20. Januar 2022 Emiliano Bellini

In Übereinstimmung mit Internationale Zeitschrift für PV.

In Deutschland haben Forscher ausFraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) haben mehrere kostenorientierte Strategien zur Beschleunigung der industriellen Entwicklung definiert Tunneloxid-passivierte Kontakt-Solarenergieprodukte (TOPCon).

„Die Beibehaltung einer hohen Umwandlungseffizienz in der Massenproduktion ist ein entscheidender Aspekt, um mit hochmodernen PERC-Zellen in Bezug auf Systemkosten und Stromgestehungskosten konkurrieren zu können“, sagte Bishal Kafle, Forschungskorrespondent des pv magazine. „Jüngste Fortschritte in der Geräteforschung haben die Lücke zwischen der Umwandlungseffizienz von TOPCon- und PERC-Zellen vergrößert. Für industrielle TOPCon-Zellen wurde jedoch noch kein Standardprozessablauf etabliert.

Seiner Meinung nach ist die Senkung der Produktionskosten zwar wichtig, aber die Wirtschaftlichkeit von TOPCon erfordert eine stabile 24/7-Produktion mit einer Verfügbarkeit und Auslastung, die mit den aktuellen Einrichtungen von TOPCon vergleichbar sind. Produktion von PERC (Passivated Emitter Rear Contact) Zellen. „Darüber hinaus erfordert die TOPCon-Zelle auf dem n-Typ-Substrat beidseitig Silber (Ag)-Kontakte, sodass die Reduzierung des Ag-Einsatzes zumindest mittel- bis langfristig ein wichtiger Aspekt dieses Konzepts bleibt“, erklärte er.

Anpassbare Fertigungsprozesse

Im Artikel TOPCon – Technologieoptionen für eine kostengünstige industrielle ProduktionDas deutsche Forschungsteam, das in der Zeitschrift Solar Energy Materials and Solar Cells veröffentlicht wurde, erklärt, dass bestehende Prozesse und Ausrüstungen, die typischerweise zur Herstellung von PERC-Zellen verwendet werden, leicht an die Herstellung von TOPCon-Zellen angepasst werden können, indem dem Prozess zwei Schritte hinzugefügt werden. : Bildung und charakteristische Eigenschaften von Tunneloxid. /Abscheidung von dotiertem Polysilicium.

„Die Eigenschaften dieser Schichten sind wesentlich für das Design nachfolgender Zellverarbeitungsphasen, um eine hohe Leerlaufspannung (VOC) und einen niedrigen Serienwiderstand zu erhalten, wie es das TOPCon-Konzept verspricht“, erklären die Forscher, die auf Substrate vom n-Typ hinweisen sind aufgrund der höheren Kosten des Bor-Emitter-Diffusionsprozesses im Vergleich zum Phosphor-Diffusionsprozess, der üblicherweise bei der Herstellung von PERC-Zellen verwendet wird, teurer in der Integration als ihre Gegenstücke vom p-Typ.

„In einer Prozessroute mit LPCVD-in-situ-abgeschiedenen a-Si/Poly-Si-Schichten identifizieren wir jedoch die Möglichkeit, Hochtemperaturglühen und Bor-Emitter-Oxidation in einem einzigen Schritt zu kombinieren, was diesen Ansatz im Vergleich zur Verarbeitung wirtschaftlich wettbewerbsfähig macht Route mit a-Si/Poly-Si-Schichten, die ex-situ durch LPCVD abgeschieden werden“, fahren sie fort.

Diverse Alternativen

Plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD) und chemische Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck (APCVD) wurden als Alternativen zu LPCVD in Betracht gezogen, und Analysen haben gezeigt, dass diese drei Technologien gleichermaßen gültig sind. „Es wird beobachtet, dass der COO des a-Si-Abscheidungsschritts mit der Dicke der a-Si-Schicht deutlich abnimmt, aber es ist interessant festzustellen, dass die Kostensenkung stark von der verwendeten Abscheidungstechnologie abhängt“, sagten die Forscher des Fraunhofer ISE . . „Bei PECVD- und APCVD-Abscheidungstechnologien wird für dünnere Schichten eine viel stärkere COO-Reduktion beobachtet, was hauptsächlich auf ihre deutlich höhere a-Si-Abscheidungsrate im Vergleich zu LPCVD zurückzuführen ist.“

Die Wissenschaftler verglichen auch die Stromgestehungskosten (LCOE) von 5-MW-Freiflächen-Photovoltaikanlagen basierend auf bifazialer PERC-Technologie und TOPCon-Produkten mit LPCVD, PECVD und APCVD. Ihre Analyse zeigt, dass TOPCon-Technologien im Vergleich zur PERC-Technologie 13,5–18,6 % höhere Kosten pro Zelle und 3,6–5,5 % höhere Kosten pro Modul aufweisen.

„Die zusätzlichen Kosten des TOPCon-Moduls sind hauptsächlich auf die Erhöhung der Kapitalinvestitions- und Installationskosten am Standort der Zellherstellung, eine erhebliche Erhöhung der Kosten für die Verbrauchsmaterialien der Zellverarbeitung (aufgrund der zusätzlichen Verarbeitungsschritte, die im Vergleich zu einer PERC-Zelle erforderlich sind) zurückzuführen. , und der höhere Preis des n-Typ-Wafersubstrats im Vergleich zum PERC-Substrat des p-Typs“, erklärten sie. PERC-Technologie, die einen um 0,5 % höheren TOPCon-Zellwirkungsgrad als den der PERC-Zelle vermuten lässt und somit 23,5 % bzw. 23,0 % erreicht.

Laut den Forschern müsste das konservativere TOPCon-Modell, um PERC wirtschaftlich zu übertreffen, eine Effizienzsteigerung von mindestens 0,55 % erreichen. „Für das optimistischste TOPCon-Design würde eine Steigerung des Zellwirkungsgrads von mehr als 0,40 % im Vergleich zu bifazialem p-PERC bereits eine kostengünstige Massenproduktion von TOPCon-Solarzellen ermöglichen“, schlossen sie.