Πηγή: vonardenne.biz
Αρχικά δημοσιεύθηκε στο Photovoltaics International, Έκδοση 44, Μάιος 2020
Αλέξανδρος Κρουζ1, Darja Erfurt1, René Köhler2, Μάρτιν Ντίμερ2, Eric Schneiderlöchner2& ενισχυτής; Bernd Stannowski1
Αφηρημένη
Η τεχνολογία ηλιακών κυψελίδων Silicon heterojunction (SHJ) είναι μια ελκυστική τεχνολογία για παραγωγή μεγάλης κλίμακας ηλιακών κυψελών με υψηλή απόδοση μετατροπής άνω του 24%. Ένα βασικό στοιχείο των ηλιακών κυττάρων SHJ, σε αντίθεση με τη σημερινή ευρεία τεχνολογία παθητικοποιημένων εκπομπών παθητικών εκπομπών και κυττάρων επαφής (PERC), είναι η χρήση διαφανούς αγώγιμου οξειδίου (TCO), το οποίο θέτει προκλήσεις στην απόδοση και το κόστος αλλά και παρουσιάζει ευκαιρίες. Αυτό το άρθρο ασχολείται με αυτές τις πτυχές και δείχνει τη δυνατότητα βελτίωσης της αποτελεσματικότητας των κυττάρων με μειωμένο κόστος, χρησιμοποιώντας νέα TCOs που κατατίθενται από άμεσο ρεύμα (DC). Στην περίπτωση κυψελών SHJ οπίσθιας διασταύρωσης, είναι δυνατό να μειωθεί, ή ακόμη και να αποφευχθεί, η χρήση ινδίου σε τέτοια TCOs, με το οξείδιο ψευδαργύρου με προσθήκη αλουμινίου (AZO) να είναι ένα πιθανό υποκατάστατο των TCO με βάση το οξείδιο του ινδίου. Συνοψίζεται η διαθεσιμότητα TCO υψηλής απόδοσης για μαζική παραγωγή μεγάλης κλίμακας, η οποία θα ενθαρρύνει τη διείσδυση των κυττάρων SHJ στην αγορά.
Παράδειγμα εξοπλισμού μαζικής παραγωγής TCO: XEA|nova L της VON ARDENNE
Εισαγωγή
Τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου που βασίζονται στην τεχνολογία παθητικών εκπομπών και οπίσθιας επαφής (PERC) έχουν φτάσει τα επίπεδα πολλαπλών gigawatt στη μαζική παραγωγή, με απόδοση μετατροπής (CE) 22% και τώρα πλησιάζει το 23%. Για ακόμη υψηλότερα CE, οι παθητικές επαφές θεωρούνται η επόμενη γενιά τεχνολογίας κυψελών. Εδώ, η τεχνολογία ετεροσύνδεσης πυριτίου (SHJ) είναι μια πολλά υποσχόμενη υποψήφια και αγωνίζεται έξω από την πύλη εκκίνησης, με CE 23-24% που έχει ήδη αποδειχθεί σε γκοφρέτες πλήρους μεγέθους, όχι μόνο σε πιλοτικές γραμμές αλλά και σε παραγωγή μεγάλης κλίμακας [ 1]. Ενώ ήταν η Panasonic (πρώην Sanyo) που πρωτοστάτησε σε αυτήν την τεχνολογία, στο μεταξύ διάφοροι παίκτες παγκοσμίως δημιούργησαν τις δικές τους γραμμές παραγωγής, όπως η ENEL Green Energy και η Hevel Solar στην Ευρώπη, και REC, Jinergy, GS-Solar και διάφορα άλλα στην Ασία. Τα κύρια οφέλη της τεχνολογίας SHJ συζητήθηκαν σε πρόσφατο άρθρο από τους Ballif et al. [2]. Εκτός από το υψηλό CE, ένα βασικό πλεονέκτημα του SHJ είναι η αδύνατη ακολουθία παραγωγής, με μόνο τέσσερα βασικά βήματα που απαιτούνται για την επεξεργασία και των δύο πλευρών συμμετρικά:
1. Υγρός καθαρισμός και υφή των γκοφρετών.
2. απόθεση a-Si: H με εναπόθεση χημικών ατμών ενισχυμένου στο πλάσμα (PECVD).
3. Απόθεση διαφανών στρώσεων αγώγιμου οξειδίου (TCO) με φυσική εναπόθεση ατμών (PVD, συνήθως ψεκασμός)
4. Μεταξοτυπία ασημί πλεγμάτων.
Λόγω των διεργασιών χαμηλής θερμοκρασίας (& lt; 200 ° C) και της συμμετρικής στοίβας συσκευών, μπορεί να αποφευχθεί η κάμψη και η ρωγμή της γκοφρέτας που προκαλείται από τάση, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν λεπτές γκοφρέτες, εξοικονομώντας έτσι υλικό κόστος και ενέργεια. Η στοίβα SHJ εμφανίζεται φυσικά σε ένα σχεδιασμό διπλών κυττάρων. Επιπλέον, τα κύτταρα SHJ έχουν τον χαμηλότερο συντελεστή θερμοκρασίας στο πεδίο, συνήθως –0,28% / ° C. Ο συνδυασμός της διχαλικότητας και του συντελεστή χαμηλής θερμοκρασίας αυξάνει την ενεργειακή απόδοση ενός φωτοβολταϊκού συστήματος.
Από την άλλη πλευρά, ορισμένοι από τους παράγοντες που περιορίζουν την ταχεία αύξηση της πρόσληψης της τεχνολογίας SHJ είναι το σχετικά υψηλό κόστος εξοπλισμού, κυρίως για PECVD (αλλά και για PVD), και η προσαρμοσμένη επαφή κυψέλης για κατασκευή μονάδων (χωρίς τυπική υψηλή θερμοκρασία συγκόλληση). Απαιτείται περισσότερη πάστα Ag από ό, τι για τα τυπικά κύτταρα Si, λόγω της σκλήρυνσης χαμηλής θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα τα δάχτυλα χαμηλότερης αγωγιμότητας. Αυτό, ωστόσο, εξαρτάται από την προσέγγιση διασύνδεσης, ειδικά εάν χρησιμοποιούνται ή όχι ζυγοί. Τέλος, και συζητούνται λεπτομερέστερα σε αυτό το έγγραφο, απαιτούνται στόχοι για το ψεκασμό των στρωμάτων TCO και στις δύο πλευρές, τα οποία είναι δαπανηρά για τα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως.
Οξείδιο του ινδίου (σε2O3) Ντόπινγκ με κασσίτερο (Sn), που αναφέρεται ως ITO, είναι σήμερα το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο TCO [3–5]. Αυτό το διαφανές αγώγιμο οξείδιο είναι πολύ γνωστό από τη μαζική παραγωγή επίπεδων οθονών (FPD) και εμφανίζει κατάλληλες οπτο-ηλεκτρονικές ιδιότητες, όπως χαμηλή αντίσταση λεπτών στρωμάτων και επαρκή διαφάνεια στην ορατή περιοχή. Σημαντικό παράγοντα για την παραγωγή FPD, το ITO μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία με φωτολιθογραφία, καθώς είναι χαραγμένο (σε κατάσταση κατάθεσης) και είναι μακροπρόθεσμα σταθερό μετά από κρυστάλλωση στερεάς φάσης κατά τη θερμική ανόπτηση στους 150-200 ° C. Γενικά, το ITO εναποτίθεται από μαγνήτη συνεχούς ρεύματος (DC) που εκτοξεύεται σε μεγάλες περιοχές. Παρόλο που το DC sputtering προκαλεί αρχικά κάποια ζημιά στην παθητικοποίηση της επιφάνειας του πυριτίου, αυτό είναι πλήρως ανόπτηση σε θερμοκρασίες περίπου 200 ° C, η οποία επιτυγχάνεται είτε κατά τη διάρκεια του ψεκασμού είτε αργότερα κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης της πάστας Ag μετά την εκτύπωση.
Σε αντίθεση με τα FPD, το TCO πρέπει να πληροί πρόσθετες απαιτήσεις όταν εφαρμόζεται στην μπροστινή πλευρά των κυττάρων SHJ, δηλαδή μια εξαιρετική διαφάνεια στην ευρύτερη περιοχή μήκους κύματος 300-1.100 nm. Το Σχ. 1 δείχνει τα φάσματα απορρόφησης διαφόρων στρωμάτων TCO, δείχνοντας τις διαφορές στην παρασιτική απορρόφηση στα σχήματα βραχέων και μεγάλων μήκους κύματος. Εκτός από αυτή τη χαμηλή απορρόφηση, οι χαμηλές αντιστάσεις επαφής τόσο με τα στρώματα πυριτίου όσο και με το ν-ντοπαρισμένο, όσο και με το μεταλλικό πλέγμα, είναι υποχρεωτικές για τα στρώματα TCO και στις δύο πλευρές. Τελευταίο, αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, οι περιορισμοί κόστους των ηλιακών κυψελίδων είναι εξαιρετικά αυστηροί και, για να οραματιστούμε το PV σε κλίμακα terawatt, είναι απαραίτητο να μειωθεί (ή καλύτερα ακόμα, να αποφευχθεί) η χρήση κρίσιμων ή σπάνιων υλικών, όπως το ίνδιο ( Σε). Η τελευταία πτυχή, ωστόσο, είναι ακόμη δύσκολο να αντιμετωπιστεί, καθώς τα περισσότερα TCO ποιότητας συσκευής περιέχουν ίνδιο. Μία επιλογή είναι να μειωθεί το πάχος τέτοιων TCO, το οποίο στη συνέχεια απαιτεί να εναποτεθεί ένα δεύτερο στρώμα προκειμένου να διατηρηθεί η ιδανική οπτική (αντι-ανακλαστική) απόδοση. Αυτό, με τη σειρά του, αυξάνει τον αριθμό των σταδίων της διαδικασίας και, συνεπώς, την πολυπλοκότητα της διαδικασίας και το κόστος.
Αυτό το άρθρο ασχολείται με τη βελτιστοποίηση του TCO για ενσωμάτωση σε SHJ ηλιακά κύτταρα. Παρουσιάζεται μια μέτρηση για αξιολόγηση και συγκριτική αξιολόγηση διαφορετικών TCO όσον αφορά την καταλληλότητά τους για εφαρμογή σε SHJ κελιά. Για τη μείωση της οπτικής απώλειας στο μπροστινό TCO, είναι υποχρεωτική η χρήση υλικών με υψηλή διαφάνεια. Υψηλή κινητικότητα φορτίου-φορέα, συνήθως> 100 cm2/ Vs, επιτρέπει μείωση της πυκνότητας φορέα (σε σταθερή αντίσταση), μειώνοντας έτσι την οπτική απώλεια λόγω απορρόφησης ελεύθερου φορέα (FCA).
Στο παρελθόν έχουν ερευνηθεί διάφορα υλικά TCO «υψηλής κινητικότητας» με βάση το οξείδιο του ινδίου με διαφορετικά ντόπινγκ [6–13]. Όλα αυτά παρουσιάζουν εξαιρετικές ιδιότητες ως στρώματα TCO σε γυαλί και τα περισσότερα από αυτά είναι επίσης υψηλή CE Η κατασκευή στόχων, ωστόσο, είναι δύσκολη και το κόστος είναι υψηλό για πολλά από αυτά τα υλικά.
Υπάρχουν πλέον διαθέσιμα νέα TCO που μπορούν να υποστούν επεξεργασία σε παραγωγή μεγάλης κλίμακας από περιστρεφόμενους στόχους, αποδίδοντας υψηλή κινητικότητα και παράγοντας SHJ κύτταρα με υψηλό CE. Οι συνθήκες υπό τις οποίες η AZO ως εναλλακτική λύση χωρίς ινδικό και χαμηλού κόστους μπορεί να εφαρμοστεί σε κύτταρα SHJ υψηλής απόδοσης θα συζητηθούν αργότερα. Θα παρουσιαστεί επίσης σύγκριση κόστους των στόχων με βάση το ZnO και το ZnO.
Εικόνα 1. Φάσματα οπτικής απορρόφησης για διάφορους τύπους στρώματος πάχους TCO
TCO για SHJ ηλιακά κύτταρα
Στο παρελθόν, αρκετά υλικά TCO έχουν ερευνηθεί για χρήση σε ηλιακά κύτταρα SHJ Σημαντικές απαιτήσεις για αυτήν την εφαρμογή είναι η υψηλή αγωγιμότητα και η υψηλή διαφάνεια, με θερμοκρασίες επεξεργασίας κάτω των 200 ° C (λόγω της ευαισθησίας των παθητικών στρώσεων παθητικού πυριτίου με λεπτό υμένιο), καθώς και ο καλός σχηματισμός επαφής με τα γειτονικά στρώματα [14].
Μεταξύ ορισμένων σχετικών TCOs, πολυκρυσταλλικό Sn-doped In2O3(ITO) που αναπτύχθηκε σε θερμοκρασίες κάτω των 200 ° C, η οποία φθάνει στην κινητικότητα ηλεκτρονίων (μe) περίπου 40cm2/ Vs [3–5], βρήκε ευρεία εφαρμογή σε SHJ ηλιακά κύτταρα. Σε TCO βασισμένα σε νάρκωση με άλλα μέταλλα, όπως τιτάνιο (Ti) [15,16], ζιρκόνιο (Zr) [6,12,13], μολυβδαίνιο (Mo) [15,17–19] και βολφράμιο (W) [ 10,11], απόδοση μe τιμές μεγαλύτερες από 80 cm2/ Vs σε πυκνότητα φορτιστή (ne) που κυμαίνεται από 1 × 1020 έως 3 × 1020 cm-3.
Αυτά τα στρώματα μπορούν να εναποτίθενται μέσω μαγνητρονικού ψεκασμού, παλμικής εναπόθεσης λέιζερ (PLD) και επιμετάλλωσης ιόντων με εκκένωση τόξου DC ή αντιδραστική απόθεση πλάσματος (RPD). Από αυτά, ο ψεκασμός είναι η πιο καθιερωμένη μέθοδος μαζικής παραγωγής. Μια ακόμη μεγαλύτερη κινητικότητα μe> 100 cm2/ Vs μπορεί να επιτευχθεί για στερεό-φάση κρυσταλλωμένο (SPC) υδρογόνο (Η) -εγμένο σε2O3(IOH) [6–9] και δημήτριο (Ce) ICeO: H [7] ταινίες με 1 × 1020<>< 3="" ×="" 1020="">-3. Αυτές οι μεμβράνες εναποτίθενται σε χαμηλές θερμοκρασίες σε άμορφη μήτρα και στη συνέχεια ανόπτονται σε θερμοκρασίες πάνω από 150 ° C, γεγονός που οδηγεί σε υψηλές τιμές μe λόγω του σχηματισμού μεγάλων κόκκων.
Τα TCO που εισήχθησαν παραπάνω είναι ελκυστικά λόγω της εξαιρετικής τους οπτικοηλεκτρικής απόδοσης, αλλά μέχρι σήμερα κυρίως ITO και IWO: H έχουν βρει το δρόμο τους στη βιομηχανική παραγωγή. Ωστόσο, η έλλειψη ινδίου αποτελεί κίνητρο για την εφαρμογή εναλλακτικών TCO. Η AZO προσφέρει το πλεονέκτημα ότι διαθέτει πιο άφθονα σύνθετα υλικά. Στρώματα AZO με πάχος αρκετών εκατοντάδων νανομέτρων, εκτοξευμένα σε υψηλές θερμοκρασίες>, 250 ° C, αποδίδουν καλές οπτο-ηλεκτρονικές ιδιότητες [20] και επίσης σταθερότητα [21]
Λεπτά στρώματα πάχους μικρότερα από 100 nm εναποτίθενται σε θερμοκρασίες κάτω των 200 ° C, όπως απαιτείται για τα κύτταρα SHJ, σε αντίθεση εμφανίζουν κακή κρυσταλλική δομή, με αποτέλεσμα να έχουν χαμηλές τιμές κινητικότητας περίπου 20cm2 / Vs και κακή μακροπρόθεσμη σταθερότητα [22]. Ωστόσο, έχει αποδειχθεί βελτιωμένη σταθερότητα για τα ηλιακά κύτταρα SHJ εφαρμόζοντας ένα άμορφο οξείδιο του πυριτίου (a-SiO2) ανώτατο όριο [23].
Όπως υποδεικνύεται από το μeτιμές που λαμβάνονται, και ανάλογα με τις συνθήκες επεξεργασίας, τα διάφορα TCOs δείχνουν ένα ευρύ φάσμα κινητικότητας ηλεκτρονίων. Η αντίσταση φύλλων TCO (R▫) τα εύρη μπορούν να ταξινομηθούν όπως φαίνεται στον Πίνακα 1. Εδώ, ένα εύρος συγκέντρωσης φορέα 1,5 × 1020<. ne< 2,0="" ×="" 1020="">-3θεωρείται: αυτό αποτελεί έναν καλό συμβιβασμό για την επίτευξη χαμηλής FCA, καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και καλό σχηματισμό επαφής με γειτονικά στρώματα και πάχος TCO 75 nm για αντιανακλαστικές ιδιότητες.
Η συμμετρία στην επεξεργασία κυττάρων SHJ και η χρήση γκοφρετών (τύπου n) με πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής φορέα επιτρέπει σε κάποιον να επιλέξει ελεύθερα ποια επαφή (n ή p) βλέπει προς τα εμπρός. Η θέση της επαφής p (διασταύρωση) έχει αντίκτυπο στη βελτιστοποίηση του μπροστινού TCO για επίτευξη τόσο υψηλής διαφάνειας όσο και χαμηλής αντίστασης σειράς Rsτου κελιού [24-27]. Για να το αποδείξουμε αυτό, το Σχ. 2 δείχνει σχηματικές διατομές ηλιακών κυψελών διπλής και μονοφασικής SHJ σε διαμόρφωση οπίσθιας διασταύρωσης με όλες τις συνεισφορές Rs. Μια λεπτομερής ανάλυση των συστατικών Rs και των συνεισφορών τους στα ηλιακά κύτταρα SHJ μπορείτε να βρείτε στο Basset et al. [25] και Wang et al. [28]. Η υψηλή αγωγιμότητα, δηλαδή η πυκνότητα και η κινητικότητα, των ηλεκτρονίων στην γκοφρέτα c-Si, μαζί με την πολύ χαμηλή αντίσταση επαφής της επαφής n / TCO, ευνοεί την επιλογή της επαφής n να βρίσκεται στο μπροστινό μέρος («πίσω διασταύρωση»), καθώς η πλευρική τρέχουσα μεταφορά υποστηρίζεται σημαντικά από τη γκοφρέτα. Αυτό χαλαρώνει την απαίτηση αγωγιμότητας του TCO (αντίσταση φύλλου), επιτρέποντας έτσι μια βελτιστοποίηση προς την υψηλότερη διαφάνεια.
Για να επεξηγηθεί το αποτέλεσμα της προαναφερθείσας ελευθερίας στο σχεδιασμό κυψελών, το Σχ. 3 παρουσιάζει προσομοιωμένες καμπύλες Rs μαζί με πειραματικές τιμές που εξάγονται από ηλιακά κύτταρα, με παραλλαγή διεργασίας ITO ως συνάρτηση της αντοχής στο μπροστινό-TCO φύλλο. Οι πειραματικές τιμές επικυρώνουν τις τάσεις του μοντέλου [27]. Όπως μπορεί να φανεί καθαρά, ο σχεδιασμός της οπίσθιας διασταύρωσης προσφέρει ένα πλεονέκτημα για υψηλής αντοχής TCOs, επωφελούμενοι από την πλευρική υποστήριξη στην αγωγιμότητα ηλεκτρονίων στη γκοφρέτα Si Ο σχεδιασμός εμπρός-διασταύρωσης, από την άλλη πλευρά, είναι πιο ευνοϊκός για στρώματα TCO χαμηλής αντίστασης Αυτός ο σχεδιασμός εκμεταλλεύεται τη χαμηλότερη εγκάρσια συνεισφορά Rs, καθώς τα ηλεκτρόνια, που έχουν μεγαλύτερη κινητικότητα από τις τρύπες, ταξιδεύουν στο πίσω μέρος της γκοφρέτας (με τη φωτοπαραγωγή να συμβαίνει κυρίως κοντά στην μπροστινή πλευρά). Η αντιστάθμιση μεταξύ των πλευρικών και εγκάρσιων συνεισφορών Rs θα καθορίσει ποιος σχεδιασμός ηλιακών κυψελών είναι πιο κατάλληλος, ανάλογα με τη διαθέσιμη αντίσταση φύλλων TCO.
Το R▫εύρη για διαφορετικά TCO που αναφέρονται στη βιβλιογραφία και όπως ορίζεται στον Πίνακα 1 φαίνονται στο Σχ. 3 με την αντίστοιχη χρωματική σκίαση. TCO με χαμηλό R▫(κόκκινο) είναι πιο ευεργετικά όταν εφαρμόζονται σε μια συσκευή εμπρός διασταύρωσης, ενώ τα TCO με μεσαίο εύρος R▫(μπλε) βρίσκονται σε μια μεταβατική περιοχή όπου το RsΗ διαφορά μεταξύ συσκευών εμπρός και κόμβου είναι αρκετά μικρή Αντίθετα, TCO με υψηλό R▫(γκρι) είναι σαφώς πλεονεκτικά όταν εφαρμόζονται σε σχεδίαση οπίσθιας διασταύρωσης. Αυτό είναι ευνοϊκό για το AZO, για παράδειγμα, με το να είναι πολύ διαφανές αλλά όχι πολύ αγώγιμο, αλλά παράγει την ίδια απόδοση SHJ κυττάρων> 23% με το κελί αναφοράς ITO [23] Στο Helmholtz-Zentrum Berlin, τα ηλιακά κύτταρα SHJ με το μπροστινό TCO με βάση ITO και AZO έχουν επιτύχει πιστοποιημένο CE πάνω από 23,5% [29].
Μια άλλη προσέγγιση που εκμεταλλεύεται την υποστήριξη πλευρικής μεταφοράς γκοφρέτας, που αποδεικνύεται από ορισμένες ερευνητικές ομάδες [27,30] και στην πιλοτική παραγωγή [31], είναι η εφαρμογή λεπτότερων TCOs, που μειώνει την παρασιτική απορρόφηση, διατηρώντας έτσι ή βελτιώνοντας το CE των ηλιακών κυττάρων. Η εφαρμογή ενός λεπτότερου στρώματος TCO, ωστόσο, απαιτεί ένα δεύτερο στρώμα στην κορυφή - για παράδειγμα, SiO2ή Σι3N4- για τη διατήρηση της βέλτιστης αντι-αντανάκλασης (AR) [32–34].
Για τον ακριβή ποσοτικό προσδιορισμό της οπτικής απόδοσης διαφορετικών TCO όταν υλοποιούνται στη στοίβα κυψελών, δηλαδή προσδιορίστε τη συγκεκριμένη απώλεια στην πυκνότητα ρεύματος βραχυκυκλώματος (JscΠραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις με ένα εργαλείο λογισμικού ανίχνευσης ακτίνων (GenPro4 [35]). Λαμβάνοντας υπόψη την απώλεια ισχύος που σχετίζεται με το TCO στην κυψέλη λόγω τόσο της αύξησης των Rs όσο και της μείωσης του Jsc, διάφορα υλικά TCO συγκρίθηκαν, όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Για το σκοπό αυτό, μια ηλιακή κυψέλη αναφοράς με CE=23,3 Το% ελήφθη υπόψη, χωρίς απώλειες που σχετίζονται με TCO στο Jscκαι Rs(FF). Τα IOH, ITO και AZO μελετήθηκαν ως παραδείγματα του χαμηλού R▫, στα μέσα του R▫και υψηλό-R▫καθεστώτα αντίστοιχα.
Μελετήθηκαν εφαρμογές τυπικού πάχους 75 nm («πάχους») και οπτικά βελτιστοποιημένων λεπτότερων («λεπτών») TCO. Για μια δίκαιη σύγκριση (δηλαδή για να παραμείνετε στο AR βέλτιστο σε κάθε περίπτωση), όλα τα κελιά (με «παχιά» και «λεπτά» TCOs) ολοκληρώθηκαν με ένα a-SiO2στρώμα κάλυψης. Η αντίσταση επαφής στις διεπαφές TCO / Ag και TCO / Si θεωρήθηκε ότι είναι (χαμηλή και) ίση και για τα τρία TCO, η οποία, φυσικά, είναι απλοποίηση. Αυτό θα συζητηθεί αργότερα και θα παρουσιαστεί στους Haschke et al. [36]. Περισσότερες λεπτομέρειες για τα βελτιστοποιημένα πάχη στρώματος και τα αποτελέσματα προσομοίωσης μπορείτε να βρείτε στο Cruz et al. [27].
Τα γραφήματα στο Σχ. 4 δείχνουν την απώλεια ισχύος που σχετίζεται με το TCO λόγω της μείωσης του Jsc και της αύξησης του Rs, για συσκευές οπίσθιας διασταύρωσης (Εικ. 4 (α)) και εμπρός κόμβος (Εικ. 4 (β)). Είναι σαφές ότι το IOH ξεπερνά τα άλλα δύο TCO λόγω των εξαιρετικών οπτικο-ηλεκτρονικών ιδιοτήτων του και στις δύο περιπτώσεις. Στο Σχ. 4 (α), δείχνοντας τα παχιά ITO και AZO, τα υλικά αντισταθμίζουν τις απώλειες CE, καθώς η χαμηλότερη αγωγιμότητα AZO δείχνει χαμηλότερη παρασιτική απορρόφηση από την ITO. Όταν συγκρίνεται με τις λεπτότερες εκδόσεις των TCO, μπορεί να παρατηρηθεί ότι η απώλεια CE ελαττώνεται ελαφρά ως αποτέλεσμα της μειωμένης παρασιτικής απορρόφησης TCO. Το ITO ωφελεί σαφώς περισσότερα από αυτήν την αραίωση, λόγω της συγκριτικά υψηλότερης παρασιτικής απορρόφησής του, οδηγώντας τελικά σε ένα ελαφρώς καλύτερο CE από ό, τι με το AZO. Αυτό δείχνει ότι τα λεπτότερα TCO με βελτιωμένα οπτικά μπορούν να εφαρμοστούν σε διαμόρφωση οπίσθιας διασταύρωσης και θα είναι επωφελώς όσον αφορά το CE.
Αντίθετα, κοιτάζοντας το σχέδιο εμπρόσθιας διασταύρωσης στο Σχ. 4 (b), μπορεί να φανεί ότι η υψηλή αγωγιμότητα IOH δεν θα υποφέρει από τη χαμηλότερη πλευρική μεταφορά μεταφοράς από τη γκοφρέτα. Η χαμηλότερη αγωγιμότητα ITO και AZO, ωστόσο, αυξάνει τις απώλειες αντίστασης. Η μείωση του πάχους του ITO δεν οδηγεί σε πλεονέκτημα CE, ενώ στην περίπτωση του AZO είναι σαφώς μειονεκτικό. Μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι ένα TCO υψηλής αγωγιμότητας, εδώ το IOH στο παράδειγμα, μπορεί να εφαρμοστεί και στις διαμορφώσεις των ηλιακών κυψελών πίσω και μπροστά, χωρίς σημαντικές διαφορές στις απώλειες CE. Τα TCO χαμηλότερης αγωγιμότητας - όπως ITO και AZO - θα υποφέρουν από τα υψηλότερα πλευρικά Rs που υπάρχουν στη διαμόρφωση της μπροστινής διασταύρωσης. Η αραίωση του TCO σε ηλιακά στοιχεία οπίσθιας διασταύρωσης είναι επωφελής εάν το TCO υπερβαίνει ένα ορισμένο όριο απορρόφησης, ακόμη και για ένα TCO με χαμηλή αγωγιμότητα, εδώ το AZO στο παράδειγμα. Σε μια σχεδίαση εμπρόσθιας διασταύρωσης, η αραίωση θα αποφέρει μόνο μικρά οφέλη ή μπορεί ακόμη και να είναι δυσμενής για TCO χαμηλότερης αγωγιμότητας όπως το AZO.
Απόδοση βιομηχανικών TCO υψηλής κινητικότητας
Προκειμένου να ελεγχθεί η υψηλή κινητικότητα, τα TCOs που είχαν φρεσκάδα σε υψηλό ρυθμό με DC sputtering από στόχους σωλήνων, όπως πραγματοποιήθηκε σε μαζική παραγωγή μεγάλης κλίμακας, χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικά υλικά για το μπροστινό TCO σε ηλιακά κύτταρα SHJ διπλής όψης. Δοκιμάστηκαν δύο τύποι TCO υψηλής κινητικότητας, δηλαδή το οξείδιο του ινδίου με προσθήκη τιτανίου (ITiO) και το οξείδιο του ινδίου με έναν μη γνωστό τύπο ντόπινγκ («Υ») Επιπλέον, δοκιμάστηκε ITO με διάφορες συγκεντρώσεις ντόπινγκ, δηλαδή περιέχοντας 97% οξείδιο ινδίου και 3% οξείδιο κασσιτέρου στο στόχο ('97 / 3 ') και ITO 99/1. Ως υλικό αναφοράς, το ITO 97/3 εφαρμόστηκε στην πίσω πλευρά όλων των κυψελών. Συμπεριλήφθηκε επίσης μια ομάδα κελιών με ITO 95/5 τόσο στην μπροστινή όσο και στην πίσω πλευρά.
Τα αντίστοιχα στρώματα δοκιμής στο γυαλί αποκάλυψαν αντίσταση φύλλου TCO στην περιοχή 36–136 Ω μετά την απόθεση και ανόπτηση για 30 λεπτά στους 200 ° C υπό συνθήκες περιβάλλοντος, κάτι που είναι συγκρίσιμο με τη σκλήρυνση που πραγματοποιήθηκε μετά την εκτύπωση. Αυτό είναι ένα κατάλληλο εύρος για την εφαρμογή ως εμπρόσθια επαφή σε ηλιακά κύτταρα SHJ πίσω-διασταύρωσης, όπως συζητήθηκε προηγουμένως (βλ. Εικ. 3). Πρέπει, ωστόσο, να ληφθεί υπόψη ότι τα στρώματα TCO που εναποτίθενται σε γυαλί ενδέχεται να εμφανίζουν ιδιότητες (κινητικότητα φορέα) διαφορετικές από εκείνες όταν τα στρώματα εναποτίθενται σε πυρίτιο, όπως απαιτείται για τα ηλιακά κύτταρα. Αυτό αποδίδεται σε δύο αποτελέσματα [29]: (1) διαφορετική κρυσταλλική πυρήνωση και, επομένως, δομή κόκκων (2) διαφορετική περιεκτικότητα σε υδρογόνο που διαχέεται από τη στιβάδα πυριτίου στο TCO.
Τα στρώματα ITiO και Y εμφανίζουν υψηλή κινητικότητα έως και 90cm2 / Vs, αλλά με διαφορετικές πυκνότητες φορέα φόρτισης, δηλαδή 2 × 1020εκ-3και ~ 0,8 × 1020εκ-3αντίστοιχα. Για ταινίες ITO97 / 3 και ITO99 / 1, χαμηλότερες τιμές κινητικότητας, περίπου 60 και 70 cm2/ Vs σε πυκνότητα φορέα φόρτισης 2,7 × 1020 cm-3και 1,8 × 1020εκ-3μετρήθηκαν αντίστοιχα. Ως αποτέλεσμα της πολύ χαμηλής πυκνότητας φορέα-φορτίου, τα υμένια Υ έδειξαν τη χαμηλότερη παρασιτική απορρόφηση στην εγγύς υπέρυθρη περιοχή (βλέπε Εικ. 1), γεγονός που καθιστά αυτό το υλικό το πιο ελπιδοφόρο για την επίτευξη του υψηλότερου Jsc και, ενδεχομένως, του υψηλότερο CE στα ηλιακά κύτταρα.
οI–VΟι παράμετροι καθεμιάς από τις ομάδες δοκιμής φαίνονται στο Σχ. 5. Όλες οι κυψέλες παρουσιάζουν συγκρίσιμες τάσεις ανοιχτού κυκλώματος (Vογ), με διάμεσους στο στενό εύρος των 737-738 mV. Αυτό επιβεβαιώνει ότι η παθητικοποίηση δεν υποβαθμίστηκε λόγω διαφορετικής βλάβης του ψεκασμού. Όπως αναμενόταν, τα ηλιακά κύτταρα με TCOs υψηλής κινητικότητας απέδωσαν το υψηλότερο Jscτιμές, με διάμεση τιμή 39,0 mA / cm2και 39,2 mA / cm2για ITiO και Y αντίστοιχα. Αυτό είναι έως 0,5 mA / cm2υψηλότερο από αυτό που επιτεύχθηκε με την αναφορά ITO97 / 3.
Παρά το υψηλόJscκαι καλόVογτιμές, ωστόσο, τα κελιά με επαφή εμπρός Υ δεν παρήγαγαν τις υψηλότερες αποδόσεις. Η υψηλότερη διάμεση τιμή CE 22,9% στην πραγματικότητα λήφθηκε για ITO99 / 1, ενώ η υψηλότερη τιμή CE 23,3% μετρήθηκε για ένα κελί με ITiO. Το χαμηλότερο CE στην περίπτωση των δειγμάτων Υ προκύπτει από το χαμηλότερο διάμεσο FF μόνο περίπου 77%, το οποίο οφείλεται σε τιμή Rs που είναι σημαντικά υψηλότερη. Στην πραγματικότητα, τα κελιά με μια μπροστινή επαφή Y αποδίδουν τις υψηλότερες μέσες τιμές Rs 1,3-1,6 Ω cm2. Αντίθετα, η μέση τιμή Rs είναι 0,9 Ω cm2για τα κύτταρα ITO99 / 1, με αποτέλεσμα σημαντικά υψηλότερη διάμεση τιμήFF79,5%.
Πίνακας 1. Σύγκριση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων διαφορετικών TCO.
Σχήμα 2. Σχηματικές όψεις εγκάρσιας τομής των ηλιακών κυψελών ετεροσύνδεσης πυριτίου οπίσθιας σύνδεσης (SHJ): (β) σχεδιασμός μονοφασικών κυψελών, με τα στοιχεία της σειράς αντίστασης (Rs).
Σχήμα 3. Αντίσταση σειράς έναντι μπροστινής αντίστασης φύλλου TCO για ηλιακά στοιχεία SHJ εμπρός και πίσω διασταύρωσης Οι καμπύλες αντιπροσωπεύουν προσομοιωμένα αποτελέσματα, ενώ τα κουτιά δείχνουν αποτελέσματα για μετρημένα κελιά με παραλλαγή ITO.
Σημασία της χαμηλής αντίστασης επαφής
Η υψηλή αντίσταση των κυψελών με (χαμηλή πυκνότητα φορέα και) υψηλή κινητικότητα TCO είναι στην πραγματικότητα μια πτυχή που πρέπει να αντιμετωπιστεί. Πιο συγκεκριμένα, τα δύο κύρια συστατικά του RsΕδώ είναι η αντίσταση επαφής των TCOs με τα στρώματα επαφής πυριτίου n-και p-doped, τα οποία έχουν διερευνηθεί λεπτομερώς στη βιβλιογραφία [37-40]. Στην περίπτωση ηλιακών κυττάρων που βασίζονται σε ν-ντόπινγκ, η αντίσταση επαφής του TCO με τα στρώματα Si με ν-ντόπινγκ μπορεί να χαρακτηριστεί με διάφορες, σχετικά απλές, τεχνικές, όπως οι Cox και Strack [41] ή μετάδοση -line [42] μεθόδους. Η αντίσταση επαφής του TCO με το p-doped στρώμα Si (TCO / p), αντίθετα, είναι πιο δύσκολη στην πρόσβαση, επειδή σχηματίζεται μια σύνδεση. Όπως φαίνεται από τους Basset et al. [21] και Wang et al. [24], για παράδειγμα, μια απλή μέθοδος για την εξαγωγή της τιμής του RsΤο στοιχείο είναι να παράγει όλα τα προσβάσιμα συστατικά του Rs, και η υπόλοιπη τιμή συμπεραίνεται ότι είναι η αντίσταση επαφής TCO / p.
Η αντίσταση επαφής ρcεξαρτάται από τη λεπτομερή ευθυγράμμιση της ζώνης και την κάμψη της ζώνης, καθώς και από τις καταστάσεις ελαττωμάτων διεπαφής. Ως εκ τούτου, πολλές παράμετροι είναι σημαντικές, συγκεκριμένα η ενέργεια ενεργοποίησης του ενισχυμένου στρώματος Si και η πυκνότητα φορέα-φορτίου, αλλά και η διαφορά λειτουργικής εργασίας μεταξύ των δύο υλικών. Procel et αϊ. [38] έδειξε ότι ρcείναι ελάχιστη όταν τα ενισχυμένα στρώματα εμφανίζουν χαμηλές τιμές ενέργειας ενεργοποίησης, όπως αυτές που λαμβάνονται με νανοκρυσταλλικά στρώματα πυριτίου αντί για άμορφα στρώματα.
Επιπλέον, η πυκνότητα φορτίου-φορέα του TCO πρέπει να είναι πολύ πάνω από 1 × 1020εκ-3; Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την επαφή TCO / p, για την οποία απαιτείται αποτελεσματικός ανασυνδυασμός οπών και ηλεκτρονίων στην επαφή. Όσον αφορά την επιλογή και τη βελτιστοποίηση των επιπέδων TCO, αυτό συνεπάγεται την εύρεση ενός βέλτιστου για το ne, το οποίο πρέπει να είναι αρκετά υψηλό για να επιτυγχάνεται αρκετά χαμηλό ρcτιμές, αλλά, ταυτόχρονα, πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερες για τον περιορισμό της παρασιτικής απορρόφησης (FCA).
Σε ένα πιο πρόσφατο πείραμα, επιλέχθηκε ένα στρώμα Υ με υψηλότερη πυκνότητα φορέα. Το Σχ. 8 δείχνει τις διαθέσιμες ιδιότητες ρυθμίζοντας τη διαδικασία. Πράγματι, για το προσαρμοσμένο TCO, το κύτταρο FF ανέκαμψε, αλλά στο κόστος μιας μικρής μείωσης στο Jscλόγω της πρόσθετης FCA. Συνολικά, το CE αυξήθηκε ακόμη και σε επίπεδο παρόμοιο με εκείνο που βρέθηκε για τις καλύτερες ομάδες στο Σχ. 5, το οποίο δείχνει τη σημασία του προσεκτικού συντονισμού των επιπέδων και των ιδιοτήτων της διεπαφής.
Σχήμα 4. Απώλεια ισχύος που σχετίζεται με την τρέχουσα πυκνότητα (Ploss J) και απώλεια ισχύος που σχετίζεται με την αντίσταση της σειράς (Ploss R) για (a) οπίσθια σύνδεση και (b) μπροστινή σύνδεση SHJ. Οι τιμές απώλειας απόδοσης μετατροπής (CE) υποδεικνύονται από τις διακεκομμένες γραμμές. Αυτές οι απώλειες σχετίζονται με ένα ηλιακό στοιχείο αναφοράς με 23,3% CE, που αντιπροσωπεύεται από το μωβ διαμάντι στο (0,0) Τα γεμάτα σύμβολα αντιπροσωπεύουν TCO πάχους 75nm (στάνταρ) αλλά με επίστρωση αντι-αντανάκλασης (ARC) στην κορυφή, ενώ τα ανοιχτά σύμβολα αντιπροσωπεύουν λεπτότερα (βελτιστοποιημένα) στρώματα TCO, επίσης με ARC.
Βιομηχανικές πτυχές: κόστος-στόχος
Οι συνηθισμένοι τύποι στόχου TCO που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία κρυσταλλικού πυριτίου είναι οι περιστρεφόμενοι στόχοι, οι οποίοι είναι κυλινδρικά κελύφη του υλικού TCO που συνδέονται σε ένα σωλήνα υποστήριξης κατασκευασμένο από μέταλλο. Όσο μεγαλύτερος είναι ο σωλήνας, τόσο περισσότερα κελύφη πρέπει να χρησιμοποιούνται για τον στόχο του σωλήνα. Ο λόγος για τον οποίο η βιομηχανία προτιμά αυτόν τον τύπο στόχου για εκτόξευση TCOs είναι το πολύ υψηλότερο ποσοστό χρησιμοποίησης του υλικού στόχου TCO από αυτό για τους επίπεδες τύπους στόχου TCO. Το ποσοστό χρησιμοποίησης του υλικού στόχου που μπορεί να επιτευχθεί με έναν περιστρεφόμενο στόχο είναι συνήθως ≥80%. Αυτό παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην περίπτωση που τα υλικά TCO είναι ακριβά, όπως τα TCO με βάση το ίνδιο. Όσον αφορά τα TCO στη βιομηχανία κρυσταλλικού πυριτίου, τα TCO με βάση το ίνδιο κυριαρχούν λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων τους στο στρώμα (όπως φαίνεται και νωρίτερα). Ωστόσο, ορισμένοι παράγοντες της αγοράς προσφέρουν επίσης TCO με βάση τον ψευδάργυρο για τον ίδιο σκοπό. Πράγματι, υπάρχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα για τη χρήση TCO με βάση τον ψευδάργυρο. Ένα πλεονέκτημα είναι το χαμηλότερο κόστος ενός στόχου σωλήνα με βάση ψευδάργυρο διαστάσεων πανομοιότυπες με εκείνες ενός στόχου με βάση το ίνδιο, ενώ η χαμηλότερη αγωγιμότητα του ψευδαργύρου παρουσιάζει ορισμένους περιορισμούς στο σχεδιασμό των ηλιακών κυψελών, όπως συζητήθηκε προηγουμένως και απεικονίστηκε στο Σχ. 3.
Το Σχ. 6 δείχνει το συγκεκριμένο κόστος-στόχο ανά cm3στόχων σωλήνων για TCO με βάση τον ψευδάργυρο και TCO με βάση το ίνδιο · Σημειώστε ότι το κόστος του υποστηρικτικού σωλήνα εξαιρείται από το κόστος-στόχο. Τα σημεία δεδομένων συλλέχθηκαν από προμηθευτές στόχους σε όλο τον κόσμο. Ο μικρότερος αριθμός σημείων δεδομένων για TCO με βάση τον ψευδάργυρο μπορεί να αποδοθεί στην έλλειψη ενδιαφέροντος για αυτό το υλικό που έχει δείξει η βιομηχανία κρυσταλλικού πυριτίου μέχρι στιγμής.
Κάποια διασπορά στο κόστος-στόχο υπάρχει λόγω των διαφορετικών υλικών εντός της ομάδας ψευδαργύρου και εντός της ομάδας ινδίου ή λόγω διαφορετικών προμηθευτών. Τα σημεία δεδομένων που υποδηλώνουν υψηλότερο κόστος-στόχο και στις δύο ομάδες μπορούν να εξηγηθούν με λιγότερο κοινές συνθέσεις ή / και δαπανηρές διαδικασίες κατασκευής ή / και υψηλά περιθώρια. Τα σημεία χαμηλότερου κόστους που παρατηρούνται και στις δύο ομάδες θα πρέπει να είναι αντιπροσωπευτικές τιμές κόστους για παραγωγούς ηλιακών κυψελών με αρκετές εκατοντάδες ετήσια στόχους σωλήνων.
Μια σύγκριση της χαμηλότερης τιμής και στις δύο ομάδες αποκαλύπτει ότι TCO με βάση το Zn (κόστος στόχου ~ 0,6 $ / cm3) μπορεί να είναι περίπου το ένα τέταρτο της τιμής των TCO με βάση (κόστος στόχου ~ 2,6 $ / cm3). Πρέπει να επισημανθεί, ωστόσο, ότι αυτά τα σημεία δεδομένων είναι ένα στιγμιότυπο της παρούσας κατάστασης και σύντομα πιθανώς θα καταστούν άνευ αντικειμένου, ανάλογα με την αστάθεια του χρηματιστηρίου σε σχέση με το υλικό πρώτων υλών, ιδίως το ίνδιο.
Σχήμα 5. Παράμετροι I-V διφασικών ηλιακών κυττάρων μεγέθους 4cm2 με διάφορα μπροστινά TCO και ITO 97/3 στην πίσω πλευρά. Το ITO 95/5, DC που εκτοξεύτηκε από έναν στόχο σωλήνα στο HZB, συμπεριλήφθηκε ως αναφορά.
Βιομηχανικές πτυχές: μαζική παραγωγή
Εκτός από την επιθυμία να εφαρμοστούν TCO χωρίς ινδικό με σκοπό τη βελτίωση των λειτουργικών δαπανών (OPEX), είναι προς το συμφέρον να έχουμε ένα μεγάλο εργαλείο κατασκευής sputtering που μπορεί να παράγει υψηλής ποιότητας επίστρωση TCO με χαμηλό κόστος. Το Σχήμα 7 δείχνει το εξαιρετικά παραγωγικό σύστημα ψεκασμού XEA|nova L από το VON ARDENNE, το οποίο μπορεί να καταθέσει στρώματα TCO σε απόδοση 8.000 M6 γκοφρέτες ανά ώρα στη βασική έκδοση και σε ακόμη υψηλότερη απόδοση χρησιμοποιώντας πακέτα αναβάθμισης. Κατά τη διάρκεια του 2019, ο εξοπλισμός XEA|nova έγινε μέρος μιας βιομηχανικής γραμμής παραγωγής που έφτασε σε κορυφαίες αποδόσεις κυψελών άνω του 24% χρησιμοποιώντας ταινίες TCO παρόμοιες με αυτές που διερευνήθηκαν εδώ.
Προκειμένου να επιτευχθεί υψηλή απόδοση, ο ρυθμός απόθεσης των στρωμάτων TCO πρέπει να είναι υψηλός, πράγμα που μπορεί να πραγματοποιηθεί εφαρμόζοντας υψηλή ισχύ DC στον στόχο του σωλήνα. Ωστόσο, οι ιδιότητες TCO πρέπει ακόμη να διατηρηθούν όταν το TCO προετοιμάζεται σε υψηλότερες πυκνότητες ισχύος. Το Σχ. 8 δείχνει την κινητικότητα ηλεκτρονίων και την πυκνότητα φορέα φορτίου των φιλμ TCO, που εκτοξεύονται στα 4kW και 8kW από στόχους κεραμικών σωλήνων του τύπου TCO «Y» Υψηλή κινητικότητα περίπου 80 cm2/ Vs θα μπορούσε να επιτευχθεί σε επίπεδο ισχύος 4kW μετά την απόθεση. Η αύξηση της ισχύος ψεκασμού στα 8 kW μειώνει τη μέγιστη κινητικότητα κατά 10% κατ 'ανώτατο όριο. Είναι ενδιαφέρον ότι η κινητικότητα θα μπορούσε να αυξηθεί περαιτέρω, έως και 100 cm2/ Vs, ανόπτηση των φιλμ για 30 λεπτά στους 200 ° C, όπως φαίνεται στο Σχ. 8.
Σχήμα 6. Συγκεκριμένο κόστος στόχου ανά cm3 του υλικού στόχου για TCO με βάση ινδικό και ψευδάργυρο.
Συμπεράσματα
Η τεχνολογία ηλιακών κυψελών SHJ έχει αποδειχθεί ότι είναι σημαντικός παράγοντας στο δρόμο για την αύξηση του μεριδίου της στην παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Αυτό οφείλεται στις πολύ υψηλές αποδόσεις μετατροπής που επιτυγχάνονται και στη λιτή διαδικασία παραγωγής.
Όσον αφορά τον ρόλο των TCO, πρέπει να εξεταστούν τρεις πτυχές για να ενισχυθούν οι προοπτικές της τεχνολογίας SHJ να κάνουν επιπλέον εισροές στη βιομηχανία ηλιακών κυττάρων:
1. Περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης των κυττάρων.Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την εφαρμογή TCO υψηλής κινητικότητας που είναι κατάλληλα για μαζική παραγωγή. Αποδείχθηκε ότι τα TCOs υψηλής κινητικότητας μπορούν να διασκορπιστούν σε υψηλή απόδοση και αυτά τα TCO δοκιμάστηκαν σε ηλιακά κύτταρα SHJ. Παρόλο που το CE αυτών των κυττάρων SHJ είναι υψηλό, εξακολουθεί να υστερεί σε σχέση με αυτό των κυττάρων αναφοράς με το καλύτερο μπροστινό TCO ITO, παρά τη χαμηλότερη απορρόφηση και την υψηλότερη κινητικότητα Αυτό οφείλεται στην αυξημένη αντίσταση επαφής των TCO με τα n- και / ή p-doped σιλικόνη επαφές. Ο καλύτερος συντονισμός του TCO και η εφαρμογή των επιπέδων επαφής και / ή η βελτιστοποίηση διασύνδεσης θα πρέπει να αντιμετωπιστούν προκειμένου να μειωθούν περαιτέρω οι απώλειες αντίστασης σε αυτές τις διεπαφές και, συνεπώς, να αποκομίσουν τα πλήρη οφέλη των ανώτερων ιδιοτήτων TCO.
2. Μειώστε τη χρήση σπάνιων (και ακριβών) υλικών, ιδίως ινδίου.Μια ελκυστική επιλογή για την εξοικονόμηση κόστους υλικού είναι η μείωση του πάχους TCO. Αυτό είναι ακόμα πιο ελκυστικό με δαπανηρά υψηλής αγωγιμότητας (υψηλή κινητικότητα) TCO. Ωστόσο, απαιτείται ένα άλλο βήμα διαδικασίας για την κατάθεση ενός δεύτερου στρώματος αντι-αντανακλαστικής (κάλυψης) (ARC) πάνω από το TCO προκειμένου να μειωθούν οι απώλειες ανάκλασης. Εναλλακτικά, όπως φαίνεται σε αυτό το έγγραφο, TCOs χαμηλότερης αγωγιμότητας (AZO στο παράδειγμα που δίνεται) μπορούν να εφαρμοστούν σε ηλιακά στοιχεία πίσω διασταύρωσης χωρίς συμβιβασμούς στο CE. Αυτό αποκτά συνάφεια όσον αφορά το κόστος: στην ανάλυση που παρουσιάζεται, οι στόχοι που βασίζονται σε ZnO δείχνουν χαμηλότερο κόστος στα 0,6 $ / cm3για υλικό στόχου, σε σύγκριση με 2,6 $ / cm3για στόχους με βάση. Η περιορισμένη σταθερότητα του AZO μπορεί να αντιμετωπιστεί, για παράδειγμα, καλύπτοντάς το με διηλεκτρικό στρώμα (a-SiO2ή a-SiNx).
3. Μειώστε το κόστος εξοπλισμού PVD.Η κλιμάκωση και η αύξηση της απόδοσης των γραμμών παραγωγής TCO είναι ο σωστός τρόπος, με το DC sputtering να είναι έτοιμο για παραγωγή υψηλής απόδοσης TCOs υψηλής απόδοσης.
Ευχαριστίες
Η χρηματοδότηση από το γερμανικό ομοσπονδιακό υπουργείο οικονομικών και ενέργειας (BMWi) στο πλαίσιο του έργου Dynasto στο # 0324293 αναγνωρίζεται με ευγνωμοσύνη.
Σχήμα 8. Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των στρωμάτων TCO διασκορπίστηκαν στα 4kW και 8kW από τους στόχους κεραμικών σωλήνων του TCO τύπου 'Y', στην κατάσταση όπως έχει κατατεθεί και μετά από ανόπτηση για 30 λεπτά στους 200 ° C σε συνθήκες περιβάλλοντος.
Ευχαριστίες
Η χρηματοδότηση από το γερμανικό ομοσπονδιακό υπουργείο οικονομικών και ενέργειας (BMWi) στο πλαίσιο του έργου Dynasto στο # 0324293 αναγνωρίζεται με ευγνωμοσύνη.
βιβλιογραφικές αναφορές
[1] Chunduri, SK& Schmela, M. 2019, "Heterojunction solar technology", Taiyang News [http://taiyangnews.info/TaiyangNews_Report_ Heterojunction_Solar_Technology_2019_EN_ download_version2.pdf].
[2] Ballif, C. et al. 2019, «Επίλυση όλων των σημείων συμφόρησης για την τεχνολογία ετεροσύνδεσης πυριτίου», Photovoltaics International, 42nd Edition, p. 85.
[3] Frank, G.& Köstlin, Η. 1982, «Ηλεκτρικές ιδιότητες και μοντέλο ελαττωμάτων στρώσεων οξειδίου του ινδίου με προσθήκη κασσίτερου», Αρ. Φυσ. Α, Τομ. 27, Νο. 4, σελ. 197–206 [https: // doi. org / 10.1007 / BF00619080].
[4] Hamberg, I.& Granqvist, CG 1986, «Εξατμισμένα Sn» μεμβράνες In2O3 με προσβολή: Βασικές οπτικές ιδιότητες και εφαρμογές σε ενεργειακά αποδοτικά παράθυρα », J. Appl. Phys., Τομ. 60, Νο. 11, σελ. R123 – R160 [https: // doi. org / 10.1063 / 1.337534].
[5] Balestrieri, Μ. Et αϊ. 2011, «Χαρακτηρισμός και βελτιστοποίηση μεμβρανών οξειδίου του κασσιτέρου ινδίου για ηλιακά κύτταρα ετεροσύνδεσης», Sol Ενέργεια Σολ. Cells, τομ. 95, Νο. 8, σελ. 2390–2399 [https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.04.012].
[6] Koida, T.& Kondo, M. 2007, «Συγκριτικές μελέτες διαφανών αγώγιμων Ti-, Zr- και Sn-doped In2O3 χρησιμοποιώντας μια συνδυαστική προσέγγιση», J. Appl. Phys., Τομ. 101, Νο. 6, σελ. 063713 [https: // doi. org / 10.1063 / 1.2712161].
[7] Kobayashi, E., Watabe, Y.& Yamamoto, Τ. 2015, «Υψηλής κινητικότητας διαφανείς αγώγιμες λεπτές μεμβράνες από υδρογονωμένο οξείδιο ινδίου με προσβολή με δημήτριο», Αρ. Φυσ. Expr., Τομ. 8, Νο. 1, σελ. 015505 [https: // doi. org / 10.7567 / APEX.8.015505].
[8] Macco, Β. Et αϊ. 2014, «Υψηλή κινητικότητα In2O3: H διαφανή αγώγιμα οξείδια που παρασκευάζονται με απόθεση ατομικής στιβάδας και κρυστάλλωση στερεάς φάσης», physica status solidi (RRL), Vol. 8, Νο. 12, σελ. 987–990 [https://doi.org/10.1002/pssr.201409426].
[9] Erfurt, D. et al. 2019, «Βελτιωμένες ηλεκτρικές ιδιότητες παλλόμενου μαγνητρονίου DC ψεκασμένου υδρογόνου με οξείδιο ινδίου μετά από ανόπτηση στον αέρα», Mater Επιστήμη Σεμίκιο. Proc., Τομ. 89, σελ. 170–175 [https://doi.org/10.1016/j.mssp.2018.09.012].
[10] Yu, J. et al. 2016, "Tungsten doped dopium oxide film: Ready for difacial metallization of silicon heterojunction solar cell", Sol. Ενέργεια Σολ. Cells, τομ. 144, σελ. 359–363 [https: // doi. org / 10.1016 / j.solmat.2015.09.033].
[11] Newhouse, PF et al. 2005, «Υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων W-doped In2O3 λεπτές μεμβράνες με παλμική απόθεση λέιζερ», Appl Φυσ. Lett., Τομ. 87, Νο. 11, σελ. 112108 [https://doi.org/10.1063/1.2048829].
[12] Asikainen, T., Ritala, M.& Leskelä, M. 2003, «Αύξηση απόθεσης ατομικής στιβάδας από φιλμ In2O3 με προσμίξεις ζιρκονίου», Thin Solid Films, Vol. 440, Νο. 1, σελ. 152–154 [https://doi.org/10.1016/S0040- 6090 (03) 00822-8].
[13] Morales-Masis, M. et al. 2018, «Πολύ αγώγιμο και ευρυζωνικό διαφανές Z2-doped In2O3 ως μπροστινό ηλεκτρόδιο για ηλιακά κύτταρα», IEEE J. Photovolt., Pp. 1–6 [https://doi.org/10.1109/ JPHOTOV.2018.2851306].
[14] Morales ‐ Masis, M. et al. 2017, "Διαφανή ηλεκτρόδια για αποτελεσματική οπτοηλεκτρονική", Adv. Ηλεκτρόνιο. Mater., Τομ. 3, αρ. 5, σελ. 1600529 [https: // doi. org / 10.1002 / aelm.201600529].
[15] Delahoy, AE& Guo, SY 2005, «Διαφανή και ημιδιαφανή διεξαγωγή εναπόθεσης φιλμ από αντιδραστικό περιβάλλον, κοίλο καθοδικό φούτερ», J. Vac Επιστήμη Technol. Α, Τομ. 23, Νο. 4, σελ. 1215–1220 [https://doi.org/10.1116/1.1894423].
[16] van Hest, MFAM et al. 2005, “Titaniumdoped indium oxide: A high-mobility διαφανής αγωγός”, Appl Φυσ. Lett., Τομ. 87, Νο. 3, σελ. 032111 [https://doi.org/10.1063/1.1995957].
[17] Meng, Y. et al. 2001, «Μια νέα διαφανής αγώγιμη λεπτή ταινία In2O3: Mo», Thin Solid Films, Vol. 394, αρ. 1-2, σελ. 218–222 [https://doi.org/10.1016/ S0040-6090 (01) 01142-7].
[18] Yoshida, Y. et al., "Ανάπτυξη μαγνητόνιου ραδιοσυχνοτήτων με οξείδιο του μολυβδαινίου του ινδίου", J. Vac. Επιστήμη Technol. Α, Τομ. 21, Νο. 4, σελ. 1092–1097 [https://doi.org/10.1116/1.1586281].
[19] Warmsingh, C. et αϊ. 2004, «Υψηλής κινητικότητας διαφανής αγωγός λεπτής μεμβράνης Mo-doped In2O3 με παλμική απόθεση λέιζερ», J. Appl Phys., Τομ. 95, Νο. 7, σελ. 3831–3833 [https://doi.org/10.1063/1.1646468].
[20] Ruske, F. et al. 2010, «Βελτιωμένη ηλεκτρική μεταφορά σε οξείδιο του ψευδαργύρου με προσθήκη θερμικής επεξεργασίας» Phys., Τομ. 107, Νο. 1, σελ. 013708 [https://doi.org/10.1063/1.3269721].
[21] Hüpkes, J. et al. 2014, "Υγρές θερμοσταθερές μεμβράνες με οξείδιο του ψευδαργύρου, Thin Solid Films, Vol. 555, σελ. 48–52 [https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.08.011].
[22] Greiner, D. et al. 2011, «Υγρή θερμική σταθερότητα μεμβρανών οξειδίου του ψευδαργύρου με πρόσμιξη σε λεία και τραχιά υποστρώματα», Thin Solid Films, Vol. 520, Νο. 4, σελ. 1285–1290 [https://doi.org/10.1016/j.tsf.2011.04.190].
[23] Morales-Vilches, AB et al. 2018, «Ηλιακά κύτταρα ετεροσύνδεσης πυριτίου χωρίς ITO με τα μπροστινά ηλεκτρόδια ZnO: Al / SiO2 επιτυγχάνοντας απόδοση μετατροπής 23%», IEEE J. Photovolt., Vol. 9, Νο. 1, σελ. 1-6 [https: // doi.org/10.1109/JPHOTOV.2018.2873307].
[24] Bivour, M. et al. 2014, «Ηλιακά στοιχεία πίσω εκπομπού σιλικόνης: Λιγότεροι περιορισμοί στις οπτικοηλεκτρικές ιδιότητες των μπροστινών πλευρικών TCO», Sol Ενέργεια Σολ. Cells, τομ. 122, σελ. 120–129 [https: // doi.org/10.1016/j.solmat.2013.11.029].
[25] Basset, L. et al. 2018, «Σειρά ανάλυση αντοχής των ηλιακών κυψελίδων ετεροδιαστατών πυριτίου που παράγονται στην πιλοτική γραμμή CEA-INES», Proc. 35η ΕΕ PVSEC, Βρυξέλλες, Βέλγιο, σελ. 721-724 [https: // doi. org / 10.4229 / 35thEUPVSEC20182018-2DV.3.21].
[26] Ling, ZP et al. 2015, «Τρισδιάστατη αριθμητική ανάλυση των υβριδικών ηλιακών κυψελών ετεροδιασταλτικών πλακιδίων πυριτίου με επαφές οπίσθιου σημείου ετεροσύνδεσης», AIP Adv., Vol. 5, αρ. 7, σελ. 077124 [https: // doi.org/10.1063/1.4926809].
[27] Cruz, A. et al. 2019, «Επίδραση του μπροστινού TCO στην απόδοση των φωτοβολταϊκών κυψελών ετεροσύνδεσης πυριτίου οπίσθιας σύνδεσης: Πληροφορίες από προσομοιώσεις και πειράματα», Sol. Ενέργεια Σολ. Cells, τομ. 195, σελ. 339–345 [https://doi.org/10.1016/j. solmat.2019.01.047].
[28] Wang, E.-C. et αϊ. 2019, "Μια απλή μέθοδος με αναλυτικό μοντέλο για την εξαγωγή εξαρτημάτων αντίστασης σειράς ηλιακών κυττάρων ετεροδιέγερσης και για την εξαγωγή του A-Si: H (i / p) σε διαφανή αντίσταση αγώγιμου επαγωγικού οξειδίου", AIP Conf. Proc., Τομ. 2147, Νο. 1, σελ. 040022 [https://doi.org/10.1063/1.5123849].
[29] Cruz, A. et al. 2019, «Επίδραση στρώσεων πυριτίου στην ανάπτυξη των ITO και AZO στα ηλιακά κύτταρα ετεροσυζεύξεων πυριτίου», IEEE J. Photovolt., Σελ. 1-7 [https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2019.2957665].
[30] Muñoz, D.& Roux, D. 2019, «Ο αγώνας για υψηλή απόδοση στην παραγωγή: Γιατί η ετεροσύνδεση είναι τώρα έτοιμη για αγορά», Proc. 36η ΕΕ PVSEC, Μασσαλία, Γαλλία, σελ. 1-20.
[31] Strahm, Β. Et αϊ. 2019, «Βελτιώσεις απόδοσης« HJT 2.0 »και οφέλη κόστους για την παραγωγή κυψελών ετεροσυζεύξεων πυριτίου», Proc. 36η ΕΕ PVSEC, Μασσαλία, Γαλλία, σελ. 300–303 [https: // doi. org / 10.4229 / EUPVSEC20192019-2EO.1.3].
[32] Zhang, D. et al. 2013, «Σχεδιασμός και κατασκευή αντι-ανακλαστικής επίστρωσης SiOx / ITO διπλού στρώματος για ηλιακά κύτταρα ετεροσυζευκτικού πυριτίου», Sol. Ενέργεια Σολ. Cells, τομ. 117, σελ. 132–138 [https: // doi. org / 10.1016 / j.solmat.2013.05.044].
[33] Geissbühler, J. et al. 2014, «Ηλιακά κύτταρα ετεροδιασταλτικού πυριτίου με ηλεκτρόδια πλέγματος από χαλκό: Κατάσταση και σύγκριση με τεχνικές ασημί πάχους», IEEE J. Photovolt. 4, αρ. 4, σελ. 1055–1062 [https://doi.org/10.1109/ JPHOTOV.2014.2321663].
[34] Herasimenka, SY et al. 2016, «ITO / SiOx: H στοίβες για φωτοβολταϊκά ηλιακά κύτταρα», Sol. Ενέργεια Σολ. Cells, τομ. 158, Μέρος 1, σελ. 98–101 [https: // doi.org/10.1016/j.solmat.2016.05.024].
[35] Santbergen, R. 2016, «Εγχειρίδιο για λογισμικό οπτικής προσομοίωσης ηλιακών κυττάρων: GENPRO4», Φωτοβολταϊκά Υλικά και Συσκευές, Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Ντελφτ.
[36] Haschke, J. et al. 2020, «Πλευρική μεταφορά σε ηλιακά κύτταρα πυριτίου», J. Appl. Phys., Τομ. 127 [https: // doi. org / 10.1063 / 1.5139416].
[37] Bivour, Μ. Et αϊ. 2012, «Βελτίωση της επαφής πίσω-πομπού a-Si: H (η) ηλιακών κυψελών πυριτίου τύπου n», Sol. Ενέργεια Σολ. Cells, τομ. 106, σελ. 11–16 [https: // doi. org / 10.1016 / j.solmat.2012.06.036].
[38] Procel, Ρ. Et αϊ. 2018, «Θεωρητική αξιολόγηση στοίβας επαφών για υψηλής απόδοσης ηλιακά κύτταρα IBC-SHJ», Sol. Ενέργεια Σολ. Cells, τομ. 186, σελ. 66–77 [https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.06.021].
[39] Luderer, C. et αϊ. 2019, «Ανθεκτικότητα επαφής του TCO / a-Si: H / c-Si heterojunction», Proc. 36η ΕΕ PVSEC, Μασσαλία, Γαλλία, σελ. 538–540 [https: // doi. org / 10.4229 / EUPVSEC20192019-2DV.1.48].
[40] Messmer, C. et al. 2019, "Επίδραση διεπιφανειακών οξειδίων στο TCO / ντοπαρισμένες επαφές λεπτού υμενίου Si στη μεταφορά φορτίου παθητικών επαφών", IEEE J. Photovolt., Σελ. 1-8 [https://doi.org/10.1109/ JPHOTOV.2019.2957672 ].
[41] Cox, RH& Strack, H. 1967, «Ωμικές επαφές για συσκευές GaAs», Solid-State Electron., Vol. 10, Νο. 12, σελ. 1213–1218 [https://doi.org/10.1016/0038- 1101 (67) 90063-9].
[42] Fellmeth, T., Clement, F.& Biro, D. 2014, «Αναλυτική μοντελοποίηση ηλιακών κυττάρων πυριτίου που σχετίζονται με τη βιομηχανία», IEEE J. Photovolt., Vol. 4, Νο. 1, σελ. 504–513 [https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2013.2281105].
