Извор: вонарденне.биз
Првобитно објављено у Пхотоволтаицс Интернатионал, издање 44, мај 2020
Александрос Круз1, Дарја Ерфурт1, Рене Кохлер2, Мартин Димер2, Ериц Сцхнеидерлоцхнер2[ГГ] појачало; Бернд Станновски1
Апстрактан
Технологија соларних ћелија силицијумске хетеројукције (СХЈ) атрактивна је технологија за велику производњу соларних ћелија са високом ефикасношћу конверзије преко 24%. Један од кључних елемената СХЈ соларних ћелија, за разлику од данашње [ГГ] # 39; широко распрострањене технологије ћелијског емитора и задњег контакта (ПЕРЦ), је употреба прозирног проводљивог оксида (ТЦО), који представља изазове у перформансама и трошковима, представља могућности. Овај рад расправља о овим аспектима и показује потенцијал за побољшање ћелијске ефикасности по смањеним трошковима коришћењем нових ТЦО-а депонованих распршивањем једносмерне струје (ДЦ). У случају СХЈ ћелија са задњим спојем, могуће је смањити или чак избећи употребу индијума у таквим ТЦО, с тим што је цинков оксид допиран алуминијумом (АЗО) једна од могућих замена за ТЦО на бази индијум оксида. Резимирана је доступност ТЦО високих перформанси за масовну масовну производњу, која ће подстаћи продор на тржиште СХЈ ћелија.
Пример опреме за масовну производњу ТЦО: ВОН АРДЕННЕ-ов КСЕА|нова Л
Увод
Силицијумске соларне ћелије засноване на технологији пасивног емитора и задњег контакта (ПЕРЦ) достигле су ниво од неколико гигавата у масовној производњи, са ефикасношћу конверзије (ЦЕ) од 22% и сада се приближавају 23%. За још више ЦЕ, пасивизирани контакти се сматрају следећом генерацијом ћелијске технологије. Овде је технологија силицијумске хетеројукције (СХЈ) перспективан кандидат и јури према стартној капији, са ЦЕ од 23–24% који је већ демонстриран на облатнама пуне величине, не само на пилот линијама већ и у великој производњи [ 1]. Иако је Панасониц (раније Санио) био пионир ове технологије, различити играчи широм света су у међувремену изградили сопствене производне линије, попут ЕНЕЛ Греен Енерги и Хевел Солар у Европи, и РЕЦ, Јинерги, ГС-Солар и разни други у Азији. О главним благодатима СХЈ технологије говорили су у недавном чланку Баллиф и сарадници. [2]. Поред високог ЦЕ, кључна предност СХЈ је и витка секвенца производње, са само четири главна корака потребна за симетричну обраду обе стране:
1. Влажно чишћење и текстура облатни.
2. а-Си: Х таложење хемијским таложењем појачаним у плазми (ПЕЦВД).
3. Наношење слојева прозирног проводљивог оксида (ТЦО) физичким наношењем испарења (ПВД, обично прскањем).
4. Ситотисак сребрних решетки.
Због процеса на ниским температурама ([ГГ] лт; 200 ° Ц) и симетричног слагања уређаја могу се избећи савијање и пуцање плочица изазвано стресом, што значи да се могу користити танке плочице, чиме се штеде трошкови материјала и енергије. СХЈ стог се природно јавља у двофазном дизајну ћелија; штавише, СХЈ ћелије имају најнижи температурни коефицијент на терену, обично –0,28% / ° Ц. Комбинација двофазности и коефицијента ниске температуре повећава принос енергије ПВ система.
С друге стране, неки од фактора који ограничавају брзи пораст прихватања СХЈ технологије су релативно високи трошкови опреме, углавном за ПЕЦВД (али и за ПВД), и прилагођени контакт ћелија за производњу модула (нема стандардне високе температуре лемљење). Потребно је више Аг пасте него за стандардне Си ћелије, због очвршћавања на ниским температурама, што даје нижу проводљивост прстију; ово, међутим, зависи од приступа међусобног повезивања, посебно да ли се сабирнице користе или не. Коначно, и о којима ћемо детаљније расправљати у овом раду, потребни су циљеви за прскање слојева ТЦО са обе стране, што је скупо за материјале који се обично користе.
Индијум оксид (Ин2O3) допингован лимом (Сн), који се назива ИТО, тренутно је најчешће коришћени ТЦО [3–5]. Овај прозирни проводни оксид добро је познат из масовне производње равних дисплеја (ФПД) и показује погодна опто-електронска својства, попут мале отпорности танких слојева и довољне прозирности у видљивом опсегу. Важно разматрање за производњу ФПД-а, ИТО се може обрадити фотолитографијом, јер је јетљив (у таложеном стању) и дугорочно је стабилан након кристализације у чврстој фази након термичког жарења на 150–200 ° Ц. Генерално, ИТО се таложи магнетским распршивањем једносмерне струје (ДЦ) на велике површине. Иако једносмерно прскање у почетку узрокује одређену штету на пасивацији силицијумске површине, оно се потпуно жари на температурама од око 200 ° Ц, које се постижу или током прскања или касније током очвршћавања Аг пасте после сито штампе.
За разлику од ФПД-ова, ТЦО мора да испуни додатне захтеве када се примењује на предњу страну СХЈ ћелија, наиме изврсну прозирност у ширем опсегу таласних дужина 300–1,100 нм. Слика 1 приказује спектре апсорпције различитих слојева ТЦО, показујући разлике у паразитској апсорпцији у режимима кратких и дугих таласних дужина. Поред ове ниске апсорпције, за ТЦО слојеве са обе стране обавезни су мали отпори на додир са слојевима силицијума допираним н и п, као и металном решетком. И на крају, али не најмање важно, ограничења трошкова соларних ћелија су изузетно строга и, за предвиђање ПВ на скали од теравата, неопходно је смањити (или још боље, избегавати) употребу критичних или оскудних материјала, као што је индијум ( Ин). Међутим, потоњи аспект је још увек тешко адресирати, јер већина ТЦО-а квалитета уређаја садржи индијум. Једна од могућности је смањење дебљине таквих ТЦО, што захтева наношење другог слоја како би се одржале идеалне оптичке (антирефлексне) перформансе. То заузврат повећава број корака процеса, а тиме и сложеност процеса и трошкове.
Овај рад се бави оптимизацијом ТЦО за уградњу у СХЈ соларне ћелије. Представљен је показатељ за процену и поређење различитих ТЦО с обзиром на њихову погодност за примену у СХЈ ћелијама. Да би се смањио оптички губитак у предњем ТЦО, употреба материјала са великом прозирношћу је обавезна. Висока покретљивост носача наелектрисања, обично [ГГ] гт; 100 цм2/ Вс, омогућава смањење густине носача (при константном отпору), смањујући тако оптички губитак услед апсорпције слободног носача (ФЦА).
У прошлости су испитивани различити ТЦО материјали „високе покретљивости“ на бази индијум-оксида са различитим дозама [6–13]. Сви ови показују изврсна својства као ТЦО слојеви на стаклу, а већина њих такође има висок ЦЕ. Циљна производња је, међутим, тешка и трошкови су високи за многе од ових материјала.
Сада су доступни нови ТЦО-и који се могу обрадити у великој производњи из ротираних циљева, што даје високу покретљивост и производи СХЈ ћелије са високим ЦЕ. О околностима под којима се АЗО као безиндијумска и јефтина алтернатива може применити у високоефикасним СХЈ ћелијама биће речи касније. Такође ће бити представљено поређење трошкова циљева заснованих на Ин и ЗнО.
Слика 1. Оптички спектри апсорпције за различите врсте ТЦО слоја дебљине
ТЦО за соларне ћелије СХЈ
У прошлости је испитивано неколико ТЦО материјала за употребу у СХЈ соларним ћелијама. Важни захтеви за ову примену су висока проводљивост и велика прозирност, са температурама обраде испод 200 ° Ц (због осетљивости танкослојних слојева пасивизације силицијума), као и добро формирање контакта са суседним слојевима [14].
Међу неким од релевантних ТЦО, поликристални Ин-донирани Сн2O3(ИТО) гајене на температурама испод 200 ° Ц, које достижу покретљивост електрона (μе) око 40 цм2/ Вс [3-5], пронашао је широку примену у СХЈ соларним ћелијама. ТЦО базирани на другим лековима, као што су титан (Ти) [15,16], цирконијум (Зр) [6,12,13], молибден (Мо) [15,17–19] и волфрам (В) [ 10,11], приноси μе вредности веће од 80 цм2/ Вс при густини носача наелектрисања (не) у распону од 1 × 1020 до 3 × 1020 цм-3.
Ови слојеви се могу таложити магнетронским распршивањем, импулсним ласерским таложењем (ПЛД) и јонским платирањем са једносмерним лучним пражњењем или реактивним таложењем у плазми (РПД). Међу њима, прскање је најстабилнија метода за масовну производњу. Још већа покретљивост од μе [ГГ] гт; 100 цм2/ Вс се могу постићи за кристализовани (СПЦ) водоник (Х) допиран у чврстој фази2O3(ИОХ) [6–9] и церијум (Це) ИЦеО: Х [7] филмови са 1 × 1020 [ГГ] лт; не [ГГ] лт; 3 × 1020 цм-3. Ови филмови се таложе на ниским температурама у аморфној матрици и потом жаре на температурама изнад 150 ° Ц, што резултира високим μе вредностима због формирања великих зрна.
Горе представљени ТЦО су атрактивни због својих изванредних опто-електричних перформанси, али до данас су углавном ИТО и ИВО: Х пронашли свој пут у индустријској производњи. Недостатак индијума је, међутим, мотивација за примену алтернативних ТЦО. АЗО нуди предност у обиљу композитних материјала. АЗО слојеви дебљине неколико стотина нанометара, распршени на повишеним температурама [ГГ] гт; 250 ° Ц, дају добра опто-електронска својства [20], а такође и стабилност [21].
Танки слојеви дебљине мање од 100 нм нанесени на температурама испод 200 ° Ц, како је потребно за СХЈ ћелије, за разлику од њих показују лошу кристалну структуру, што резултира ниским вредностима покретљивости око 20 цм2 / Вс и лошом дуготрајном стабилношћу [22]. Побољшана стабилност соларних ћелија СХЈ, међутим, показана је применом аморфног силицијум-оксида (а-СиО2) цаппинг [23].
Као што показује μeдобијене вредности, а у зависности од услова обраде, различити ТЦО показују широк спектар покретљивости електрона. Отпор ТЦО лима (Р.▫) опсези се могу класификовати као што је приказано у табели 1. Овде је распон концентрације носача 1,5 × 1020 [ГГ] лт; не [ГГ] лт; 2,0 × 1020 цм-3сматра се: ово представља добар компромис за постизање ниског ФЦА, добру електричну проводљивост и добро формирање контакта са суседним слојевима и 75 нм дебљине ТЦО за антирефлексна својства.
Симетрија у обради ћелија СХЈ и употреба облатни (н-типа) са врло дугим животним веком омогућава човеку да слободно бира који контакт (н или п) је окренут напред. Положај п контакта (споја) утиче на оптимизацију предњег ТЦО за добијање и велике прозирности и мале серијске отпорности Рsћелије [24–27]. Да би то демонстрирали, слика 2 приказује шематски пресек двофазних и монофацијалних СХЈ соларних ћелија у конфигурацији задњег споја са назначеним свим Рс доприносима. Детаљна анализа компонената Рс и њиховог доприноса у СХЈ соларним ћелијама може се наћи у Бассет и сар. [25] и Ванг и сар. [28]. Висока проводљивост, односно густина и покретљивост електрона у ц-Си плочици, заједно са врло малим отпором контакта н / ТЦО контакта, фаворизује избор н контакта који се налази на предњој страни („задњи спој“), пошто бочни струјни транспорт значајно подржава облатна. Ово ублажава захтев проводљивости ТЦО (отпор лима), омогућавајући тако оптимизацију ка највећој транспарентности.
Да би се илустровао ефекат горе поменуте слободе у дизајну ћелија, слика 3 представља симулиране Рс криве заједно са експерименталним вредностима издвојеним из соларних ћелија, са варијацијом ИТО процеса у функцији отпора предњег ТЦО слоја. Експерименталне вредности потврђују трендове модела [27]. Као што се јасно може видети, дизајн задњег споја нуди предност за високоотпорне ТЦО-ове тако што користи бочну потпору у проводљивости електрона у Си облатни. С друге стране, дизајн предњег споја је повољнији за слојеве ТЦО са малим отпором; овај дизајн користи предност доњег доприноса трансверзалних Рс, јер електрони, који имају већу покретљивост од рупа, путују према задњем делу плочице (са фотогенерацијом која се углавном јавља близу предње стране). Компромис између бочног и попречног Рс доприноса одредиће који је дизајн соларних ћелија најпогоднији, у зависности од расположивог отпора ТЦО листова.
Тхе Р.▫опсези за различите ТЦО пријављене у литератури и како су дефинисани у табели 1 приказани су на слици 3 са одговарајућим сенчењем у боји. ТЦО са ниским Р.▫(црвене) су корисније када су уграђене у уређај са предњим спојем, док су ТЦО са средњим опсегом Р▫(плаве) су у прелазном региону где Р.sразлика између предњег и задњег споја је прилично мала. Супротно томе, ТЦО са високим Р.▫(сиве) су очигледно корисне када су уграђене у дизајн задњег споја; ово је повољно за АЗО, на пример, с обзиром на то да је високо прозирно, али не и врло проводљиво, али ипак производи исту ефикасност СХЈ ћелије [ГГ] гт; 23% као референтна ћелија ИТО [23]. У Хелмхолтз-Зентрум Берлин, соларне ћелије СХЈ са предњим ТЦО на бази ИТО и АЗО постигле су сертификовани ЦЕ изнад 23,5% [29].
Следећи приступ који користи предност бочног транспорта облатне, који су показале неке истраживачке групе [27,30] и у пилот производњи [31], јесте примена тањих ТЦО-а, који смањују паразитску апсорпцију, чиме се одржава или побољшава ЦЕ соларних ћелија. За примену тањег слоја ТЦО потребан је други слој на врху - на пример, СиО2или Си3N4- да би се одржао оптимум антирефлексије (АР) [32–34].
Да се тачно квантификују оптичке перформансе различитих ТЦО када се примењују у ћелијском снопу, односно одреди специфични губитак у густини струје кратког споја (Јсц), извршене су симулације помоћу софтверског алата за тражење зрака (ГенПро4 [35]). Узимајући у обзир губитак снаге повезан са ТЦО у ћелији услед повећања Рс и смањења Јсц, различити ТЦО материјали су поређени, као што је приказано на слици 4. У ту сврху, референтна соларна ћелија са ЦЕ=23,3 %, без губитака у вези са ТЦО у Јсци Р.s(ФФ). ИОХ, ИТО и АЗО су проучавани као примери ниског Р▫, средина Р.▫и високо-Р.▫режима.
Проучаване су примене како стандардних ТЦО дебелих 75 нм, тако и оптички оптимизованих тањих („танких“). Ради поштеног поређења (тј. Да би у сваком случају остали у АР оптималном), све ћелије (са „дебелим“ и „танким“ ТЦО) су завршене са а-СиО2поклопни слој. Претпостављено је да су контактне отпорности на интерфејсима ТЦО / Аг и ТЦО / Си једнаке (мале и) једнаке за сва три ТЦО, што је, наравно, поједностављење. О овоме ће бити речи касније и приказано је у Хасцхке ет ал. [36]. Додатни детаљи о оптимизованој дебљини слоја и резултатима симулације могу се наћи у Цруз и сар. [27].
Графикони на слици 4 показују губитак снаге повезан са ТЦО услед смањења Јсц и повећања Рs, за уређаје са задњим спојем (слика 4 (а)) и предњим спојем (слика 4 (б)). Јасно је да ИОХ надмашује друга два ТЦО-а због својих изванредних опто-електронских својстава у оба случаја. На слици 4 (а), приказујући густе ИТО и АЗО, материјали надокнађују своје ЦЕ губитке, јер нижа проводљивост АЗО показује мању паразитску апсорпцију од ИТО. Када се ово упореди са тањим верзијама ТЦО, може се приметити да се губитак ЦЕ незнатно смањује као резултат смањене апсорпције ТЦО паразита. ИТО очигледно има више користи од овог проређивања због његове сразмерно веће апсорпције паразита, што на крају доводи до нешто бољег ЦЕ него код АЗО. То показује да се тањи ТЦО са побољшаном оптиком могу применити у конфигурацији задњег споја и да ће бити корисни у погледу ЦЕ.
Супротно томе, гледајући дизајн предњег споја на слици 4 (б), може се видети да ИОХ високе проводљивости неће трпети због нижег бочног транспортног доприноса облатне. Међутим, нижи проводљиви ИТО и АЗО повећавају отпорне губитке. Смањење дебљине ИТО не доводи до ЦЕ предности, док је у случају АЗО очигледно неповољно. Може се закључити да се ТЦО високе проводљивости, овде ИОХ у примеру, може применити на конфигурацијама соларних ћелија са задњим и предњим спојем без већих разлика у губицима ЦЕ. ТЦО ниже проводљивости - као што су ИТО и АЗО - патиће од виших бочних Р-а присутних у конфигурацији предњег споја. Разређивање ТЦО на соларним ћелијама са задњим спојем је повољно ако ТЦО премаши одређени праг апсорпције, чак и за ТЦО са ниском проводношћу, овде АЗО у примеру. У дизајну предњег споја, разређивање ће донети само мале користи, или чак може бити неповољно за ТЦО ниже проводљивости као што је АЗО.
Учинак индустријских ТЦО-а високе покретљивости
Да би се тестирали високо покретљиви ТЦО-и распршени великом брзином једносмерним распршивањем из метака цеви, како се изводи у масовној масовној производњи, коришћени су различити материјали за предњи ТЦО у двофазним соларним ћелијама СХЈ са задњим спојем. Испитиване су две врсте високо покретљивих ТЦО, а то су индијум-оксид (ИТиО) допиран са титаном и индијум-оксид са неоткривеним типом допинга ('И'). Поред тога, тестиран је ИТО са различитим концентрацијама допинга, који садржи 97% индијум оксида и 3% калај оксида у циљу ('97 / 3 ') и ИТО 99/1. Као референтни материјал, ИТО 97/3 је примењен на задњој страни свих ћелија. Такође је била обухваћена група ћелија са ИТО 95/5 на предњој и задњој страни.
Одговарајући испитни слојеви на стаклу открили су отпоре ТЦО листова у опсегу 36–136 Ω након таложења и жарења током 30 минута на 200 ° Ц у амбијенталним условима, што је упоредиво са очвршћавањем извршеним након сито штампе. Ово је погодан опсег за примену као предњи контакт у соларним ћелијама СХЈ са задњим спојем, као што је претходно речено (види слику 3). Међутим, мора се узети у обзир да ТЦО слојеви нанесени на стакло могу показивати својства (покретљивост носача) различита од оних када се слојеви наносе на силицијум, како је потребно за соларне ћелије. Ово се приписује двама ефектима [29]: (1) различитој нуклеацији кристала и, према томе, структури зрна; (2) различит садржај водоника који се дифузира из слоја силицијума у ТЦО.
Слојеви ИТиО и И показују високу покретљивост до 90 цм2 / Вс, али са различитим густинама носача наелектрисања, наиме 2 × 1020центиметар-3и ~ 0,8 × 1020центиметар-3редом. За филмове ИТО97 / 3 и ИТО99 / 1, ниже вредности покретљивости, од око 60 и 70 цм2/ Вс при густинама носача наелектрисања од 2,7 × 1020 цм-3и 1,8 × 1020центиметар-3односно измерени. Као резултат врло мале густине носача наелектрисања, И филмови су показали најмању паразитску апсорпцију у блиском инфрацрвеном подручју (види слику 1), што овај материјал чини најперспективнијим за постизање највишег Јсц и, вероватно, највиши ЦЕ у соларним ћелијама.
ТхеI–Vпараметри сваке од тест група су приказани на слици 5. Све ћелије показују упоредиве напоне отвореног круга (Воц), са средњим вредностима у уском опсегу од 737–738 мВ. Ово потврђује да се пасивизација није смањила због различитих оштећења прскања. Као што се и очекивало, соларне ћелије са високим ТЦО-има високе покретљивости дале су највећи Јсцвредности, са медијаном од 39,0 мА / цм2и 39,2 мА / цм2за ИТиО односно И. Ово је до 0,5 мА / цм2већи од постигнутог уз референцу ИТО97 / 3.
Упркос високојJсци доброVоцвредности, међутим, ћелије са И-предњим контактом нису дале највећу ефикасност. Највећа средња вредност ЦЕ од 22,9% заправо је добијена за ИТО99 / 1, док је највећа вредност ЦЕ од 23,3% измерена за ћелију са ИТиО. Нижи ЦЕ у случају И узорака резултат је нижег медијана ФФ од само око 77%, што је због вредности Рс која је знатно већа; у ствари, ћелије са И-предњим контактом дају највеће средње вредности Рс од 1,3–1,6 Ω цм2. Насупрот томе, средња вредност Рс је 0,9 Ω цм2за ћелије ИТО99 / 1, што је резултирало знатно већом медијаномФФод 79,5%.
Табела 1. Поређење електричних својстава различитих ТЦО.
Слика 2. Шематски приказ пресека соларних ћелија силицијум хетеројукције (СХЈ) са задњим спојем: (а) двофазни дизајн ћелија; (б) дизајн монофацијалних ћелија, са приказаним компонентама серијске резистенције (Рс).
Слика 3. Серијски отпор у односу на отпор предњег ТЦО листа за соларне ћелије СХЈ са предњим и задњим спојем. Криве представљају симулиране резултате, док оквири означавају резултате за измерене ћелије са ИТО варијацијом.
Важност ниског отпора на контактима
Висока серијска резистенција ћелија са (ниском густином носача и) високом покретљивошћу ТЦО је у ствари аспект са којим се треба решити. Тачније, две главне компоненте Р.sовде су контактни отпори ТЦО-а са слојевима контактног слоја допираним са н- и п-силиконом, који су детаљно истражени у литератури [37–40]. У случају соларних ћелија на бази ц-Си дозираних н, контактни отпор ТЦО са слојевима допираним н-ом Си може се окарактерисати различитим, релативно једноставним техникама, као што су Цок и Страцк [41] или пренос -лине [42] методе. Супротно томе, контактни отпор ТЦО са слојем Си допираним п-допираним слојем (ТЦО / п) је теже доступан, јер се формира спој. Као што показују Бассет и сар. [21] и Ванг и сар. [24], на пример, једноставна метода за издвајање вредности Р.sкомпонента је да изведе све доступне компоненте Рs, а преостала вредност се затим закључује као ТЦО / п контактни отпор.
Отпорност на контакт ρcзависи од детаљног поравнања опсега и савијања опсега, као и од стања дефекта на интерфејсу; стога је важно неколико параметара, посебно енергија активирања допираног Си слоја и густина носача наелектрисања, али и разлика у радној функцији између оба материјала. Процел и сар. [38] показао је да је ρcје минималан када допирани слојеви показују ниске вредности енергије активирања, попут оних добијених са слојевима нанокристалног силицијума уместо са аморфним слојевима.
Штавише, густина носача наелектрисања ТЦО треба да буде знатно изнад 1 × 1020центиметар-3; ово је посебно важно за ТЦО / п контакт, за који је неопходна ефикасна рекомбинација рупе и електрона на контакту. Што се тиче избора и оптимизације ТЦО слојева, ово подразумева проналажење оптималног за не, који мора бити довољно висок да се постигне довољно низак ρcвредности, али, истовремено, морају бити што ниже како би се ограничила паразитска апсорпција (ФЦА).
У новијем експерименту одабран је И слој са већом густином носача; Слика 8 приказује својства доступна подешавањем процеса. Заправо, за адаптирани ТЦО, ћелијски ФФ се опоравио, али по цену малог смањења Јсцзбог додатног ФЦА. Генерално, ЦЕ се и даље повећавао на сличан ниво као онај за најбоље групе на слици 5, што показује важност пажљивог подешавања својстава слоја и интерфејса.
Слика 4. Губитак снаге повезан са густином струје (Плосс Ј) и губитак снаге повезан са серијским отпором (Плосс Р) за (а) стражњи спој и (б) СХЈ ћелије са предњим спојем. Вредности губитака ефикасности конверзије (ЦЕ) означене су испрекиданим линијама; ови губици су у односу на референтну соларну ћелију са 23,3% ЦЕ, представљену љубичастим дијамантом на (0,0). Испуњени симболи представљају ТЦО дебеле 75нм (стандардно), али са антирефлексионим премазом (АРЦ) на врху, док отворени симболи представљају тање (оптимизоване) ТЦО слојеве, такође са АРЦ.
Индустријски аспекти: циљни трошкови
Уобичајени типови ТЦО мета који се користе у ПВ индустрији кристалног силицијума су ротирајуће мете, које су цилиндричне љуске од ТЦО материјала повезане на потпорну цев направљену од метала. Што је цев дужа, мора се користити више шкољки за мету цеви. Разлог зашто индустрија преферира ову врсту мета за прскање ТЦО-а је много већа стопа искоришћења циљног материјала ТЦО-а од оне за равни тип ТЦО-мета. Степен искоришћења циљног материјала који се може постићи ротираном метом је обично ≥80%; ово је посебно занимљиво у случају када су ТЦО материјали скупи, као што су ТЦО на бази индијума. Што се тиче ТЦО у индустрији кристалног силицијума, ТЦО на бази индијума су доминантни због својих одличних својстава слојева (као што је такође раније показано). Ипак, неки учесници на тржишту такође нуде ТЦО на бази цинка у исту сврху. Заиста, постоје предности и недостаци за употребу ТЦО на бази цинка. Једна од предности је нижа цена мете на бази цинка димензија идентичних димензијама мете на бази индијума, док нижа проводљивост цинка представља нека ограничења у дизајну соларних ћелија, као што је претходно објашњено и визуелно приказано на слици 3.
Слика 6 приказује специфичне циљне трошкове по цм3циљева за цеви за ТЦО на бази цинка и ТЦО на бази индијума; имајте на уму да је цена потпорне цеви искључена из циљног трошка. Подаци су прикупљени од циљних добављача широм света. Мањи број тачака података за ТЦО на бази цинка може се приписати недостатку интереса за тај материјал који је до сада показала индустрија кристалног силицијума.
Неко расипање у циљним трошковима постоји због различитих материјала унутар групе цинка и унутар групе индијума, или због различитих добављача. Тачке података које означавају већи циљни трошак у обе групе могу се објаснити ређим саставима и / или скупим производним процесима и / или високим маржама. Тачке података са нижим трошковима уочене у обе групе требале би бити репрезентативне вредности трошкова за произвођаче соларних ћелија са неколико стотина годишњих захтева за цевчицама.
Поређење најниже вредности у обе групе открива да су ТЦО засновани на Зн (циљни трошак ~ 0,6 УСД / цм3) може бити око четвртине цене ТЦО-а са седиштем у земљи (циљни трошак ~ 2,6 УСД / цм3). Треба, међутим, нагласити да су ове тачке података тренутна ситуација и да ће ускоро вероватно застарети, у зависности од колебљивости берзе у односу на сировине, посебно индијум.
Слика 5. И – В параметри бифацијалних СХЈ соларних ћелија величине 4 цм2 са разним предњим ТЦО и ИТО 97/3 на задњој страни. Као референца је укључен ИТО 95/5, истосмерно испрашен из цеви мете на ХЗБ.
Индустријски аспекти: масовна производња
Поред жеље да се примене ТЦО без индијума са циљем побољшања оперативних трошкова (ОПЕКС), у најбољем је интересу имати алат за прскање великог обима који може произвести висококвалитетни ТЦО премаз по ниским трошковима. На слици 7 приказан је високопродуктиван систем за прскање КСЕА|нова Л компаније ВОН АРДЕННЕ, који може положити ТЦО слојеве при протоку од 8.000 М6 плочица на сат у основној верзији, а код још веће пропусности помоћу пакета за надоградњу. Током 2019. године опрема КСЕА|нова постала је део индустријске производне линије достигавши највећу ефикасност ћелија изнад 24% користећи ТЦО филмове сличне онима који су овде истражени.
Да би се постигла велика пропусност, стопа таложења ТЦО слојева мора бити велика, што се може остварити применом велике једносмерне снаге на цевну мету. Међутим, својства ТЦО и даље морају да се одржавају када се ТЦО припрема на већим густинама снаге. Слика 8 приказује електронску покретљивост и густину носача наелектрисања ТЦО филмова, распршених на 4кВ и 8кВ из керамичких цевних мета ТЦО типа 'И'. Велике покретљивости од око 80 цм2/ Вс се могу постићи на нивоу снаге од 4кВ након таложења. Повећање снаге прскања на 8 кВ смањује максималну покретљивост за највише 10%. Занимљиво је да би се покретљивости могле додатно повећати, до 100 цм2/ Вс, жарењем филмова током 30 минута на 200 ° Ц, као што је приказано на слици 8.
Слика 6. Специфични циљни трошак по цм3 циљног материјала за ТЦО на бази индијума и цинка.
Закључци
СХЈ технологија соларних ћелија показала се као важан играч на путу повећања свог удела у великој производњи. То је због врло високе постигнуте ефикасности конверзије и витког производног процеса.
Што се тиче улоге ТЦО-а, још увек треба размотрити три аспекта како би се повећали изгледи СХЈ технологије да додатно продре у индустрију соларних ћелија:
1. Даље побољшати перформансе ћелија.То се може постићи применом ТЦО-а високе покретљивости који су погодни за масовну производњу. Показано је да се ТЦО велике покретљивости могу прскати великом пропусношћу, а ови ТЦО су тестирани у соларним ћелијама СХЈ. Иако је ЦЕ таквих СХЈ ћелија висок, он и даље заостаје за референтним ћелијама са најбољим ИТО предњим ТЦО, упркос мањој апсорпцији и већој покретљивости. То се приписује повећаној контактној отпорности ТЦО са н- и / или п-допирани силицијумски контакти. Потребно је позабавити се финим подешавањем ТЦО и имплементацијом контактних слојева и / или оптимизацијом интерфејса како би се даље смањили отпорни губици на овим интерфејсима и, тако, искористиле све предности супериорних ТЦО својстава.
2. Смањите употребу оскудних (и скупих) материјала, посебно индијума.Атрактивна опција за постизање уштеде у трошку материјала је смањење дебљине ТЦО; ово је још атрактивније са скупим високопроводљивим ТЦО-овима. Међутим, потребан је још један процесни поступак за наношење другог, антирефлексног (покривајућег) слоја (АРЦ) на врх ТЦО како би се смањили губици при рефлексији. Алтернативно, као што је приказано у овом раду, ТЦО ниже проводљивости (АЗО у датом примеру) могу се применити у соларним ћелијама са задњим спојем без угрожавања ЦЕ. Ово добија на значају када је реч о трошковима: у приказаној анализи, циљеви засновани на ЗнО показују нижи трошак од 0,6 УСД / цм3за циљани материјал, у поређењу са 2,6 УСД / цм3за циљеве засноване на Ин-басед. Ограничена стабилност АЗО може се решити, на пример, прекривањем диелектричним слојем (а-СиО2или а-СиНx).
3. Смањите трошкове ПВД опреме.Скалирање и повећање протока производних линија ТЦО је прави пут, с тим што је једносмерно прскање спремно за производњу ТЦО високих перформанси велике пропусности.
Захвалнице
Захваљујемо се финансирању немачког савезног министарства за економска питања и енергију (БМВи) у оквиру пројекта Династо под бројем 0324293.
Слика 8. Електрична својства ТЦО слојева распршених на 4кВ и 8кВ из метака керамичких цеви типа ТЦО типа 'И', у таложеном стању и након жарења током 30 минута на 200 ° Ц у амбијенталним условима.
Захвалнице
Захваљујемо се финансирању немачког савезног министарства за економска питања и енергију (БМВи) у оквиру пројекта Династо под бројем 0324293.
Референце
[1] Цхундури, СК [ГГ] ампер; Сцхмела, М. 2019, „Хетеројунцтион соларна технологија“, Таиианг Невс [хттп://таииангневс.инфо/ТаииангНевс_Репорт_ Хетеројунцтион_Солар_Тецхнологи_2019_ЕН_ довнлоад_версион2.пдф].
[2] Баллиф, Ц. и сар. 2019, „Решавање свих уских грла за силицијумску технологију хетеројункције“, Пхотоволтаицс Интернатионал, 42. издање, стр. 85.
[3] Франк, Г. [ГГ] амп; Костлин, Х. 1982, „Електрична својства и модел дефекта слојева индијумовог оксида допираних калајем“, Аппл. Пхис. А, вол. 27, бр. 4, стр. 197–206 [хттпс: // дои. орг / 10.1007 / БФ00619080].
[4] Хамберг, И. [ГГ] ампер; Гранквист, ЦГ 1986, филмови Ин2О3 допирани под „Евапоратед Сн“: Основна оптичка својства и примена на енергетски ефикасне прозоре “, Ј. Аппл. Пхис. 60, бр. 11, стр. Р123 – Р160 [хттпс: // дои. орг / 10.1063 / 1.337534].
[5] Балестриери, М. и сар. 2011, „Карактеризација и оптимизација филмова индијум-калај-оксида за хетеројукционе соларне ћелије“, Сол. Енерги Матер. Сол. Ћелије, књ. 95, бр. 8, стр. 2390–2399 [хттпс://дои.орг/10.1016/ј.солмат.2011.04.012].
[6] Коида, Т. [ГГ] амп; Кондо, М. 2007, „Упоредне студије прозирног проводног Ин2О3 допираног Ти-, Зр- и Сн-ом, користећи комбинаторни приступ“, Ј. Аппл. Пхис. 101, бр. 6, стр. 063713 [хттпс: // дои. орг / 10.1063 / 1.2712161].
[7] Кобаиасхи, Е., Ватабе, И. [ГГ] амп; Иамамото, Т. 2015, „Прозирни проводљиви танки филмови дозираног на церијум хидрогенизованог индијум-оксида“, Аппл. Пхис. Експр., Књ. 8, бр. 1, стр. 015505 [хттпс: // дои. орг / 10.7567 / АПЕКС.8.015505].
[8] Маццо, Б. и сар. 2014, „Ин2О3 високе покретљивости: Х провидни проводљиви оксиди припремљени таложењем атомског слоја и кристализацијом у чврстој фази“, физички статус солиди (РРЛ), год. 8, бр. 12, стр. 987–990 [хттпс://дои.орг/10.1002/псср.201409426].
[9] Ерфурт, Д. и сар. 2019, „Побољшана електрична својства импулсног једносмерног магнетног распршеног водоника допираног индијум оксида након жарења у ваздуху“, Матер. Сци. Семицон. Проц. 89, стр. 170–175 [хттпс://дои.орг/10.1016/ј.мссп.2018.09.012].
[10] Иу, Ј. и сар. 2016, „Филм индијумског оксида допиран волфрамом: спреман за двофазну метализацију бакра силиконске хетеројункције соларне ћелије“, Сол. Енерги Матер. Сол. Ћелије, књ. 144, стр. 359–363 [хттпс: // дои. орг / 10.1016 / ј.солмат.2015.09.033].
[11] Невхоусе, ПФ и сар. 2005., „Висока покретљивост електрона В-допирани танки филмови Ин2О3 импулсним ласерским наношењем“, представка бр. Пхис. Летт., Вол. 87, бр. 11, стр. 112108 [хттпс://дои.орг/10.1063/1.2048829].
[12] Асикаинен, Т., Ритала, М. [ГГ] амп; Лескела, М. 2003, „Раст таложења атомског слоја филмова допираних цирконијумом Ин2О3“, Танки чврсти филмови, год. 440, бр. 1, стр. 152–154 [хттпс://дои.орг/10.1016/С0040- 6090 (03) 00822-8].
[13] Моралес-Масис, М. и сар. 2018, „Високо проводна и широкопојасна прозирна доза Ин2О3 допирана Зр-ом као предња електрода за соларне ћелије“, ИЕЕЕ Ј. Пхотоволт., Стр. 1–6 [хттпс://дои.орг/10.1109/ ЈПХОТОВ.2018.2851306].
[14] Моралес ‐ Масис, М. и сар. 2017, „Прозирне електроде за ефикасну оптоелектронику“, Адв. Елецтрон. Матер., Вол. 3, бр. 5, стр. 1600529 [хттпс: // дои. орг / 10.1002 / аелм.201600529].
[15] Делахои, АЕ [ГГ] појачало; Гуо, СИ 2005, „Прозирно и полупрозирно таложење проводљивог филма реактивним окружењем, шупље катодно прскање“, Ј. Вац. Сци. Тецхнол. А, вол. 23, бр. 4, стр. 1215–1220 [хттпс://дои.орг/10.1116/1.1894423].
[16] ван Хест, МФАМ и сар. 2005., „Индијум оксид допиран титаном: прозирни проводник велике покретљивости“, представка бр. Пхис. Летт., Вол. 87, бр. 3, стр. 032111 [хттпс://дои.орг/10.1063/1.1995957].
[17] Менг, И. и сар. 2001., „Нови прозирни проводљиви танки филм Ин2О3: Мо“, танки чврсти филмови, год. 394, бр. 1–2, стр. 218–222 [хттпс://дои.орг/10.1016/ С0040-6090 (01) 01142-7].
[18] Иосхида, И. и сар., „Развој радиофреквентног магнетронског распршеног индијум молибден оксида“, Ј. Вац. Сци. Тецхнол. А, вол. 21, бр. 4, стр. 1092–1097 [хттпс://дои.орг/10.1116/1.1586281].
[19] Вармсингх, Ц. и сар. 2004., „Прозирно проводљиви танки филмови Ин2О3 допирани Мо-допираним пулсним ласерским таложењем високе покретљивости“, Ј. Аппл. Пхис. 95, бр. 7, стр. 3831–3833 [хттпс://дои.орг/10.1063/1.1646468].
[20] Руске, Ф. и сар. 2010, „Побољшани електрични транспорт у цинковом оксиду допираном Ал термичком обрадом“, Ј. Аппл. Пхис. 107, бр. 1, стр. 013708 [хттпс://дои.орг/10.1063/1.3269721].
[21] Хупкес, Ј. и сар. 2014, „Влажни топлотно легирани фолије цинкова оксида“, Тхин Солид Филмс, вол. 555, стр. 48–52 [хттпс://дои.орг/10.1016/ј.тсф.2013.08.011].
[22] Греинер, Д. и сар. 2011, „Влажна топлотна стабилност филмова цинкованог оксида допираних Ал на глатким и храпавим подлогама“, Тхин Солид Филмс, Вол. 520, бр. 4, стр. 1285– 1290 [хттпс://дои.орг/10.1016/ј.тсф.2011.04.190].
[23] Моралес-Вилцхес, АБ и сар. 2018, „Силиконске хетеројункционе соларне ћелије без ИТО-а са ЗнО: предњим електродама Ал / СиО2 достижу ефикасност конверзије од 23%“, ИЕЕЕ Ј. Пхотоволт., Вол. 9, бр. 1, стр. 1–6 [хттпс: // дои.орг/10.1109/ЈПХОТОВ.2018.2873307].
[24] Бивоур, М. и сар. 2014, „Силицијумске хетеропрелазне соларне ћелије са задњим емитерима: Мање ограничења на оптоелектрична својства предњих бочних ТЦО“, Сол. Енерги Матер. Сол. Ћелије, књ. 122, стр. 120–129 [хттпс: // дои.орг/10.1016/ј.солмат.2013.11.029].
[25] Бассет, Л. и сар. 2018, „Серијски слом отпора силицијумских хетеројункционих соларних ћелија произведених на ЦЕА-ИНЕС пилот линији“, Проц. 35. ЕУ ПВСЕЦ, Брисел, Белгија, стр. 721–724 [хттпс: // дои. орг / 10.4229 / 35тхЕУПВСЕЦ20182018-2ДВ.3.21].
[26] Линг, ЗП и сар. 2015, „Тродимензионална нумеричка анализа хибридних соларних ћелија од силицијумске плочице од силицијумске плочице са хетеројункционим контактима задње тачке“, АИП Адв., Вол. 5, бр. 7, стр. 077124 [хттпс: // дои.орг/10.1063/1.4926809].
[27] Цруз, А. и сар. 2019, „Ефекат предњег ТЦО-а на перформансе силицијумских хетеројункционих соларних ћелија са задњим спојем: увиди из симулација и експеримената“, Сол. Енерги Матер. Сол. Ћелије, књ. 195, стр. 339–345 [хттпс://дои.орг/10.1016/ј. солмат.2019.01.047].
[28] Ванг, Е.-Ц. ет ал. 2019, „Једноставна метода са аналитичким моделом за издвајање хетеројункционих компонената отпорности серије соларних ћелија и за издвајање А-Си: Х (и / п) у прозирну проводљиву контактну отпорност проводљивог оксида“, АИП Цонф. Проц. 2147, бр. 1, стр. 040022 [хттпс://дои.орг/10.1063/1.5123849].
[29] Цруз, А. и сар. 2019, „Утицај слојева силицијума на раст ИТО и АЗО у силицијумским хетеројукционим соларним ћелијама“, ИЕЕЕ Ј. Пхотоволт., Стр. 1–7 [хттпс://дои.орг/10.1109/ЈПХОТОВ.2019.2957665].
[30] Муноз, Д. [ГГ] ампер; Роук, Д. 2019, „Трка за високом ефикасношћу у производњи: зашто је хетеројункција сада спремна за тржиште“, Проц. 36. ЕУ ПВСЕЦ, Марсеј, Француска, стр. 1–20.
[31] Страхм, Б. и сар. 2019, „Побољшања перформанси„ ХЈТ 2.0 “и користи од трошкова за производњу силицијумских хетеројукционих ћелија“, Проц. 36. ЕУ ПВСЕЦ, Марсеј, Француска, стр. 300–303 [хттпс: // дои. орг / 10.4229 / ЕУПВСЕЦ20192019-2ЕО.1.3].
[32] Зханг, Д. и сар. 2013, „Дизајн и израда двослојне СиОк / ИТО двослојне антирефлексне превлаке за хетеројукционе силицијумске соларне ћелије“, Сол. Енерги Матер. Сол. Ћелије, књ. 117, стр. 132–138 [хттпс: // дои. орг / 10.1016 / ј.солмат.2013.05.044].
[33] Геиссбухлер, Ј. и сар. 2014, „Силицијумске хетеројукционе соларне ћелије са бакарисаним мрежним електродама: стање и поређење са сребрним техникама дебелог филма“, ИЕЕЕ Ј. Пхотоволт. 4, бр. 4, стр. 1055–1062 [хттпс://дои.орг/10.1109/ ЈПХОТОВ.2014.2321663].
[34] Херасименка, СИ и сар. 2016, „ИТО / СиОк: Х стацкс фор силицон хетеројунцтион солар целлс“, Сол. Енерги Матер. Сол. Ћелије, књ. 158, 1. део, стр. 98–101 [хттпс: // дои.орг/10.1016/ј.солмат.2016.05.024].
[35] Сантберген, Р. 2016, „Приручник за софтвер за оптичку симулацију соларних ћелија: ГЕНПРО4“, Фотонапонски материјали и уређаји, Делфт Университи оф Тецхнологи.
[36] Хасцхке, Ј. и сар. 2020, „Бочни транспорт у силиконским соларним ћелијама“, Ј. Аппл. Пхис. 127 [хттпс: // дои. орг / 10.1063 / 1.5139416].
[37] Бивоур, М. и сар. 2012, „Побољшање а-Си: Х (п) контакта задњег емитора силицијумских соларних ћелија н-типа“, Сол. Енерги Матер. Сол. Ћелије, књ. 106, стр. 11–16 [хттпс: // дои. орг / 10.1016 / ј.солмат.2012.06.036].
[38] Процел, П. и сар. 2018, „Теоријска оцена контактног стека за соларне ћелије високе ефикасности ИБЦ-СХЈ“, Сол. Енерги Матер. Сол. Ћелије, књ. 186, стр. 66–77 [хттпс://дои.орг/10.1016/ј.солмат.2018.06.021].
[39] Лудерер, Ц. и сар. 2019, „Контактна отпорност ТЦО / а-Си: Х / ц-Си хетеројункције“, Проц. 36. ЕУ ПВСЕЦ, Марсеј, Француска, стр. 538–540 [хттпс: // дои. орг / 10.4229 / ЕУПВСЕЦ20192019-2ДВ.1.48].
[40] Мессмер, Ц. и сар. 2019, „Утицај међуфазних оксида на ТЦО / допираним танкопластичним контактима Си на транспорт носача наелектрисања пасивизирајућих контаката“, ИЕЕЕ Ј. Пхотоволт., Стр. 1–8 [хттпс://дои.орг/10.1109/ ЈПХОТОВ.2019.2957672 ].
[41] Цок, РХ [ГГ] појачало; Страцк, Х. 1967, „Охмички контакти за ГаАс уређаје“, Солид-Стате Елецтрон., Вол. 10, бр. 12, стр. 1213–1218 [хттпс://дои.орг/10.1016/0038- 1101 (67) 90063-9].
[42] Феллметх, Т., Цлемент, Ф. [ГГ] амп; Биро, Д. 2014, „Аналитичко моделирање силицијумских соларних ћелија повезаних са индустријом“, ИЕЕЕ Ј. Пхотоволт., Вол. 4, бр. 1, стр. 504–513 [хттпс://дои.орг/10.1109/ЈПХОТОВ.2013.2281105].
