Kwa Nini Metallization Inaweka Kiwango cha Juu cha Ufanisi kwa Seli za Jua za Ufanisi wa Juu

Kwa Nini Metallization Inaweka Kiwango cha Juu cha Ufanisi kwa Seli za Jua za Ufanisi wa Juu

Katika hadithi pana ya teknolojia ya photovoltaic, kila faida ndogo katika ufanisi wa ubadilishaji kwa kawaida hutoka kwa kusukuma mipaka ya kimwili ya microscopic kidogo zaidi. Tangu tasnia ivuke enzi ya monocrystalline PERC na kuanza 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, mojawapo ya matatizo ya msingi lakini magumu katika fizikia ya semiconductor inazidi kuwa muhimu: 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 wavu mwembamba wa semiconductor ambao huzalisha umeme tu chini ya mwanga wa jua. Kwa mtazamo wa viwanda na kitaaluma, hata hivyo, ni kifaa cha ubadilishaji wa nishati cha quantum-mechanical cha usahihi wa hali ya juu. Lazima kitenganishe jozi za elektroni-shimo zinazozalishwa na fotoni zilizofyonzwa na kuzielekeza kwenye mzunguko wa nje kwa upotevu mdogo iwezekanavyo.

Wakati wa mchakato huu, elektroni za chuma hufanya kama vituo vya ushuru ambapo wabebaji wa chaji huondoka kwenye ulimwengu wa microscopic wa semiconductor. Ikiwa kizuizi kikubwa kipo kwenye kituo, wabebaji hujazana, hujumuika 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 upungufu wa chini wa recombination umekuwa mstari muhimu wa kugawanya kwa seli za kisasa za ufanisi wa juu.

Mgusano wa Ohmic: Kuunganisha Pengo la Kimwili Kati ya Chuma na Semiconductor

Ili kuelewa tatizo la metallization, kwanza tunahitaji kurudi kwenye nadharia ya bendi ya semiconductor. Hii inajumuisha uwanja wa umeme uliojengwa ndani ya semiconductor na uhamisho wa chaji wa microscopic unaotokea wakati chuma kinakutana na semiconductor.

Msingi wa kimwili wa ubadilishaji wa photovoltaic ni makutano ya PN. Wakati semikondukta za aina ya P na N zilizo na viwango tofauti vya doping zinapogusana, viwango vyao vya Fermi vinatofautiana. Ili kufikia usawa wa thermodynamic, uhamisho wa malipo ya microscopic hufanyika.

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

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

Mchakato huu wa kimwili wa maridadi hufanya kazi kwa ufanisi tu ikiwa wabebaji wanaweza kuondoka kwenye semikondukta na kuingia kwenye elektrodi za chuma bila kukabili kizuizi kingine kikubwa.

Vizuizi vya Schottky: Ukuta wa Juu katika Njia ya Mkondo

Wakati elektrodi ya chuma ya kukusanya mkondo inapogusana kimwili na semikondukta, tofauti katika kazi ya kazi husababisha uhamisho wa malipo na kupinda kwa bendi kwenye uso wa makutano.

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

Kizuizi cha Schottky kina athari ya kurekebisha iliyotamkwa, sawa na upitishaji wa mwelekeo mmoja wa diode. Ili kukivuka, wabebaji katika semikondukta wanahitaji nishati ya kutosha ya joto kupita juu ya kizuizi kupitia utoaji wa thermionic.

Ikiwa mawasiliano ya kawaida ya Schottky yanaunda kati ya elektrodi na substrate ya silicon ya seli ya jua inayofanya kazi, wabebaji wanaozalishwa na mwanga wanakabili upinzani mkubwa wanaposogea kuelekea chuma. Kizuizi sio tu kinazuia mtiririko wa mkondo. Pia husababisha wabebaji kujilimbikiza na kuungana tena kwenye uso wa makutano, ikipunguza moja kwa moja ufanisi wa ubadilishaji.

Mawasiliano ya ohmic ni kinyume chake. Ni mawasiliano ya umeme yasiyo ya kurekebisha kati ya chuma na semiconductor, yenye upinzani wa chini sana wa mawasiliano. Katika hali bora, mkondo hupita kwenye kiolwa kwa mstari katika pande zote mbili, na kushuka kwa voltage na upotezaji wa nishati kidogo.

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 kukomeshwa kwa kimiani na msongamano mkubwa wa hali ya kiolwa vinaweza kusababisha kufungwa kwa kiwango cha Fermi. Kubadilisha kazi ya chuma pekee kwa hiyo mara chache haitoshi kuunda mawasiliano kamili ya ohmic.

Suluhisho kuu la viwanda ni doping nzito pamoja na tunneling ya quantum. Safu ya N++ au P++ yenye doping nzito huundwa kwenye eneo ambalo semiconductor inagusa chuma. Hii hupunguza kwa kasi eneo la kupungua kwenye uso. Mara kizuizi kinapokuwa nyembamba vya kutosha, wabebaji hawana haja ya kuipita. Wanaweza kupitia moja kwa moja kwa uwezekano mkubwa. Hii ni athari ya tunneling ya quantum.

Wakati Upinzani wa Mawasiliano Unapoongezeka, Kipengele cha Kujaza Hupungua

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

Seli ya jua sio chanzo bora cha mkondo. Ina mifumo kadhaa isiyoweza kuepukika ya upotezaji wa upinzani, inayowakilishwa 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 viungo vya chuma-semiconductor, upinzani wa ohmic wa vidole na busbars, na upinzani wa kimwili wa ribbons na vifaa vingine vya kuunganisha.

Kadiri ukuaji wa silicon ya monocrystalline unavyokomaa, 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 vikali vya microscopic ni upinzani wa mawasiliano kati ya electrode ya chuma na muundo wa mawasiliano wa silicon.

Ikiwa mawasiliano ya ohmic yanayotawaliwa na tunneling ya quantum hayajawekwa, upinzani wa mawasiliano unaweza kuongezeka kwa kasi na kuwa chanzo kikuu cha upotezaji wa upinzani wa mfululizo.

Kipengele cha kujaza ni mojawapo ya vigezo muhimu zaidi vinavyotumika 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 mkondo wa 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 husukuma upinzani wa jumla wa mfululizo juu kwa kasi. Curve ya I-V kisha huegemea na kuporomoka karibu na kiwango cha juu cha nguvu. Seli inaweza bado kuonyesha voltage ya mzunguko wazi na mkondo wa mzunguko mfupi wa 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 huzuia mawasiliano sahihi ya ohmic.

• Mawasiliano yaliyoshindwa husababisha upinzani wa mawasiliano ya kiolesura kuongezeka.

• Upinzani wa mawasiliano husukuma 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.

Upitishaji na Mawasiliano: Mgongano wa Asili wa Seli za Kisasa za Jua

Muundo wa kisasa wa seli zenye ufanisi wa juu unakabiliwa na mgongano wa kimwili kati ya upitishaji na mawasiliano ya umeme. Ili kupata voltage ya juu ya mzunguko wazi, wahandisi wanahitaji filamu za dielectric zinazopitisha uso wa silicon kwa ukamilifu iwezekanavyo.

Upitishaji hufanya kazi kwa njia mbili. Upitishaji wa kemikali hutumia vipengele kama hidrojeni kujaza vifungo vilivyotundikwa kwenye kasoro za kimiani katika silicon ya fuwele, kupunguza upitishaji unaosaidiwa na kasoro. Upitishaji wa athari ya uwanja huunda uwanja wenye nguvu wa umeme kwenye kiolesura. Kukataliwa kwa kielektroniki huweka wabebaji wachache wa chaji sawa mbali na uso, kukata njia muhimu ya upitishaji wa uso.

Kwenye uso wa nyuma wa aina ya P wa seli ya PERC, kwa mfano, filamu ya oksidi ya alumini iliyo na msongamano mkubwa wa chaji hasi inaweza kuunda kupinda kwa bendi kali na kutoa upitishaji wa kemikali na wa athari ya uwanja. Hata hivyo, filamu hii ya dielectric ya kuhami yenye ufanisi mkubwa pia inakuwa kikwazo kwa uchimbaji wa mkondo.

Ili kukusanya wabebaji wa picha, elektroni za chuma bado zinahitaji njia ya umeme kwa substrate ya silicon. Usindikaji wa kawaida wa PERC hutumia leza kuchoma mashimo madogo kwenye safu ya upitishaji ya nyuma ili alumini au fedha ya kuweka iweze kuwasiliana na silicon. Mawasiliano ya moja kwa moja ya chuma-silicon, hata hivyo, huunda upitishaji mkubwa wa kiolesura. Pointi hizi za mawasiliano zinaweza kufanya kama mashimo ya upitishaji.

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 kuunganishwa tena kutoka kwa fursa za mawasiliano za ndani zinakuwa ngumu zaidi kukubalika. Kwa hiyo, teknolojia za TOPCon, HJT, na BC lazima zitatue tatizo moja kuu: jinsi ya kufikia usafirishaji wa wabebaji wa upinzani mdogo, wa eneo kubwa bila kuharibu upitishaji wa uso.

TOPCon: Oksidi ya Handaki na Upasuaji wa Hadubini wa LECO

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

TOPCon ina kiwango cha juu cha upatanifu 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 kwa kawaida umevuka 26.5% na ufanisi wa maabara umezidi 27.5%.

Ufunguo wa utendaji wa TOPCon ni muundo wake wa mawasiliano ya upitishaji wa nyuma. Safu nyembamba sana ya oksidi ya silicon hukuzwa kwenye substrate ya silicon ya N-type, na unene wake unadhibitiwa kwa karibu nanomita 1–2. Safu ya polysilicon ya asili ya takriban nanomita 60–100 kisha huwekwa na kupakwa fosforasi kwa kiwango kikubwa kupitia mchakato wa joto la juu.

Kutoka kwa mtazamo wa fizikia ya bendi, safu nyembamba sana ya oksidi ya silicon hujaza kikamilifu vifungo vya kuning'inia kwenye uso wa wafa. Polysilicon iliyopakwa kwa kiwango kikubwa huzalisha kupinda kwa nguvu kwa bendi karibu na kiolesura. Muundo huu unaunda kizuizi kikubwa kwa wabebaji wachache, ambao ni mashimo katika kesi hii, na kizuizi kidogo zaidi cha ufanisi kwa wabebaji wengi, ambao ni elektroni. Kwa sababu oksidi ni nyembamba sana, elektroni zinaweza kupenya ndani ya safu ya polysilicon, wakati mashimo yanazuiwa. Matokeo yake ni usafirishaji wa kuchagua wabebaji.

Majadiliano ya kitaaluma kuhusu usafirishaji kupitia oksidi yanajumuisha kupenya kwa quantum moja kwa moja na mfano wa pinhole. Wakati unene wa oksidi ya handaki unazidi takriban nanomita 2, uwezekano wa kupenya hupungua kwa kasi. Usafirishaji wa wabebaji unaweza kisha kutegemea zaidi kasoro za hadubini au pinholes zilizoundwa wakati wa kupasha joto kwa joto la juu. Pinholes chache sana zinaweza kuongeza upinzani wa mawasiliano. Nyingi sana zinaweza kuonyesha uharibifu mkubwa wa filamu na kudhoofisha upitishaji wa kemikali.

Hata kwa mguso wa nyuma wa passivating na emitter ya kuchagua mbele, TOPCon inakabiliwa na utata mkubwa wakati wa kurusha metallization. Kiini kinahitaji kurusha kwa joto la juu ili paste ya fedha iweze kuunda mguso wa upinzani mdogo na polysilicon. Ikiwa kurusha ni kali sana, fuwele ndogo za fedha zinaweza kupenya oksidi ya handaki ya nanometer 1-2 na kufikia substrate ya silicon ya fuwele. Muundo wa passivation unaweza kisha kuanguka, mkondo wa giza unaweza kuongezeka, na voltage ya mzunguko wazi inaweza kushuka kwa kasi. Ikiwa joto la kurusha ni la chini sana, paste ya fedha inaweza kushindwa kuungana vizuri na polysilicon. Upinzani wa mguso basi unakuwa mkubwa kupita kiasi na kipengele cha kujaza kinaweza kuanguka.

Uboreshaji wa Mguso Ulioimarishwa kwa Laser, au LECO, ulianzishwa kushughulikia dirisha hili la kurusha. Mchakato kwanza hutumia paste ya fedha iliyoundwa maalum, isiyo na ulikaji kidogo. Kurusha kawaida huruhusu electrode kupenya safu ya silicon nitride bila kuharibu vibaya oksidi nyembamba ya handaki iliyo chini. Baada ya kurusha, uso wa kiini huwekwa wazi kwa laser ya nguvu ya juu ya wavelength iliyochaguliwa wakati voltage ya bias inatumika kwenye electrodes.

Kupitia athari ya photoconductive, uwanja wa umeme wa ndani huzalisha mkondo mfupi wa microscopic wa nguvu ya juu kwenye kiolesura cha chuma-semiconductor. Pulse hii inafanana kwa kiasi fulani na umeme wa microscopic. Inavunja ndani vikwazo vya mabaki vya kiolesura na kuunda kuyeyuka kwa electrothermal na maeneo ya conductive ya ndani sana. Njia nyingi ndogo za mkondo huundwa.

Baada ya matibabu ya LECO, upinzani wa mguso wa macroscopic unaweza kupungua kwa mamlaka ya ukubwa na mguso bora wa ohmic unaanzishwa. Kuvunjika ni kwa muda mfupi na kwa ndani. Inaboresha usafirishaji wa mkondo huku ikihifadhi muundo mwingi wa passivation ya oksidi ya handaki.

HJT: Mguso wa Upole Kati ya Paste 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 kali cha joto la chini. HJT ilipendekezwa kwanza na Sanyo ya Japani mwishoni mwa miaka ya 1980. Inatumia filamu nyembamba za amorphous silicon za hidrojeni zisizo na doping kwenye nyuso zote mbili za wafer ya silicon ya fuwele ya N-type kwa passivation ya pande mbili. Safu za amorphous silicon za P-type na N-type zilizowekwa doping kisha huwekwa kuunda heterojunctions. Kikomo chake cha ufanisi wa kinadharia kinakadiriwa kwa ujumla kuwa karibu 28.5%, na kuifanya kuwa moja ya usanifu wa kiini cha muda mrefu unaoongoza.

Upitishaji imara wa HJT unatokana na filamu za amofasi za silikoni za ndani. Silikoni ya amofasi ina vifungo vingi vya Si-H vinavyohusiana na hidrojeni. Hidrojeni inaweza kujaza vifungo vilivyo wazi kwenye uso wa silikoni ya fuwele na kutoa upitishaji wa kemikali wenye nguvu. Vifungo hivi pia ni dhaifu. Mara tu halijoto ya usindikaji inapozidi takriban 200–250°C, hidrojeni inaweza kutoka kwenye filamu ya silikoni ya amofasi. Upungufu huu wa hidrojeni unaharibu athari ya upitishaji wa kemikali.

Kizuizi cha halijoto kina athari kubwa kwenye uwekaji wa metali wa HJT. Pasta ya kawaida ya fedha ya halijoto ya 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 halijoto ya chini.

Badala ya kutegemea mmenyuko wa kioo cha halijoto ya juu, pasta ya halijoto ya chini hutumia resin ya polima ya kikaboni kama kifungo cha chembe za fedha zinazopitisha umeme. Baada ya uchapishaji wa skrini, seli inaingia kwenye tanuru ya kuponya inayofanya kazi chini ya takriban 200°C na inakaa huko kwa muda mrefu wa mzunguko wa kuponya kwa halijoto ya chini.

Kutatua tatizo la halijoto kunaleta tatizo jingine: upitishaji wa umeme. Silikoni ya amofasi inatoa upitishaji bora, lakini upitishaji wake wa pembeni ni dhaifu. Baada ya wabebaji kupita kwenye makutano ya hetero, hawawezi kusafiri kwa ufanisi kwa umbali mrefu kwenye uso wa silikoni ya amofasi kufikia vidole vya metali.

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

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

Kwanza, pasta ya halijoto ya chini inategemea kupungua kwa resin ya polima wakati wa kuponya. Kupungua kunakandamiza chembe za fedha pamoja na dhidi ya uso wa TCO. Mawasiliano hii ya kimwili ya chembe-kwa-chembe ina upinzani mkubwa zaidi kuliko kifungo cha metallurgiska kinachozalishwa na kuchoma kwa halijoto ya juu.

Pili, kazi ya kazi ya TCO lazima iendane na silikoni ya amofasi iliyopakwa dopu chini yake na elektrodi ya metali juu yake. Uoksidishaji kidogo au kufungwa kwa kiwango cha Fermi kunaweza kuunda kizuizi kidogo cha Schottky kwenye mawasiliano ya 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 upako wa shaba usio na fedha ili kuvuka gharama na mapungufu ya mawasiliano ya kimwili ya paste ya fedha ya joto la chini. Upako unaweza kukuza mistari minene ya gridi ya shaba safi moja kwa moja kwenye TCO au kwenye safu maalum ya mbegu, na kuunda mawasiliano ya metallurgiska yenye upinzani mdogo ambayo iko karibu zaidi na hali bora.

BC: Ngoma ya Kipimo cha Mikromita ya Elektrodi za Nyuma

Ndani ya anuwai ya usanifu wa seli za jua, teknolojia ya mawasiliano ya nyuma inavutia sana lakini ni ngumu kutengeneza. BC sio nyenzo moja maalum ya substrate. Ni dhana ya usanifu, na seli ya mawasiliano ya nyuma iliyounganishwa, au IBC, kama muundo wake wa msingi.

Iwe inatumia wafer ya P-type, muundo wa mawasiliano wa TOPCon, au muundo wa HJT, kanuni kuu ni sawa: emitter, uwanja wa nyuma wa uso, 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 wazi ya macho: hakuna kivuli cha chuma cha mbele. Bila vidole au busbars kuzuia mwanga unaoingia, fotoni zaidi zinaweza kuingia kwenye seli. Ikilinganishwa na seli za kawaida za bifacial, msongamano wa sasa wa mzunguko mfupi wa seli ya BC unaweza kuongezeka kwa takriban 7%.

Katika hatua ya utengenezaji wa moduli na kufungwa, seli za BC zinaweza kuchukua nafasi ya njia ya jadi ya umbo la Z ya kuunganisha mbele-nyuma na uhusiano wa gorofa wa upande wa nyuma. Hii inapunguza mkazo wa mitambo 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 48% chini kuliko seli za kawaida zisizo za BC, kusaidia kuboresha kuegemea kwa muda mrefu.

Faida ya macho ya upande wa mbele inapaswa kulipwa kwa kubuni ngumu zaidi ya umeme ya upande wa nyuma. Kwenye uso mdogo wa nyuma, maeneo ya emitter ya P-type na maeneo ya uwanja wa nyuma wa N-type yamepangwa kwa vidole vinavyobadilishana kwa karibu. Elektrodi tofauti lazima ziundwe kwa usahihi wa juu. Chuma chanya lazima kiunde mawasiliano ya ohmic na eneo la P-type lenye doping nzito, wakati chuma hasi lazima kiguse eneo la N-type lenye doping nzito.

Matatizo matatu ya uhandisi yanajitokeza.

Kwanza, kwa sababu uso wa mbele haukusanyi tena mkondo, wabebaji wote wa picha wanaozalishwa lazima wapitie unene wa wafa na kisha wasafiri kando katika vipimo vitatu kuelekea kwenye kontakti ya nyuma inayofaa. Ikiwa nafasi kati ya elektrodi chanya na hasi za nyuma ni pana sana, njia za usafirishaji wa wabebaji zinakuwa ndefu. Uwezekano wa kuungana tena unaongezeka na upinzani wa wingi wa kando unaongezeka.

Pili, kufupisha umbali wa usafirishaji wa kando kunahitaji elektrodi chanya na hasi zilizowekwa karibu sana. Ufunguzi wa leza pamoja na uchapishaji wa skrini, au mask ya kuhami na metallization ya photolithographic, lazima zilinganishwe kwa usahihi wa kiwango cha micrometer. Kufurika kidogo kwa paste au kupotoka kwa ufunguzi wa leza kwa micrometer chache tu kunaweza kuunganisha metali za upande wa P na N moja kwa moja, na kusababisha shunting kali.

Tatu, kontakti zote chanya na hasi zimejikita katika maeneo ya ndani kwenye uso wa nyuma. Jumla ya eneo la mawasiliano ya metali-semiconductor linalofaa linaweza kuwa ndogo kuliko la seli ya kawaida inayotumia kontakti pande zote mbili. Wakati mkondo wa picha unaozalishwa unapokutana kwenye pointi hizi za mawasiliano za ndani, msongamano wa mkondo unakuwa wa juu sana. Hata kasoro ndogo ya mawasiliano inaweza kukuzwa kuwa hasara kubwa ya upinzani na joto.

Mwisho: Kutoka Kukamata Macho hadi Usimamizi wa Wabebaji

Mwelekeo wa tasnia kwenye mawasiliano ya ohmic na upinzani wa mawasiliano unaonyesha mabadiliko ya kina katika maendeleo ya photovoltaic. Kipaumbele kinahama kutoka kukamata fotoni za macroscopic hadi udhibiti sahihi wa mienendo ya wabebaji wa microscopic.

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

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

Upanuzi wa haraka wa soko wa TOPCon mwaka 2024 haukusababishwa tu na upatanifu na mistari iliyopo ya PERC. Watengenezaji wa vifaa na wasambazaji wa paste pia waliboresha michakato ya mawasiliano ya msaada wa leza kama vile LECO, kwa kutumia athari za umeme na joto za ndani kusawazisha upitishaji wa tunnel-oxide dhidi ya uundaji wa mawasiliano ya aloi ya upinzani wa chini.

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

Vita vya Mwisho kwenye Kiunganishi cha Kipimo cha Micrometer

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

TOPCon inasawazisha hali za kuchoma dhidi ya uadilifu wa oksidi ya handaki yenye unene wa nanometer 1-2 tu, huku LECO ikifanya kazi kama mchakato wa kuboresha mawasiliano uliojikita sana. HJT lazima iunde muunganisho wa kuaminika kati ya fedha inayopitisha umeme ya joto la chini na oksidi inayopitisha umeme ya uwazi huku ikibaki chini ya kikomo kali cha joto cha daraja la 200°C. Seli za BC zinaweka polariti zote mbili kwenye uso wa nyuma na zinahitaji upangaji wa kipimo cha micrometer ambao unabaki umbali mdogo tu wa makosa ya upangaji kutoka kwa shunting.

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

Kadiri teknolojia ya seli za silicon ya fuwele inavyoendelea kukaribia kikomo cha kinadharia cha 29.43%, sheria moja inabaki kuwa ngumu kupuuza: udhibiti kiunganishi 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 passivation. Metallization inapaswa kuboreshwa 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 soldering, na nguvu ya mwisho ya moduli. Kadiri miundo ya TOPCon, HJT, na BC inavyoendelea, udhibiti wa mchakato wa mawasiliano na ukaguzi wa umeme wa kuaminika utakuwa muhimu kama ufanisi wa seli unaotangazwa.