20. Januar 2022 Emiliano Bellini

In Übereinstimmung mit pv internationale Zeitschrift.

In Deutschland sind Forscher ausFraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) haben mehrere kostenorientierte Strategien zur Beschleunigung der industriellen Entwicklung definiert Solarprodukte mit tunneloxidpassivierten Kontakten (TOPCon).

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

Seiner Meinung nach sei es zwar wichtig, die Herstellungskosten zu senken, aber die Wirtschaftlichkeit von TOPCon erfordere eine stabile Produktion rund um die Uhr mit Verfügbarkeits- und Auslastungsraten, die denen aktueller Produktionsanlagen für PERC-Zellen (Passive Emitter Back Contact) entsprechen. „Darüber hinaus erfordert eine TOPCon-Zelle auf einem n-Typ-Substrat Silberkontakte (Ag) auf beiden Seiten, und auch die Reduzierung des Einsatzes von Ag bleibt zumindest mittel- bis langfristig ein wichtiger Aspekt dieses Konzepts“, erklärte er. .

Anpassbare Fertigungsprozesse

Im Artikel TOPCon – Technologieoptionen für eine wirtschaftliche IndustrieproduktionDas in der Fachzeitschrift „Solar Energy Materials and Solar Cells“ veröffentlichte Forschungsteam erklärt, dass bestehende Prozesse und Geräte, die typischerweise zur Herstellung von PERC-Zellen verwendet werden, leicht an die Herstellung von TOPCon-Zellen angepasst werden können, indem zwei Schritte zum Prozess hinzugefügt werden: das Formen. Tunneloxid und interne/dotierte Polysiliziumabscheidung.

„Die Eigenschaften dieser Schichten sind für die Gestaltung nachfolgender Zellverarbeitungsphasen von entscheidender Bedeutung, um eine hohe Leerlaufspannung (VOC) und einen niedrigen Serienwiderstand zu erreichen, wie im TOPCon-Konzept versprochen“, erklären die Forscher, die darauf hinweisen, dass es sich um n-Typ-Substrate handelt 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.

„Für einen Verarbeitungsweg mit LPCVD-in-situ-abgeschiedenen a-Si/poly-Si-Schichten sehen 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.“ „Die Route enthält a-Si/Poly-Si-Schichten, die ex-situ durch LPCVD abgeschieden werden“, fahren sie fort.

Verschiedene Alternativen

Als Alternativen zu LPCVD wurden die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) und die chemische Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck (APCVD) in Betracht gezogen, und Analysen haben gezeigt, dass alle drei Technologien gleichwertig sind. „Es ist zu beobachten, dass der COO des a-Si-Abscheidungsschritts mit der Dicke der a-Si-Schicht deutlich abnimmt. Es ist jedoch interessant festzustellen, dass die Kostenreduzierung stark von der verwendeten Abscheidungstechnologie abhängt“, sagten die Forscher des Fraunhofer ISE . . „Bei PECVD- und APCVD-Abscheidungstechnologien wird eine deutlich stärkere COO-Reduktion für dünnere Schichten beobachtet, was vor allem auf deren deutlich höhere a-Si-Abscheidungsrate im Vergleich zu LPCVD zurückzuführen ist.“

Die Wissenschaftler verglichen außerdem die Stromgestehungskosten (LCOE) von 5-MW-Freiflächen-Photovoltaikanlagen auf Basis der bifazialen 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 gestiegenen Kapitalinvestitionen und Installationskosten am Zellfertigungsstandort zurückzuführen, einen erheblichen Anstieg der Kosten für Verbrauchsmaterialien für die Zellverarbeitung (aufgrund der zusätzlichen Verarbeitungsschritte, die im Vergleich zu einer PERC-Zelle erforderlich sind). , und der höhere Preis des n-Typ-Wafer-Substrats im Vergleich zum PERC-p-Typ-Substrat“, erklärten sie. „Auf der LCOE-Ebene haben alle TOPCon-Designs, die unter monofazialer Beleuchtung bewertet wurden, etwas niedrigere Werte als diejenigen, die mit bifazialem p-Typ erhalten wurden. PERC-Technologie, was uns die Hypothese erlaubt, dass der Wirkungsgrad der TOPCon-Zelle 0,5 % höher ist als der Wirkungsgrad der PERC-Zelle. – und erreichte somit 23,5 % bzw. 23,0 %.

Um PERC wirtschaftlich zu übertreffen, müsste das konservativere TOPCon-Modell laut den Forschern eine Effizienzsteigerung von mindestens 0,55 % erreichen. „Für das optimistischste TOPCon-Design würde eine Steigerung der Zelleffizienz um >0,40 % im Vergleich zu bifazialem p-PERC bereits eine kostengünstige Massenproduktion von TOPCon-Solarzellen ermöglichen“, schlussfolgerten sie.