemperatuur en leidt daarom tot verminderde emissie van reactiegas, weinig warmteontwikkeling, hogere stabiliteit van de etsoplossing en betere controle van de etssnelheid [18]. Een vergelijking van het alkalische textureringsproces en het zure textureringsproces voor multikristallijne wafels wordt getoond in figuur 7.
Figuur 7. Vergelijking van alkalische en zure texturen voor multikristallijne wafels. Reflectiecurven na depositie van SiNx:H worden ook ter vergelijking getoond [17].
Het zure textuurproces van multikristallijne wafels kan in aanzienlijk kortere tijd worden uitgevoerd in vergelijking met het alkalische textuurproces en kan daarom worden geïmplementeerd in een 'inline'-configuratie waarbij de wafels door rollen worden geleid die in het etsbad zijn ondergedompeld. Een representatief beeld van een inline-proces samen met het typische zure textureringsproces wordt weergegeven in figuur 8. Voor een configuratie met vijf banen kan het inline-gereedschap een doorvoer hebben van maximaal 4.000 wafers/h. Het is belangrijk op te merken dat het wafeloppervlak dat naar beneden is gericht in de etsoplossing beter getextureerd is dan de bovenzijde en de 'zonnige kant' is voor verdere verwerking. Het zure textuurproces leidt tot de vorming van poreus silicium op het getextureerde oppervlak dat licht absorbeert en ook de oppervlakterecombinatie verhoogt [18]. Daarom wordt het poreuze silicium verwijderd met behulp van een verdunde alkalische oplossing. Vervolgens wordt een zure reiniging (HF+HCl) uitgevoerd om oxiden en metaalverontreinigingen van de wafeloppervlakken te verwijderen.
Figuur 8.(a) Representatief inline-proces met vijf rijstroken en (b) zure textureringsprocesstroom voor multikristallijne wafels.
Het is belangrijk op te merken dat het hierboven besproken zure textureringsproces geschikt is voor de met slurry-draad gezaagde (SWS) multikristallijne wafels. In de afgelopen jaren heeft het diamantdraadzaagproces (DWS) het op slurrydraad gebaseerde snijden vervangen vanwege proces- en economische voordelen [19]. De zaagschade van de SWS multikristallijne wafels is meer dan de DWS-wafels, die diepe rechte groeven hebben en een veel gladder oppervlak dan de met slurrydraad gezaagde wafels [19]. De zaagschade voor de SWS-wafels speelt een belangrijke rol bij het initiëren van het textureringsproces, wat bij de DWS-wafels niet gebeurt.
Er zijn verschillende methoden voorgesteld om DWS multikristallijne wafels te textureren en deze zijn samengevat in tabel 2[20]. Door de verschillende methoden af te stemmen, kan een reflectie van bijna 0% worden verkregen en daarom is de term 'zwart silicium' gebruikt voor het textureringsproces van DWS multikristallijne wafels. RIE was de eerste methode om zwart silicium te maken en gebruikt zwavelhexafluoride (SF6) om te reageren met Si en gassen zoals Cl2 en O2 om de reactie te passiveren en te beperken [20]. Onlangs zijn commerciële multi-PERC-zonnecellen met een gemiddeld rendement van 21,3% aangetoond met een op RIE gebaseerd textureringsproces [21]. Omdat RIE echter een op vacuüm gebaseerd proces is, is de doorvoer laag in vergelijking met een typisch inline-proces en is er ook extra voor- en nabewerking vereist om respectievelijk de zaagschade en schade als gevolg van ionenbombardementen te verwijderen. Een variant van de RIE-methode die geen vacuüm of plasma vereist, is geïmplementeerd in een commercieel hulpmiddel [22].
Methode
Reagentia
Masker
Katalysator
Minimale reflectie (%)
Reactieve ionenetsing (RIE) | SF6/O2, SF6/Cl2/O2, SF6/O2/CH4 | Geen | Geen | 4.0 |
Plasma-immersie-ionenimplantatie (PIII) | SF6/O2 | Geen | Geen | 1.8 |
Laserbestraling | CCl4, C2kl3F3, SF6, Cl2, N2, lucht | Geen | Geen | 2.5 |
Plasma-etsen | SF6 | Ag nanodeeltjes | Geen | 4.2 |
Metaal-assisted chemisch etsen (MACE) | AgNO3/HF/HNO3 | Geen | Ag, Au | 0.3 |
Elektrochemisch etsen | HF, EtOH, H2O | Geen | Geen | & lt;5.0 |
Tabel 2. Verschillende methoden voor het textureren van met diamantdraad gezaagde multikristallijne wafels [20].
Een van de benaderingen voor het textureren van DWS multikristallijne wafels is het upgraden van de bestaande op zure texturen gebaseerde chemie met additieven [23,24,25]. Een dergelijke benadering kan mogelijk een lagere CoO hebben in vergelijking met de op MACE gebaseerde benadering [23]. Het is aangetoond dat de reflectie van een dergelijke op additieven gebaseerde benadering vergelijkbaar is met de conventionele isotexturing-oplossing met een zonnecelefficiëntie van 18,7% voor de op Al-BSF gebaseerde structuur [24].
Op MACE gebaseerde texturering is vergelijkbaar met de conventionele zure etsmethode met een extra stap van katalytische metaalafzetting. De processtroom bestaat uit SDR, katalysatormetaalafzetting, chemisch etsen en nabehandeling. Efficiënties van 19,2% zijn verkregen voor commerciële multi-Al-BSF-cellen met behulp van een batch-type MACE-textureringsproces [26]. Inline-type MACE-gebaseerde commerciële tool is aangetoond met de mogelijkheid om de reflectie in het bereik van 12-23% af te stemmen en een gemiddelde efficiëntie voor Al-BSF en PERC-structuur van respectievelijk 18,8 en 20,2% te verkrijgen [27]. Representatieve afbeeldingen van een gestructureerd oppervlak op basis van het MACE-proces worden getoond in figuur 9. De eigendomskosten (CoO) van het inline MACE-proces zijn mogelijk lager in vergelijking met het batchgebaseerde MACE-proces met de mogelijkheid om dit verder te verminderen door Ag uit het textuurbad te recyclen [27].
Figuur 9.MACE getextureerde DWS multi-wafers, (a) oppervlak met Ravg=12% en (b) oppervlak met Ravg=22% [27].
4.3 Randisolatie op basis van natte chemie
Het emittergebied in een zonnecel wordt vervaardigd door een diffusieproces bij hoge temperatuur (wordt in de volgende paragrafen besproken). Tijdens het diffusieproces wordt fosforsilicaatglas (PSG) op de wafel afgezet dat moet worden verwijderd voordat de ARC-laag wordt afgezet. Zoals afgebeeld in figuur 10, is na de diffusiestap het n-type gebied ook aanwezig aan de randen en de achterkant van de wafer. De n-type laag op de randen en de achterkant zal de emitter kortsluiten met het basissubstraat en daarom is het belangrijk om deze gebieden te etsen en de emitter op de FS te isoleren van het basissubstraat zoals weergegeven in figuur 10(c).
Figuur 10. Verwerking van siliciumwafer na diffusie en randisolatie (a) Getextureerde siliciumwafer, (b) Diffuus siliciumwafer, (c) Diffuus siliciumwafer na randisolatie.
Het randisolatieproces kan op een inline-manier worden uitgevoerd, vergelijkbaar met het textureringsproces dat in de vorige sectie is besproken. De uitzondering in dit geval is dat de chemische stof alleen de achterkant en randen mag etsen zonder interactie met de FS. Een representatief beeld van het randisolatieproces wordt getoond in figuur 11. Het is belangrijk op te merken dat de rollen alleen aan de onderkant aanwezig zijn om elk contact van de etsoplossing met de voorkant te voorkomen. De volgende stappen na het RS-etsen zijn vergelijkbaar met die in de inline textureermachine.
Figuur 11. Representatieve afbeelding van zonnecel in een inline randisolatiebad.
5. Thermische processen voor de fabricage van zonnecellen
Processen bij hoge temperaturen vormen een essentieel onderdeel van de fabricage van zonnecellen. Voorbeelden van dergelijke processen zijn het vormen van de pn-overgang door diffusie, het afvuren van gezeefdrukte contacten, het activeren van oppervlaktepassiveringslagen of door het gloeiproces veroorzaakte defecten. De sectie geeft een glimp van de basisfysica van het emitterdiffusieproces en plasma-versterkte chemische dampafzetting (PECVD).
5.1 Zenderdiffusie
Emitterdiffusie is een van de cruciale thermische stappen in de fabricage van industriële zonnecellen. De n-type emitter van de kristallijne p-type silicium zonnecellen wordt gevormd door fosfor (P) diffusie. In het diffusieproces worden de Si-wafels in een oven gestuurd en bij 800-900 ° C blootgesteld aan fosforylchloride (POCl3) en O2 wat resulteert in PSG-afzetting op de Si-wafeloppervlakken. Deze stap wordt pre-depositie genoemd, waarbij de PSG [28] fungeert als een bron van fosfor (P) doteermiddelen om in de Si-wafer te diffunderen. De volgende stap is drive-in, waarbij de toevoer van doteergassen wordt losgekoppeld en P uit de PSG-laag verder in de Si-wafer diffundeert. Hannes et al. [29] illustreert dat voor de optimale proceshaalbaarheid voor fotovoltaïsche toepassingen rekening moet worden gehouden met drie verschillende effecten. Ten eerste de in-diffusie van P van de PSG en de aanwezigheid ervan in elektrisch actieve en inactieve toestanden in de Si-wafer, wat de Shockley-Read-Hall (SRH) recombinatie verhoogt. Ten tweede het binnendringen van onzuiverheden in de Si-laag naar de PSG-laag. Ten slotte trekt de metalen contactformatie met de P-gedoteerde Si-straler het opgewekte vermogen naar buiten.
Het diffusieproces wordt gekwantificeerd door de plaatweerstand die afhangt van de diepte van de pn-overgang en het P-concentratieprofiel. De plaatweerstand heeft eenheden van Ω/cm (gewoonlijk gemeten als Ω/□) en wordt gemeten met een vierpunts meetsysteem. De definitie van plaatweerstand wordt geïllustreerd inEq. (1).
waarbijR=weerstand van een rechthoekige sectie (Ω);ρ=weerstand ( cm);l=lengte van de rechthoekige sectie (cm);A=oppervlakte van de rechthoekige sectie (cm2);W=breedte van de rechthoekige sectie (cm );D=diepte van de rechthoekige doorsnede (cm) enρblad=weerstand voor gegeven diepte (D) wanneer l=W (Ω/□).
De eerdere waarden van de weerstand van de emitterplaat waren 30-60 /□ met pn-overgangsdiepten van> 400 nm en een hoge P-oppervlakteconcentratie. Met verbeteringen in de zilver (Ag) contactpasta aan de voorkant, ligt de weerstand van het emittervel nu in het bereik van 90-110Ω/□ met een junctiediepte van ongeveer 300 nm en een lagere P-oppervlakteconcentratie. Door over te schakelen naar een grotere plaatweerstand kan meer licht in het UV- en blauwe spectrum worden opgevangen, terwijl ook de oppervlakterecombinatie wordt verminderd om de Voc. Opgemerkt moet worden dat het diffusieproces plaatsvindt op de FS (direct blootgesteld aan de gassen) en ook aan de randen en RS. Als het randisolatieproces niet wordt uitgevoerd (zoals besproken in paragraaf 4.3), zal de emitter worden kortgesloten met het substraat.
Figuur 12 toont het POCl3-diffusieproces in een gesloten kwartsbuissysteem. POCl3 is een vloeibare bron die aan de procesbuis wordt toegevoerd door deze te borrelen met een draaggas N2. Door te mengen
Figuur 12.(a) Schematische weergave van het batch-type diffusieproces en (b) representatief beeld van een batch-type diffusie-apparatuur. Bron: centrotherm GmbH.
Op het Si-oppervlak,
Chloor, een bijproduct tijdens de pre-depositie, reinigt de wafels en de kwartsbuis door complexen te vormen met metalen. PSG wordt gebruikt als bron voor het indrijven van de P-atomen in het Si-oppervlak. Tijdens het drive-in-proces wordt POCl3 uitgeschakeld en wordt alleen O2 toegevoegd om een dunne oxidelaag onder de PSG op te bouwen om de diffusie van P-atomen in het Si-oppervlak te verbeteren.
In de diffusiebuis bevinden zich vijf verwarmingszones, zoals weergegeven in Afbeelding 13. De zones zijn:
Laadzone (LZ)—gebied van waaruit de wafels in de buis worden geladen.
Middenlaadzone (CLZ): gebied tussen de laadzone en de middenzone.
Middenzone (CZ) - middengebied van de buis.
Centrale gaszone (CGZ): gebied tussen de centrale zone en de gaszone.
Gaszone (GZ) - gebied van waaruit de gassen door de uitlaat naar buiten gaan.
Afbeelding 13. Verwarmingszones in de diffusiebuis.
Typisch worden de temperaturen van elke verwarmingszone aangepast om een gelijke weerstand tegen de emitterlaag te verkrijgen voor alle wafels over de boot.
De omgeving van het diffusieproces moet erg schoon zijn en daarom wordt kwartsmateriaal gebruikt voor de buizen. Ook de reinheid van de buizen en het onderhoud van de laadruimte zijn van invloed op de procesresultaten. Omdat er bij gasfasediffusie geen residu in de buis achterblijft, resulteert dit in een schoner proces. Door halve toonhoogte te laden in de lage druk (LP) omstandigheden [31] kan de doorvoer worden verhoogd. Gewoonlijk worden 1.000 wafers in een enkele buis geladen en met vijf diffusiebuizen in een batch-type diffusiesysteem kan een doorvoer van maximaal 3.800 wafers/u worden bereikt voor de productie van zonnecellen.
Een inline diffusiesysteem waarbij de wafels worden getransporteerd op een band met fosforzuur als de bron van P-doteermiddelen werd ook gebruikt bij commerciële productie [32]. In vergelijking met het inline-proces is het batchproces echter schoner, effectiever en efficiënter. Voor n-type zonnecellen of geavanceerde zonnecelconcepten zoals PERT, is de p-type batchdiffusie gebaseerd op boor (B) doteringsbronnen zoals boortribromide (BBr3) [33,34].
5.2 Antireflectiecoating (ARC) afzetting
Een kaal Si-oppervlak reflecteert >30% van het invallende licht. Zoals besproken in sectie 4, verbetert het textureringsproces de lichtopname. Het is wenselijk om de reflectie die wordt verkregen door het afzetten van een ARC-laag verder te verminderen. TiOx was een van de eerste materialen die als ARC-laag voor zonnecellen werd gebruikt, maar omdat het niet voor voldoende oppervlaktepassivering kon zorgen, werd het uiteindelijk vervangen door SiNx:H [37]. Thermisch gegroeid siliciumoxide (SiO2) werd ook gebruikt als het passiveringsmateriaal in de recordbrekende gepassiveerde emitter-achter lokaal diffuse (PERL) cellen [37]. Een hoog thermisch budget en een lange procestijd maakten op SiO2 gebaseerde passivering ongeschikt voor massaproductie van zonnecellen [37]. Een uitgebreid overzicht van verschillende ARC- en passiveringsmaterialen voor zonneceltoepassingen wordt besproken in [37].
Het plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD)-proces is geschikt voor het afzetten van een ARC-laag van SiNx:H die niet alleen de reflectie vermindert, maar ook de n-type emitter aan de voorzijde en de bulk passiveert, waardoor de efficiëntie van de zonnecel wordt verbeterd [36, 37]. Een schema van een batch-type PECVD-systeem wordt getoond in figuur 14. De wafels worden geladen in een grafietboot met de voorkanten naar elkaar gericht. Een RF-plasma op basis van procesgassen ammoniak (NH3) en silaan (SiH4), werkend bij een temperatuur van 400–450 °C, zet de gehydrogeneerde SiNx:H-laag af volgens Eq. (4)[35]. De waterstof die in de SiNx:H-film is verwerkt, diffundeert in de bulk tijdens de bakstap (besproken in de volgende sectie) en passiveert de bungelende bindingen om de prestaties van de zonnecel te verbeteren [36,37].
Figuur 14.(a) Schematisch diagram van het batch-type PECVD-proces voor SiNx:H-afzetting en (b) grafietboot voor het laden van Si-wafels in de PECVD-oven.
De brekingsindex (RI) van de SiNx:H-film wordt gecontroleerd door de verhouding van SiH4/NH3gas, terwijl de dikte afhangt van de depositieduur. De op SiNx:H gebaseerde ARC kan de reflectie voor een enkele golflengte minimaliseren en de golflengte-dikte wordt gegeven door [38],
waart=dikte van de SiNx:H ARC-laag,λ0=golflengte van invallend licht enn1=brekingsindex van de SiNx:H-laag.
Op basis van de relatie wordt de ARC ook wel een 'kwartgolflengte ARC' genoemd. Voor zonnecellen worden de RI en dikte geselecteerd om de reflectie bij een golflengte van 600 nm te minimaliseren, aangezien dit de piek van het zonnespectrum is. De dikte en RI van de ARC is gekozen als het geometrische gemiddelde van materialen aan weerszijden, dwz glas/lucht en Si. De typische dikte van de SiNx:H ARC is 80-85 nm met een RI van 2,0-2,1 waardoor de zonnecel een kleur krijgt van blauw tot violetblauw. Een representatief beeld van getextureerde multikristallijne zonnecel afgezet met SiNx:H wordt getoond in figuur 15(a), terwijl de variatie van SiNx:H kleur op basis van de dikte wordt getoond in figuur 15(b). Het is belangrijk op te merken dat er een afhankelijkheid is van de oppervlaktetextuur en ARC-kleur voor bepaalde depositieparameters. Er is een verscheidenheid aan zonnepanelen waarbij de kleur van de zonnecellen donkerder is in tegenstelling tot de typische blauwe kleur. Een typische ARC-depositiefase in een productielijn voor zonnecellen bestaat uit twee PECVD-systemen, elk met vier buizen en een doorvoer tot 3.500 wafers/h.
Figuur 15.(a) Representatief beeld van SiNx:H gecoate multikristallijne zonnecel, (b) variatie van SiNx:H-laag op basis van de dikte.
SiNx:H is niet geschikt voor het passiveren van p-type Si en daarom worden diëlektrica zoals Al2O3 gebruikt voor RS-passivering voor celarchitectuur zoals PERC-cellen [8] of voor p-type emitters in n-type zonnecellen. Voor PERC-zonnecellen wordt de Al2O3-passiveringslaag afgedekt door een SiNx:H om deze tijdens het bakproces tegen de Al-pasta te beschermen en ook als interne reflector voor het lange golflengtelicht te dienen. Commerciële systemen op basis van PECVD en atomaire laagdepositie (ALD) zijn beschikbaar voor het afzetten van Al2O3 met een doorvoer tot 4.800 wafers/h [39].
6. Metallisatie en karakterisering van zonnecellen
6.1 Metallisatie op basis van zeefdruk
De laatste verwerkingsstap voor de fabricage van zonnecellen is de FS- en RS-metallisatie om het vermogen te onttrekken met minimale weerstandsverliezen. Ag is een goed contactmateriaal voor de n-type emitter, terwijl Al een zeer goed contact maakt met het p-type substraat. Een combinatie van Ag/Al-pasta wordt gebruikt om pads op de RS te printen om de onderlinge verbinding van zonnecellen in een module te vergemakkelijken. Zeefdruk is een eenvoudig, snel en continu evoluerend proces voor het metalliseren van zonnecellen.
Een schematische weergave van het zeefdrukproces wordt getoond in figuur 16. De zeven hebben een met emulsie gecoat roestvrijstalen gaas met openingen volgens het gewenste metallisatiepatroon zoals geïllustreerd in figuur 17(a). De metaalpasta wordt via de vloed en de rakelbeweging over het scherm verspreid die op basis van het schermpatroon de pasta op de zonnecel afzet. Snap-off is de afstand tussen het scherm en de zonnecel. De rakeldruk en de afbreekafstand zijn de kritische parameters die de pasta-afzetting en geometrie van de Ag FS-vingers bepalen.
Figuur 16.Illustratie van het zeefdrukproces voor metallisatie van zonnecellen.
Figuur 17.(a) Mesh-emulsiescherm met vingeropening voor FS Ag-printen [40] en (b) representatief FS-metallisatiepatroon.
Typische pasta voor Ag/Al RS-pads, RS Al en FS Ag zijn respectievelijk 35-45 mg, 1,1-1,4 g en 100-120 mg voor een 6 inch Al-BSF multikristallijne zonnecel. Een illustratief Ag FS-metallisatiepatroon wordt getoond in figuur 17(b). De Ag-vingeropening is teruggebracht tot minder dan 30 m, terwijl de toepassing van 5 bus-bar nu steeds meer wordt toegepast. Met een dergelijke schermparameter en goede pasta-lay-out zou een consistente FF van>80% moeten worden verkregen voor de Al-BSF-zonnecellen met een optisch schaduwverlies van<>
6.2 Drogen en snel bakken van metallisatiepasta's
De metallisatiepasta's bestaan uit metaalpoeder, oplosmiddelen en organische bindmiddelen. In het geval van FS Ag-pasta bevat de pasta ook glasfrit terwijl de SiNx:H-laag wordt geëtst en contact maakt met de n-type emitter [41]. De metaalpasta's worden na het bedrukken gedroogd en tenslotte worden ze door een snelovende oven gestuurd om te sinteren en vormen het RS Al-BSF- en FS Ag-contact. Een voorbeeld van zo'n snelstookoven met het temperatuurprofiel is weergegeven in figuur 18. Het FS Ag-vinger-sinterproces wordt geïllustreerd in figuur 19. Wanneer de zonnecel door de snelvuuroven gaat, worden de organische bindmiddelen verbrand, gevolgd door smelten van de glasfrit en tenslotte vorming van Ag-kristallieten die in contact komen met de n-type emitter. Het bakprofiel moet worden afgestemd op de specifieke soorten metallisatiepasta's en het emitterdiffusieprofiel. Zo kan de stookpiektemperatuur laag zijn om geen goed ohms contact op de FS te vormen, terwijl een te hoge temperatuur kan leiden tot diffusie van Ag door de junctie en rangeren van de pn-junctie. Afbeelding van een complete multikristallijne Al-BSF-zonnecel wordt getoond in figuur 20.
Figuur 18.(a) Voorbeeld van een stookoven voor het sinteren van metalen contacten en (b) illustratief temperatuurprofiel van een stookoven. Bron: centrotherm GmbH.
Figuur 19.Illustratie van het bakproces. (a) Uitbranden van de organische bindmiddelen, (b) smelten van glasfrit die de SiNx:H etst en (c) Ag-kristallietvorming op het grensvlak van de emitter.
Figuur 20.(a) FS van een complete zonnecel en (b) RS van een complete zonnecel.
6.3 Op plateren gebaseerde front-side metallisatie
De kosten van verschillende factoren in de verwerking van zonnecellen zijn in de loop der jaren afgenomen, terwijl de bijdrage van front Ag nog steeds de belangrijkste is [42]. Er is veel werk verzet om Ag te vervangen door alternatief metaal zoals koper (Cu) dat een geleidbaarheidswaarde heeft die zeer dicht bij die van Ag ligt en ook een potentieel aanzienlijk kostenvoordeel biedt [43,44]. Cu heeft een hoge diffusie en oplosbaarheid in Si en daarom wordt een barrièrelaag zoals nikkel (Ni) op Si afgezet voorafgaand aan Cu-plating [42]. Door licht geïnduceerde beplating (LIP) die is afgeleid van conventionele beplating maakt gebruik van het fotovoltaïsche effect van licht om het gewenste metaal te plateren en heeft veel voordelen in vergelijking met conventionele beplating [43,44].
Op Ni-Cu gebaseerde front-side metallisatie vereist een extra ARC-patroonvormingsstap aan de voorzijde, in tegenstelling tot de op Ag-pasta gebaseerde metallisatie en in de meeste gevallen ook een extra Ni-sinterstap om de contactweerstand te verminderen en een goede hechting van de metalen stapel te hebben [42 ]. Commerciële DWS-gesneden mc-Si-zonnecellen op basis van met Ni-Cu-Ag geplateerde stapel zijn aangetoond met een vingerbreedte van 22 m, een beeldverhouding van bijna 0,5 en een vergelijkbare efficiëntie als die van referentie-gezeefdrukte op Ag-gebaseerde zonnecellen [45 ].
Voortdurende verbetering van de Ag FS-pasta's, samen met eenvoud, betrouwbaarheid en hoge doorvoer van het zeefdrukproces, heeft het voor op Ni-Cu gebaseerde metallisatie moeilijk gemaakt om te concurreren met op Ag-gebaseerde FS-metallisatie. Echter, concepten met een hoog zonnecelrendement zoals bifaciale heterojunctie zonnecellen, waarbij Cu direct op het transparante geleidende oxide kan worden geplateerd, is het galvanisatieproces vereenvoudigd en vereist slechts een enkel gereedschap [39]. Evenzo kunnen hoogrenderende concepten die een kleinere hoeveelheid metaal vereisen, hetzelfde bereiken met behulp van op plateren gebaseerde metallisatie [42,46].
6.4 IV testen en karakteriseren van zonnecellen
De laatste stap is IV-testen van de volledige zonnecellen volgens de standaard testomstandigheden (STC), dwz AM 1.5G, 1000W/m2 met een klasse AAA-zonnesimulator. Een voorbeeld van FS-sondering van zonnecellen wordt getoond in Figuur 21. De typische parameters verkregen van de IV-tester zijn aangegeven in Tabel 3. IV-testers hebben veel karakteriseringsparameters die nuttig kunnen zijn voor de diagnose van zonneceldefecten. Representatieve elektroluminescentie (EL) en thermische IR-afbeelding van een zonnecel met enkele defecten worden getoond in Figuren 22 (a) - (c). Een EL-afbeelding van een goede zonnecel met uniforme intensiteit wordt getoond in figuur 22(a), terwijl voor een zonnecel waarin de FS-vingers niet uniform zijn afgedrukt, een donkerder contrast te zien is in figuur 22(b). Figuur 22(c) ) toont een thermisch IR-beeld van een zonnecel met een gelokaliseerde shunt die is gevormd tijdens een van de bewerkingsstappen. Uiteindelijk worden de zonnecellen gesorteerd in verschillende efficiëntiebakken op basis van de gekozen classificatie.
Figuur 21.IV meting FS sondering voor zonnecelkarakterisering.
Parameter
Opmerkingen
Voc(V) | Goede mc-Si Al-BSF zonnecellen hebben een waarde van >0.635V |
Isc(A) | Goede mc-Si Al-BSF zonnecellen hebben een waarde van>9.0 A |
FF (%) | Goede mc-Si Al-BSF zonnecellen hebben een waarde van >80% |
Efficiëntie (%) | Goede mc-Si Al-BSF zonnecellen hebben een waarde van >18,6% |
Vmpp(V) | Overeenkomstige spanning op het maximale vermogenspunt |
Impp(A) | Overeenkomstige stroom op het maximale vermogenspunt |
Rs(Ω) | Goede mc-Si Al-BSF zonnecellen hebben een waarde van<1,5> |
Rsh(Ω) | Goede mc-Si Al-BSF zonnecellen hebben een waarde van>100Ω |
Irev(A) | Sperstroom bij een spanning van −12V moet<0,5 a="" zijn="" voor="" goede=""> |
FS BB-BB weerstand (Ω) | Weerstand gemeten tussen de BB's op de FS |
RS BB-BB weerstand (Ω) | Weerstand gemeten tussen de BB's op de RS |
Tabel 3.Parameters voor karakterisering van een zonnecel verkregen uit IV-meting.
Figuur 22.(a) EL-beeld van een goede zonnecel, (b) EL-beeld van een zonnecel met niet-uniformiteit in Ag-vingerafdrukken en (c) thermisch IR-beeld van een zonnecel die de aanwezigheid van gelokaliseerde shunts aangeeft.
7. Toekomstige trends
DWS is de standaard geworden voor monokristallijne wafels, terwijl het naar verwachting in 2022 een marktaandeel van >80% zal hebben voor multikristallijne wafels [2]. Verwacht wordt dat SWS voor multikristallijne wafels tegen die tijd geleidelijk zal verdwijnen. Met DWS zou het kerfverlies in 2022 ook<80 m="" bedragen,="" wat="" op="" zijn="" beurt="" het="" poly-si-verbruik="" per="" wafer="" tot="" onder="" 15g="" zou="" verminderen.="" 3bb-ontwerp="" voor="" frontcontacten="" zal="" naar="" verwachting="" in="" 2020="" worden="" uitgefaseerd="" met="" een="" aandeel="" van="" 50%="" voor="" 5bb-ontwerp.="" met="" voortdurende="" verbeteringen="" in="" ag-pasta's="" en="" zeven,="" zal="" de="" fs-vingerbreedte="" naar="" verwachting="" verminderen="" tot="" 30="" m="" in="" 2022.="" nat-chemische="" verwerkingstools="" hebben="" in="" 2018="" een="" doorvoer="" van="" 8.000="" wafers/h="" bereikt="" en="" zouden="" tegen="" 2020="" 9.000="" wafers/h="" bereiken.="" hebben="" in="" 2018="" een="" doorvoer="" van="" 5000="" wafers/u="" bereikt="" en="" zullen="" tegen="" 2020="" naar="" verwachting="" 7.000="" wafers/u="" overschrijden.="" het="" metallisatie-="" en="" iv-test-/sorteergedeelte="" zal="" naar="" verwachting="" een="" doorvoer="" hebben="" van=""> 7.000 wafers/u in 2022.
Op Al-BSF gebaseerde celtechnologie, met een marktaandeel van>60% in 2018, zal naar verwachting verminderen tot<20% in="" 2025.="" met="" meer="" nadruk="" op="" hoogrenderende="" zonnecelconcepten,="" aandeel="" van="" perc="" technologie="" zal="" naar="" verwachting="">50% zijn in 2022. De productie-efficiëntie van Mono PERC zal naar verwachting>22% zijn in 2022, terwijl het voor multi PERC tegen dezelfde tijd 21% zou moeten bedragen. Een belangrijk aspect met betrekking tot multi-PERC is de beperking van op LeTID gebaseerde problemen om het efficiëntieverlies na installatie van de modules in het veld te minimaliseren. Si HJ-cellen met een efficiëntie van>22% in 2018, na een verwachte stabiele efficiëntie van 23% in 2020, met een marktaandeel van ongeveer 10% in 2022. Hoogrenderende bifaciale cellen met als bijkomend voordeel dat ze straling van de achterzijde zal naar verwachting een marktaandeel van 20% hebben in 2022. N-type back-contact zonnecellen zullen naar verwachting de 24% efficiëntie overschrijden in 2020.
8. Conclusies
Si-zonnecellen zijn de afgelopen decennia een belangrijk onderdeel geworden van het domein van hernieuwbare energie met gerijpte productietechnologieën. P-type multikristallijne wafels zijn de steunpilaar geworden voor de productie van zonnecellen. Met een hogere efficiëntie en afnemende productiekosten hebben monokristallijne zonnecellen echter ook een aanzienlijk aandeel gewonnen en zullen ze naar verwachting in de nabije toekomst nauw gaan concurreren met multikristallijne wafers. Voor standaard Al-BSF-technologie zijn 19 en 20% de benchmark geworden voor respectievelijk multikristallijne en monokristallijne zonnecellen. Mono-PERC- en multi-PERC-cellen hebben een gestabiliseerde efficiëntie van respectievelijk 21,5 en 20% bereikt. Bovendien biedt PERC ook een eenvoudigere benadering voor bifaciale zonnecellen door een rasterpatroon op de RS te hebben in plaats van het volledige oppervlakcontact. Hoogrenderende n-type en bifaciale zonnecellen hebben een marktaandeel van <10% dat="" naar="" verwachting="" in="" de="" toekomst="" zal="" toenemen.="" de="" productietechnologieën="" zijn="" de="" afgelopen="" jaren="" aanzienlijk="" gerijpt="" met="" verdere="" verbeteringen="" om="" de="" doorvoer="" te="">
Dankbetuigingen
De auteurs willen de collega's van RCT Solutions GmbH bedanken van wie een deel van de inhoud van het hoofdstuk is overgenomen. Mehul C.Raval wil graag collega Jim Zhou bedanken voor de discussies over zwarte siliconentextuur.
