Kwa Nini Uwekaji wa Metali Huweka Kikomo cha Ufanisi kwa Seli za Jua zenye Ufanisi wa Juu

Katika hadithi pana ya teknolojia ya photovoltaic, kila faida ndogo katika ufanisi wa ubadilishaji kwa kawaida hutokana na kusukuma mipaka ya kimwili ya hadubini kwa nguvu zaidi. Tangu tasnia iondoke kwenye enzi ya PERC ya fuwele moja na ianze kuelekea kwenye teknolojia za N-type kama TOPCon, HJT, na BC, kikomo cha ufanisi kimeendelea kupanda.

Kadiri seli za jua zinavyokaribia kikomo cha Shockley–Queisser, moja ya matatizo ya msingi lakini magumu katika fizikia ya semiconductor inakuwa muhimu zaidi: mgusano wa umeme kati ya chuma na semiconductor. Kiolwa hiki kimekuwa kizuizi kikuu cha kiufundi kinachoathiri mavuno ya uzalishaji wa wingi na ufanisi wa mwisho wa seli.

Kwa mtu asiye mtaalamu, seli ya jua inaweza kuonekana kama wafe nyembamba ya semiconductor inayozalisha tu umeme chini ya mwanga wa jua. Kwa mtazamo wa kiviwanda na kitaaluma, hata hivyo, ni kifaa cha ubadilishaji nishati cha quantum-mechanical cha usahihi wa juu. Lazima itenganishe jozi za elektroni-shimo zinazozalishwa na fotoni zilizofyonzwa na kuzielekeza kwenye mzunguko wa nje kwa hasara ndogo iwezekanavyo.

Wakati wa mchakato huu, elektrodi za chuma hufanya kama vituo vya ushuru ambapo wabeba chaji huondoka kwenye ulimwengu wa semiconductor wa hadubini. Ikiwa kizuizi kikubwa kipo kwenye kituo, wabeba chaji hujaa, kuungana tena, na kupoteza nishati. Katika kiwango cha kifaa, hii inaonekana kama ongezeko kubwa la upinzani wa mgusano, kushuka kwa kasi kwa kipengele cha kujaza, na hatimaye kupungua kwa nguvu ya pato la seli ya jua.

Uwezo wa kuunda mgusano wa ohmic wa upinzani mdogo kwenye uso ambao lazima pia udumishe muunganiko mdogo sana umekuwa mstari muhimu wa mgawanyiko kwa seli za kisasa za jua zenye ufanisi wa juu.

Mawasiliano ya Ohmic: Kujaza Pengo la Kimwili Kati ya Metali na Semikondakta

Ili kuelewa tatizo la uwekaji metali, kwanza tunahitaji kurudi kwenye nadharia ya bendi za semikondakta. Hii inajumuisha uwanja wa umeme uliojengwa ndani ya semikondakta na uhamisho wa chaji wa kiwango cha atomiki unaotokea wakati metali inakutana na semikondakta.

Msingi wa kimwili wa ubadilishaji wa photovoltaic ni makutano ya PN. Wakati semikondakta za aina P na N zenye viwango tofauti vya upachikaji zinapogusana, viwango vyao vya Fermi ni tofauti. Ili kufikia usawa wa thermodynamic, uhamisho wa chaji wa kiwango cha atomiki hutokea.

Kiwango cha Fermi cha semikondakta ya aina N ni cha juu kuliko cha semikondakta ya aina P. Kwa hiyo elektroni husogea kwa hiari kutoka eneo la aina N kuelekea eneo la aina P, wakati mashimo yanasogea upande mwingine. Wakati wabebaji hawa wanaposogea, ioni zilizochajiwa zisizohamishika zinaachwa karibu na kiolwa cha makutano ya PN. Hii inaunda eneo la chaji ya nafasi, pia huitwa eneo la kupungua, pamoja na uwanja wa umeme uliojengwa ndani.

Uwanja uliojengwa ndani hupinda bendi za nishati za semikondakta na kutoa nguvu ya kukokota iliyo kinyume na mwelekeo wa usambaaji wa wabebaji. Wakati usambaaji na kukokota vinafikia usawa wa nguvu, viwango vya Fermi pande zote mbili hupangiliwa na mkondo wa wavu unakuwa sifuri. Chini ya mwanga, jozi za elektroni-shimo zinazozalishwa na mwanga hutenganishwa na uwanja huu uliojengwa ndani, na kutoa voltage ya picha na mkondo wa pato.

Utaratibu huu maridadi wa kimwili hufanya kazi kwa ufanisi tu ikiwa wabebaji wanaweza kuondoka kwenye semikondakta na kuingia kwenye elektrodi za metali bila kukabili kikwazo kingine kikubwa.

Vizuizi vya Schottky: Ukuta Mrefu Katika Njia ya Mkondo

Wakati elektrodi ya metali inayokusanya mkondo inapogusana kimwili na semikondakta, tofauti katika kazi ya utendaji husababisha uhamisho wa chaji na kupinda kwa bendi kwenye kiolwa.

Fikiria metali inayogusana na semikondakta ya aina N. Ikiwa kazi ya utendaji ya metali ni kubwa kuliko kazi ya utendaji ya semikondakta, elektroni kwenye uso wa semikondakta husogea kuelekea metali. Safu ya kupungua yenye wabebaji wengi wachache huunda karibu na uso wa semikondakta. Bendi za nishati hupinda juu, na kuunda kizuizi cha nishati cha kiolwa kinachojulikana kama kizuizi cha Schottky.

Kizuizi cha Schottky kina athari ya kurekebisha iliyotamkwa, sawa na upitishaji wa njia moja wa diodi. Ili kukivuka, wabebaji katika semikondakta wanahitaji nishati ya kutosha ya joto kupita juu ya kizuizi kupitia utoaji wa thermionic.

Ikiwa mawasiliano ya kawaida ya Schottky yanaundwa kati ya elektrodi na substrate ya silicon ya seli ya jua inayofanya kazi, wabebaji waliotengenezwa kwa mwanga wanakabiliwa na upinzani mkubwa wanapoelekea kwenye chuma. Kizuizi hakiwezi tu kuzuia mtiririko wa sasa. Pia husababisha wabebaji kujikusanya na kuungana tena kwenye kiolesura, moja kwa moja kupunguza ufanisi wa ubadilishaji.

Mawasiliano ya ohmic ni kinyume. Ni mawasiliano ya umeme yasiyo ya kurekebisha kati ya chuma na semiconductor, yenye upinzani mdogo sana wa mawasiliano. Katika hali bora, sasa hupita kwenye kiolesura kwa mstari katika pande zote mbili, kwa kushuka kwa voltage na upotevu wa nishati mdogo.

Kwa nadharia, kuchagua chuma chenye kazi ya chini sana kwa semiconductor ya aina ya N, au kazi ya juu sana kwa semiconductor ya aina ya P, kunaweza kusaidia kuepuka kizuizi cha Schottky. Nyuso halisi za silicon ni ngumu zaidi. Vifungo vinavyoning'inia vinavyosababishwa na kukomesha kimiani na msongamano wa hali ya kiolesura unaweza kutoa uwekaji wa kiwango cha Fermi. Kubadilisha kazi ya chuma pekee mara chache inatosha kuunda mawasiliano kamili ya ohmic.

Suluhisho kuu la viwanda ni uwekaji wa dozi nzito pamoja na utobaji wa quantum. Safu yenye dozi nzito ya N++ au P++ huundwa kwa eneo ambapo semiconductor inawasiliana na chuma. Hii hupunguza kwa kasi eneo la uhaba kwenye uso. Mara kizuizi kinapokuwa nyembamba vya kutosha, wabebaji hawana haja tena ya kupita juu yake. Wanaweza kutoboa moja kwa moja kwa uwezekano mkubwa. Hii ni athari ya utobaji wa quantum.

Upinzani wa Mawasiliano Unapoongezeka, Kipengele cha Kujaza Kinashuka

Mara msingi wa kimwili wa mawasiliano ya ohmic ukiwa wazi, swali linalofuata ni kwa nini tasnia ya jua inajali sana kasoro ndogo za mawasiliano. Jibu linahusisha vigezo vitatu muhimu vya umeme: upinzani wa mawasiliano, upinzani wa mfululizo, na kipengele cha kujaza.

Seli ya jua si chanzo bora cha sasa. Ina taratibu kadhaa za upotevu wa upinzani zinazoweza kuepukika, zinazowakilishwa kwa pamoja na upinzani wa mfululizo. Upinzani wa mfululizo unajumuisha upinzani wa wingi wa wafa wa silicon, upinzani wa karatasi ya emitter, upinzani wa mawasiliano kwenye nyuso za chuma-semiconductor, upinzani wa ohmic wa vidole na baa, na upinzani wa kimwili wa ribbons na nyenzo nyingine za kuunganisha.

Kadiri ukuaji wa silicon ya monocrystalline ulivyokomaa, pastes za fedha za conductive zimeboreshwa, na nyavu za uchapishaji wa skrini zimekuwa nyembamba, upinzani wa wafa na upinzani wa gridi ya chuma tayari umepunguzwa hadi viwango vya chini. Katika seli za sasa za ufanisi wa juu za aina ya N, moja ya vikwazo vidogo vya microscopic ni upinzani wa mawasiliano kati ya elektrodi ya chuma na muundo wa mawasiliano unaotegemea silicon.

Ikiwa mawasiliano ya ohmic yanayotawaliwa na quantum-tunneling hayajaanzishwa, upinzani wa mawasiliano unaweza kupanda kwa kasi na kuwa chanzo kikuu cha upotevu wa upinzani wa mfululizo.

Kipengele cha kujaza ni mojawapo ya vigezo muhimu zaidi vinavyotumiwa kutathmini pato la seli ya jua na upotevu wa nishati ya ndani. Ni uwiano wa nguvu ya juu zaidi ya pato kwa bidhaa ya voltage ya mzunguko wazi na sasa ya mzunguko mfupi. Kwenye curve ya I-V, inaonyesha jinsi curve inavyoonekana kuwa ya mraba au kamili.

Wakati mawasiliano duni yanaposababisha mawasiliano ya ohmic kushindwa, ongezeko la upinzani wa mawasiliano linasukuma upinzani wa jumla wa mfululizo juu kwa kasi. Curve ya I-V kisha inainama na kuanguka karibu na sehemu ya nguvu ya juu. Seli bado inaweza kuonyesha voltage ya mzunguko wazi na sasa ya mzunguko mfupi kwa kiasi kawaida, lakini nguvu ya juu inayopatikana kwa mzunguko wa nje inaweza kupungua kwa kiasi kikubwa.

Msururu wa kiufundi ni wa moja kwa moja:

• Kiolesura duni cha chuma-semiconductor kinazuia mawasiliano sahihi ya ohmic.

• Mawasiliano yaliyoshindwa husababisha upinzani wa mawasiliano ya kati kuongezeka.

• Upinzani wa mawasiliano unasukuma upinzani wa jumla wa mfululizo wa seli juu.

• Upinzani wa juu wa mfululizo hupunguza kipengele cha kujaza.

• Kipengele cha chini cha kujaza huvuta ufanisi wa ubadilishaji chini ya kiwango cha kukubalika cha uzalishaji wa wingi.

Uzuiaji na Mawasiliano: Utata wa Asili wa Seli za Kisasa za Jua

Muundo wa kisasa wa seli yenye ufanisi wa juu unakabiliwa na utata wa kimwili kati ya uzuiaji na mawasiliano ya umeme. Ili kupata voltage ya juu ya mzunguko wazi, wahandisi wanahitaji filamu za dielectri zinazozuia uso wa silicon kwa ukamilifu iwezekanavyo.

Uzuiaji hufanya kazi kwa njia mbili. Uzuiaji wa kemikali hutumia vipengele kama hidrojeni kujaza vifungo vilivyoachwa wazi kwenye kasoro za kimiani katika silicon ya fuwele, kupunguza ujumuishaji unaosaidiwa na kasoro. Uzuiaji wa athari ya shamba huunda uwanja wenye nguvu wa umeme kwenye kiolesura. Mwendo wa kukataa wa kielektroniki huweka wabebaji wachache wa chaji sawa mbali na uso, kukata njia muhimu ya ujumuishaji wa uso.

Kwenye uso wa nyuma wa aina ya P wa seli ya PERC, kwa mfano, filamu ya oksidi ya alumini iliyo na wiani mkubwa wa chaji hasi inaweza kuunda mkunjo mkubwa wa bendi na kutoa uzuiaji wa kemikali na athari ya shamba. Hata hivyo, filamu hii ya dielectri ya kuhami yenye ufanisi mkubwa pia inakuwa kikwazo kwa uchimbaji wa sasa.

Ili kukusanya wachukuaji wa picha yanayotokana na mwanga, elektrodi za chuma bado zinahitaji njia ya umeme kwa substrate ya silicon. Usindikaji wa kawaida wa PERC hutumia leza kuchoma mashimo madogo kwenye safu ya nyuma ya ulinzi ili kuweka wambiso wa alumini au fedha uweze kuwasiliana na silicon. Hata hivyo, mawasiliano ya moja kwa moja ya chuma-silicon husababisha uunganishaji mkali wa kiolesura. Sehemu hizi za mawasiliano zinaweza kufanya kama vituo vya uunganishaji.

Katika enzi ya N-type, ambapo maendeleo ya seli yanakaribia kikomo cha ufanisi wa kinadharia cha 29.43% kinachotajwa kwa silicon ya fuwele, hasara za uunganishaji kutoka kwa mashimo ya mawasiliano ya ndani zinakuwa ngumu zaidi kukubalika. TOPCon, HJT, na BC lazima zitatue tatizo lile lile kuu: jinsi ya kufikia usafirishaji wa wachukuaji wa upinzani mdogo, eneo kubwa bila kuharibu ulinzi wa uso.

TOPCon: Oksidi ya Tunnel na Upasuaji wa Microscopic wa LECO

Mahitaji makubwa ya photovoltaic yameharakisha uingizwaji wa P-type PERC na teknolojia za N-type. Kulingana na takwimu za sekta zilizotajwa hapa, N-type TOPCon ilikuwa na takriban 23% tu ya soko la seli mwaka 2023. Sehemu yake iliongezeka hadi zaidi ya 60% mwaka 2024, wakati baadhi ya data ya ufunikaji wa vifaa kutoka kwa watengenezaji wakuu ilionyesha sehemu ya N-type ya hadi 71.1%.

TOPCon ina kiwango cha juu cha utangamano na mistari iliyopo ya uzalishaji wa PERC. Uboreshaji kwa ujumla unahitaji michakato minne ya ziada ya msingi. Uwekezaji wa vifaa uliotajwa ni karibu RMB milioni 50-70 kwa GW, ikilinganishwa na takriban RMB milioni 350-400 kwa GW kwa mstari mpya wa HJT. TOPCon pia inatoa faida za wazi za utendaji juu ya PERC. Kikomo chake cha ufanisi wa kinadharia kinaripotiwa kuwa takriban 28.7%, wakati ufanisi wa sasa wa uzalishaji wa wingi umezidi 26.5% na ufanisi wa maabara umezidi 27.5%.

Ufunguo wa utendaji wa TOPCon ni muundo wake wa nyuma wa mawasiliano ya ulinzi. Safu nyembamba sana ya oksidi ya silicon inakuzwa kwenye substrate ya silicon ya N-type, na unene unaodhibitiwa kwa ukali wa takriban nanometer 1-2. Kisha safu ya polysilicon ya asili ya takriban nanometer 60-100 inawekwa na kupakwa fosforasi nyingi kupitia mchakato wa joto la juu.

Kwa mtazamo wa fizikia ya bendi, safu nyembamba sana ya oksidi ya silicon hueneza kwa kemikali vifungo vilivyoning'inia kwenye uso wa wafa. Polysilicon iliyopakwa sana hutoa kupinda kwa nguvu kwa bendi karibu na kiolesura. Muundo huu unaunda kizuizi cha juu kwa wachukuaji wachache, ambao ni mashimo katika kesi hii, na kizuizi kidogo cha ufanisi kwa wachukuaji wengi, ambao ni elektroni. Kwa sababu oksidi ni nyembamba sana, elektroni zinaweza kupitia ndani yake kwa njia ya tunnel hadi kwenye safu ya polysilicon, wakati mashimo yanazuiwa. Matokeo yake ni usafirishaji wa kuchagua wachukuaji.

Majadiliano ya kitaalamu kuhusu usafirishaji kupitia oksidi yanajumuisha utobaji wa quantum moja kwa moja na mfano wa pinhole. Unene wa oksidi ya handaki unapozidi nanomita 2, uwezekano wa utobaji hupungua kwa kasi. Usafirishaji wa wabebaji unaweza kutegemea zaidi kasoro ndogo au pinhole zinazoundwa wakati wa uwekaji joto la juu. Pinhole chache sana zinaweza kuongeza upinzani wa mawasiliano. Nyingi sana zinaweza kuonyesha uharibifu mkubwa wa filamu na kudhoofisha upitishaji wa kemikali.

Hata kwa mawasiliano ya nyuma ya kupitisha na emitter ya kuchagua mbele, TOPCon inakabiliwa na utata mkubwa wakati wa uwekaji joto wa metallization. Kiini kinahitaji uwekaji joto wa juu ili kuweka fedha iweze kuunda mawasiliano ya upinzani mdogo na polysilicon. Ikiwa uwekaji joto ni mkali sana, fuwele za fedha zinaweza kupenya oksidi ya handaki ya nanomita 1-2 na kufikia substrate ya silicon ya fuwele. Muundo wa upitishaji unaweza kuvunjika, mkondo wa giza unaweza kuongezeka, na voltage ya mzunguko wazi inaweza kushuka kwa kasi. Ikiwa joto la uwekaji ni la chini sana, fedha inaweza kushindwa kuungana vizuri na polysilicon. Upinzani wa mawasiliano unakuwa mkubwa na kipengele cha kujaza kinaweza kuvunjika.

Uboreshaji wa Mawasiliano kwa Laser, au LECO, ulianzishwa kushughulikia dirisha hili la uwekaji joto. Mchakato kwanza hutumia fedha maalum iliyoundwa, isiyo na ulikaji. Uwekaji joto wa kawaida huruhusu elektrodi kupenya safu ya silicon nitridi bila kuharibu oksidi nyembamba ya handaki chini. Baada ya uwekaji joto, uso wa kiini unakabiliwa na laser ya nguvu ya juu ya wimbi lililochaguliwa wakati voltage ya upendeleo inatumiwa kwenye elektrodi.

Kupitia athari ya upitishaji wa picha, uwanja wa umeme wa ndani huzalisha mkondo mfupi wa nguvu ya juu kwenye kiolesura cha chuma-semiconductor. Pulse hii inafanya kama umeme mdogo. Inavunja vizuizi vya kiolesura vilivyobaki na kuunda kuyeyuka kwa umeme na maeneo ya upitishaji yaliyojikita sana. Njia nyingi ndogo za mkondo zinaundwa.

Baada ya matibabu ya LECO, upinzani wa mawasiliano wa macroscopic unaweza kushuka kwa mamlaka kadhaa na mawasiliano ya ohmic yenye ufanisi zaidi yanaanzishwa. Uvunjaji ni mfupi na wa ndani. Inaboresha usafirishaji wa mkondo huku ikihifadhi muundo mwingi wa upitishaji wa oksidi ya handaki.

HJT: Mawasiliano ya Upole Kati ya Fedha ya Joto la Chini na TCO

Ikiwa TOPCon inatembea kwenye kamba nyembamba kwenye joto la juu, teknolojia ya heterojunction inafanya kazi chini ya kikomo cha joto la chini. HJT ilipendekezwa kwa mara ya kwanza na Sanyo ya Japani mwishoni mwa miaka ya 1980. Inatumia filamu nyembamba za silikoni amofasi zenye hidrojeni kwenye nyuso zote mbili za wafa wa silikoni fuwele wa aina ya N kwa upitishaji wa pande mbili. Tabaka za silikoni amofasi zenye doped za aina ya P na N huwekwa ili kuunda heterojunctions. Kikomo cha ufanisi wa kinadharia kinakadiriwa kuwa karibu 28.5%, na kuifanya kuwa moja ya usanifu wa seli unaoongoza kwa muda mrefu.

Upitishaji mkubwa wa HJT unatokana na filamu za silikoni amofasi za ndani. Silikoni amofasi ina vifungo vingi vya Si-H vinavyohusiana na hidrojeni. Hidrojeni inaweza kujaza vifungo vinavyoning'inia kwenye uso wa silikoni fuwele na kutoa upitishaji wa kemikali wenye nguvu. Vifungo hivi pia ni dhaifu. Mara tu joto la usindikaji linapozidi takriban 200–250°C, hidrojeni inaweza kutoka kwenye filamu ya silikoni amofasi. Hii dehydrogenation inaharibu athari ya upitishaji wa kemikali.

Kizuizi cha joto kina athari kubwa kwenye uwekaji metali wa HJT. Pasta ya fedha ya joto la juu inayotumika kwa PERC na TOPCon, ambayo kwa kawaida inahitaji kuchomwa zaidi ya 800°C, haiwezi kutumika. HJT inahitaji mfumo maalum wa pasta ya fedha ya joto la chini.

Badala ya kutegemea mmenyuko wa glasi ya joto la juu, pasta ya joto la chini hutumia resin ya polima ya kikaboni kama kifungo cha chembe za fedha zinazopitisha umeme. Baada ya uchapishaji wa skrini, seli inaingia kwenye tanuri ya kuponya inayofanya kazi chini ya takriban 200°C na inabaki hapo kwa mzunguko mrefu wa kuponya kwa joto la chini.

Kutatua tatizo la joto kunaleta tatizo lingine: upitishaji wa umeme. Silikoni amofasi inatoa upitishaji bora, lakini upitishaji wake wa pembeni ni duni. Baada ya wabebaji kupitia heterojunction, hawawezi kusafiri kwa ufanisi kwa umbali mrefu kwenye uso wa silikoni amofasi kufikia vidole vya metali.

Filamu ya oksidi inayopitisha umeme na uwazi huwekwa juu ya silikoni amofasi iliyodoped, kwa kawaida kwa sputtering ya sumaku. ITO ni chaguo la kawaida. Filamu ya TCO inapitisha mwanga, inatoa upinzani wa chini wa mawasiliano, na inapitisha wabebaji kwa upande kuelekea mistari ya gridi.

Katika mkusanyiko wa HJT, mawasiliano ya mwisho ya metali huundwa kati ya pasta ya fedha iliyoponywa ya joto la chini na filamu ya TCO. Hii inaleta changamoto mbili za upinzani wa mfululizo.

Kwanza, uwekaji wa joto la chini unategemea kukunjwa kwa resin ya polima wakati wa kuponya. Kukunjwa kunasukuma chembe za fedha pamoja na dhidi ya uso wa TCO. Mwasiliano huu wa kimwili kati ya chembe na chembe una upinzani wa juu zaidi kuliko uhusiano wa metallurgiska unaozalishwa na upigaji moto wa joto la juu.

Pili, kazi ya kazi ya TCO lazima iendane na silikoni amofasi iliyowekwa chini na elektrodi ya chuma iliyo juu. Uoksidishaji kidogo au uwekaji wa kiwango cha Fermi unaweza kuunda kizuizi kidogo cha Schottky kwenye kiolesura cha TCO-fedha. Kizuizi hicho kinaongeza upinzani wa mfululizo na kupunguza kipengele cha kujaza.

Wauzaji wa paste wanajibu kwa kuboresha umbo la chembe za fedha, usambazaji wa ukubwa wa chembe, na mifumo ya resin ya kikaboni. Sekta ya HJT pia inachunguza uwekaji wa shaba bila fedha ili kuvuka vikwazo vya gharama na mwasiliano wa kimwili vya paste ya fedha ya joto la chini. Uwekaji wa umeme unaweza kukuza mistari mnene ya gridi ya shaba safi moja kwa moja kwenye TCO au kwenye safu maalum ya mbegu, na kuunda mwasiliano wa metallurgiska wa upinzani mdogo ambao uko karibu zaidi na hali bora.

BC: Ngoma ya Kipimo cha Mikroni ya Elektrodi za Nyuma

Ndani ya anuwai ya usanifu wa seli za jua, teknolojia ya mwasiliano wa nyuma inavutia sana lakini ni ngumu kutengeneza. BC sio nyenzo maalum ya substrate. Ni dhana ya usanifu, na seli ya mwasiliano wa nyuma iliyounganishwa, au IBC, kama umbo lake la msingi.

Iwe inatumia wafa wa aina ya P, muundo wa mwasiliano wa TOPCon, au muundo wa HJT, kanuni kuu ni sawa: emitter, uwanja wa uso wa nyuma, na mistari yote ya gridi ya chuma chanya na hasi huhamishwa hadi nyuma ya seli.

Kuondoa elektrodi zote kutoka kwenye uso ulioangaziwa kunaleta faida ya macho wazi: hakuna kivuli cha chuma upande wa mbele. Bila vidole au baa za basi kuzuia mwanga unaoingia, fotoni nyingi zinaweza kuingia kwenye seli. Ikilinganishwa na seli za kawaida za pande mbili, msongamano wa sasa wa mzunguko mfupi wa seli ya BC unaweza kuongezeka kwa takriban 7%.

Katika hatua ya utengenezaji wa moduli na uwekaji wa encapsulation, seli za BC zinaweza kuchukua nafasi ya njia ya jadi ya umbo la Z ya kuunganisha mbele-nyuma na uhusiano wa gorofa upande wa nyuma. Hii inapunguza mkazo wa kimakanika kati ya nyuso za mbele na nyuma na inaweza kuboresha upinzani dhidi ya nyufa ndogo. Kwa mfano, mkazo wa makali wa seli za LONGi HPBC umeripotiwa kuwa chini kwa 48% kuliko seli za kawaida zisizo za BC, kusaidia kuboresha uaminifu wa muda mrefu.

Faida ya macho ya upande wa mbele inapaswa kulipwa kwa kubuni ya umeme ya upande wa nyuma iliyo ngumu zaidi. Kwenye uso mdogo wa nyuma, maeneo ya emitter ya aina ya P na maeneo ya uwanja wa nyuma ya aina ya N yanapangwa kwa vidole vinavyobadilishana kwa karibu. Elektrodi tofauti lazima ziundwe kwa usahihi wa hali ya juu. Metali chanya lazima iwasiliane kwa ohmic na eneo lenye dopping nzito la aina ya P, wakati metali hasi lazima iwasiliane na eneo lenye dopping nzito la aina ya N.

Matatizo matatu ya uhandisi yanajitokeza.

Kwanza, kwa sababu uso wa mbele haukusanyi tena mkondo, wabebaji wote wa picha wanazalishwa lazima wasogee kupitia unene wa waa na kisha wasafiri kwa upande katika vipimo vitatu kuelekea mguso unaofaa wa nyuma. Ikiwa nafasi kati ya elektrodi chanya na hasi za nyuma ni pana sana, njia za usafirishaji wa wabebaji huwa ndefu. Uwezekano wa kuungana tena huongezeka na upinzani wa wingi wa upande huongezeka.

Pili, kufupisha umbali wa usafirishaji wa upande kunahitaji elektrodi chanya na hasi zilizowekwa kwa karibu sana. Ufunguzi wa laser pamoja na uchapishaji wa skrini, au mask ya kuhami na metallization ya picha, lazima iwe na usawa wa usahihi wa kiwango cha mikromita. Kufurika kidogo kwa wino au kupotoka kwa ufunguzi wa laser kwa mikromita chache tu kunaweza kuunganisha metali za upande wa P na upande wa N moja kwa moja, na kusababisha shunt kali.

Tatu, miguso yote chanya na hasi imejikita katika maeneo ya ndani kwenye uso wa nyuma. Jumla ya eneo la mawasiliano ya metali-semiconductor inayofaa inaweza kuwa ndogo kuliko ile ya seli ya kawaida inayotumia miguso pande zote mbili. Wakati mkondo unaozalishwa na picha unapoungana kwenye sehemu hizi za mguso za ndani, wiani wa mkondo unakuwa wa juu sana. Hata kasoro ndogo ya mguso inaweza kukuzwa kuwa hasara kubwa ya upinzani na joto.

Mwisho: Kutoka Kukamata Macho hadi Usimamizi wa Wabebaji

Mwelekeo wa tasnia kwenye mguso wa ohmic na upinzani wa mguso unaonyesha mabadiliko makubwa katika maendeleo ya photovoltaic. Kipaumbele kinahama kutoka kukamata fotoni kwa kiwango kikubwa hadi udhibiti sahihi wa mienendo ya wabebaji kwa kiwango kidogo.

Wakati wa muongo uliotawaliwa na PERC, juhudi nyingi za utafiti zililenga kuongeza uakisi wa macho wa nyuma na kuboresha upitishaji kwa kutumia nyenzo kama vile oksidi ya alumini. Katika enzi ya aina ya N, maendeleo katika sayansi ya nyenzo yamesukuma upitishaji wa kemikali wa uso karibu na kikomo chake cha vitendo. Kiungo dhaifu kimehamia. Uchimbaji wa wabebaji kwa kuchagua na usafirishaji wa kiolesura sasa una jukumu kubwa katika kuamua utendaji wa mwisho.

Kampuni na majukwaa ya teknolojia yanayotatua upinzani wa mawasiliano ya kati ya chuma kwa ufanisi zaidi yanaweza kujenga faida kubwa ya ufanisi na gharama kupitia upinzani wa mfululizo wa chini na kipengele cha kujaza cha juu.

Upanuzi wa haraka wa soko la TOPCon mwaka 2024 haukusukumwa tu na upatanifu na mistari iliyopo ya PERC. Watengenezaji wa vifaa na wasambazaji wa paste pia waliboresha michakato ya mawasiliano inayosaidiwa na leza kama LECO, kwa kutumia athari za ndani za umeme na joto kusawazisha upitishaji wa oksidi ya handaki dhidi ya uundaji wa mawasiliano ya aloi yenye upinzani mdogo.

Kuangalia mbele zaidi, gharama za juu za fedha na mapungufu ya upinzani wa kimwili wa paste ya fedha ya joto la chini yanaweka kupunguza matumizi ya fedha na uwekaji wa shaba katika mwelekeo. Ukuaji wa kielektrokemikali wa shaba mnene kwenye filamu inayopitisha umeme au safu ya mbegu unaweza kuunda mawasiliano ya ohmic karibu na metallurgiska huku pia ikipunguza upinzani wa umeme wa gridi yenyewe.

Vita vya Mwisho kwenye Kiolesura cha Kipimo cha Mikromita

Seli za jua ni nyeti sana kwa mawasiliano duni kwa sababu kiolesura cha elektrodi ni hatua ya mwisho na ngumu zaidi katika mzunguko wa ubadilishaji wa nishati ya photovoltaic.

TOPCon husawazisha hali ya kurusha dhidi ya uadilifu wa oksidi ya handaki yenye unene wa nanomita 1-2 tu, huku LECO ikifanya kama mchakato wa uboreshaji wa mawasiliano uliojanibishwa sana. HJT lazima iunde muunganisho wa kuaminika kati ya paste ya joto la chini inayopitisha umeme na oksidi inayopitisha umeme yenye uwazi huku ikibaki chini ya kikomo cha joto cha daraja la 200°C. Seli za BC huweka polariti zote mbili kwenye uso wa nyuma na zinahitaji muundo wa kipimo cha mikromita ambao hubaki umbali mdogo tu wa makosa ya upangaji kutoka kwa shunti.

Juhudi hizi za kiwango kikubwa za viwanda zinaelekeza kwenye lengo moja la semiconductor: kukandamiza kizuizi cha Schottky, kuanzisha mawasiliano ya ohmic yenye ufanisi, na kupunguza upinzani wa mawasiliano karibu na sifuri kadri inavyowezekana.

Kadri teknolojia ya seli za silicon za fuwele inavyoendelea kukaribia kikomo cha kinadharia cha 29.43%, sheria moja inabaki kuwa ngumu kupuuzwa: dhibiti kiolesura cha mawasiliano, na utadhibiti kikomo cha ufanisi.

Maoni ya Ooitech

Changamoto halisi ya uzalishaji sio tu kuchapisha mistari nyembamba ya gridi au kuongeza safu nyingine ya upitishaji. Uwekaji wa metali lazima uboreshwe kama sehemu ya mchakato kamili wa seli na moduli, kwa sababu mabadiliko madogo katika upinzani wa mawasiliano yanaweza kuathiri kipengele cha kujaza, tabia ya joto, uthabiti wa uuzaji, na nguvu ya mwisho ya moduli. Kadri miundo ya TOPCon, HJT, na BC inavyoendelea, udhibiti wa mchakato wa mawasiliano na ukaguzi wa kuaminika wa umeme utakuwa muhimu kama ufanisi wa seli unaotangazwa.