Университет Нового Южного Уэльса и DAS Solar предложили критерии резки, снижающие потери эффективности на 50%

Репортаж от Wedoany，Объединённая команда Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) и производителя фотоэлектрических модулей DAS Solar исследовала влияние лазерной резки на характеристики тыльно-контактных TOPCon (TBC) кремниевых солнечных элементов, выявила основные механизмы потерь при резке и предложила практические критерии проектирования, позволяющие подавить деградацию эффективности за счёт оптимизации положения реза. Соответствующие результаты опубликованы в журнале Solar Energy под названием «Резка в зазорной области для подавления потерь на краевую рекомбинацию в тыльно-контактных солнечных элементах с туннельно-оксидной пассивацией».

Разделение полноразмерных элементов на половинки, трети или четверти позволяет снизить омические потери, пропорциональные квадрату длины элемента, и этот процесс уже является стандартной операцией в производстве кристаллических кремниевых модулей. Однако лазерное скрайбирование обнажает непассивированные края, создавая оборванные связи и дефекты, что приводит к значительному росту скорости рекомбинации носителей. С помощью программного обеспечения для численного моделирования солнечных элементов Quokka3 команда оценила конфигурации половинок, третей и четвертей, включив в анализ фактические отклонения положения лазерного реза в пределах проектной зазорной области. Данное ПО позволяет моделировать электрическое поведение фотоэлектрических устройств, включая генерацию и рекомбинацию носителей, перенос тока и распределённые омические потери.

Профессор UNSW Мартин Грин (Martin Green) рассказал журналу pv magazine, что потери эффективности, вызванные краевой рекомбинацией при резке, линейно возрастают с увеличением отношения длины реза к эффективной площади элемента; резка в зазоре между n- и p-контактами позволяет снизить потери эффективности примерно на 50% по сравнению с резкой в области p-контакта. Среди оценённых положений реза резка в зазорной области даёт наименьшие потери эффективности, поскольку край реза пространственно отделён от сильнолегированного эмиттера и области тыльного поверхностного поля (BSF), что ограничивает взаимодействие между вновь обнажённой непассивированной кремниевой поверхностью и селективными контактами носителей, снижая тем самым краевую рекомбинацию. Напротив, резка в области эмиттера приводит к наиболее выраженному падению эффективности, поскольку лазерный край реза непосредственно обнажает пространственный заряд эмиттера; этот обнажённый переход крайне подвержен рекомбинации, в результате чего фотоиндуцированные электроны и дырки рекомбинируют на краю реза, уменьшая количество собираемых эффективных носителей.

Результаты моделирования также показали, что в условиях низкой освещённости потери эффективности при резке возрастают из-за увеличения омических потерь и рекомбинации при диффузионном переносе дырок. При снижении интенсивности света фотоиндуцированные носители с большей вероятностью диффундируют латерально к рекомбинационно-активному краю реза до сбора, а снижение концентрации носителей усиливает относительное влияние омических потерь, повышая эффективное последовательное сопротивление, связанное с латеральным переносом дырок. Таким образом, в условиях низкой освещённости потери эффективности от резки становятся значительно более серьёзными. Исследование также определило оптимальную ширину зазора после резки около 0,3 мм для минимизации суммарных потерь эффективности. Грин отметил, что данное исследование устанавливает практические критерии проектирования для промышленного производства резаных TBC-элементов, а оптимизированная резка в зазорной области позволяет значительно снизить потери на рекомбинацию при резке без необходимости дополнительной пассивации краёв.

Исследование поддержано компанией DAS Solar и Австралийским агентством по возобновляемой энергии (ARENA). Сообщается, что DAS Solar стала первой компанией, запустившей гигаваттное производство TOPCon. UNSW и DAS Solar ранее совместно изготовили TBC-элемент с эффективностью преобразования мощности 27%, основанный на конструкции с нулевой шиной (ZBB) и требующий значительно меньшего содержания серебра (Ag) для металлизации.