Fonte: ecogeneration.com.au
Gli esperti hanno costantemente sottolineato le sfide che la tecnologia PERC deve affrontare subito dopo l'installazione per quanto riguarda i potenziali effetti di degrado. LONGi Solar ha lavorato per affrontare il problema della degradazione indotta dalla luce (LID) nelle celle e nei moduli PERC per prevenire problemi di degradazione e offrire moduli della migliore qualità.
Negli ultimi anni, un altro fenomeno di degrado dell'efficienza di celle/moduli solari ha catturato l'attenzione di tutti: il degrado indotto dalla luce e dalle temperature elevate, o LeTID.
Si ritiene che LeTID sia causato dall'interazione tra l'impurità del metallo e l'idrogeno nei wafer. Con i wafer drogati con gallio è più facile controllare il LeTID nelle celle solari, poiché non è necessario introdurre un eccesso di idrogeno nell'elaborazione delle celle per mitigare il LID come richiesto per i wafer drogati con boro.
La degradazione indotta dalla luce è generalmente considerata causata da un complesso boro-ossigeno formato sotto l'illuminazione della luce, che riduce l'efficienza e la potenza delle celle solari nel tempo dopo l'installazione. Per mitigare il LID, puoi ridurre la concentrazione di ossigeno nei wafer o sostituire il boro (B) con altri droganti, come il gallio (Ga). La ricerca condotta congiuntamente dall'Istituto per la ricerca sull'energia solare Hamelin (ISFH) e LONGi ha dimostrato che il doping di Ga e i wafer a basso contenuto di ossigeno sono efficaci, come dimostrato nella figura 1.
Con l'ottimizzazione del processo nelle fasi di estrazione del lingotto e di produzione delle celle, le celle solari realizzate con wafer drogati con Ga hanno dimostrato miglioramenti di efficienza compresi tra 0,06-0,12% (abs) rispetto ai wafer drogati con B.
Attraverso ricerche e test approfonditi, gli esperti di tecnologia di LONGi hanno concluso che i problemi LID e LeTID potrebbero essere risolti efficacemente utilizzando wafer di silicio monocristallino drogato con gallio in combinazione con il controllo del processo cellulare, senza la necessità di un trattamento di rigenerazione (iniezione leggera o iniezione elettrica).
Rispetto ai wafer di silicio drogati con boro, i wafer di silicio drogati con gallio possono migliorare l'efficienza delle celle PERC. Non esiste un complesso boro-ossigeno nelle cellule PERC drogate con gallio, quindi non c'è il solito fenomeno del LID boro-ossigeno. Nel recente white paperGallioil silicio monocristallino drogato risolve completamente il problema del LID di un modulo PERC, LONGi ha riassunto i suoi risultati sull'argomento, supportati da studi correlati. La ricerca indica con forza che l'applicazione di wafer di silicio drogato con gallio può mitigare efficacemente il LID iniziale di cui hanno sofferto a lungo le celle che utilizzano wafer di silicio di tipo p drogato con boro.
Il team LONGi ha condotto un test LID su cellule PERC drogate con gallio e boro. Il test ha utilizzato le celle PERC bifacciali prodotte in serie da LONGi (che avevano un'efficienza della cella di circa il 22,7%). Di seguito è riportato uno schema di test che include l'elemento del test, il tipo e la quantità di celle.
Risultati del test
1sole, 75°C:Per riflettere pienamente il LeTID, LONGi ha adottato una temperatura di prova di 75°C. La Figura 2 mostra i risultati del test di 264 ore a 1 sole, 75°C. La cella drogata con boro degrada ad un massimo del 2,3% a 8 ore per poi recuperare ad un valore stabile dell'1,3% a 96 ore. Il valore di degradazione delle cellule drogate con gallio è sostanzialmente stabile a 96 ore all'1,2%, quindi degrada lentamente all'1,3% (216 ore) e quindi recupera leggermente.
×10soli,>100°C:Il processo LeTID può essere accelerato adottando ×10sole,>100°C. I risultati del test delle cellule PERC drogate con gallio con questo metodo sono mostrati nella Figura 3. Utilizzando questo metodo di prova, la cellula drogata con gallio ha anche sperimentato un processo di prima degradazione e poi di ritorno alla stabilità. La degradazione ha raggiunto il valore massimo dell'1,05% a 5 minuti e ha iniziato a stabilizzarsi su un livello abbastanza basso dello 0,3% a 90 minuti.
Risultati supportati da ricerche indipendenti
Tine U. Naerland dell'Arizona State University (insieme ad altri ricercatori) ha studiato la degradazione nel corso della vita dei portatori di minoranza di wafer di silicio drogati con indio, gallio e boro senza impurità a temperatura ambiente 25 ° C, come mostrato nella Figura 4.
Si può vedere che la durata dei portatori minoritari dei wafer di silicio drogato con gallio mantiene sostanzialmente un valore costante di circa 300μs dopo 104s esposizione alla luce, mentre quelli dei wafer di silicio drogati con boro e indio si degradano continuamente e notevolmente. Pertanto, in condizioni di luce a bassa temperatura, il wafer di silicio drogato con gallio è relativamente stabile e sostanzialmente non ha degradazione. Tuttavia, nel caso di effettiva esposizione all'esterno, la temperatura di lavoro della cella supererà i 60°C e la cella drogata con gallio avrà anche un certo grado di LeTID sotto l'azione della temperatura. La sua ricerca integra chiaramente i risultati dei test di LONGi sul LID di cellule PERC drogate con gallio e cellule PERC drogate con boro rigenerate a diverse temperature.
Un'altra ricerca correlata è stata condotta da Nicholas Grant e John Murphy dell'Università di Warwick che hanno recentemente studiato la fattibilità del doping con indio e hanno scoperto che il suo livello di accettore relativamente profondo ne limita il potenziale. “Il silicio drogato con gallio ha dimostrato una durata molto stabile ed elevata se sottoposto a illuminazione prolungata. Inoltre, non sono stati riscontrati difetti attivi di ricombinazione dannosi noti", ha affermato Grant in una recente interazione con una delle principali riviste del settore solare.
L'applicazione di wafer di silicio drogato con gallio può mitigare efficacemente il LID iniziale da cui hanno sofferto a lungo le celle che utilizzano wafer di silicio di tipo p drogato con boro. Quindi, il silicio drogato con gallio non richiede le fasi di stabilizzazione aggiuntive utilizzate per mitigare la degradazione, a differenza dello status quo drogato con boro. L'efficienza media delle cellule drogate con gallio è dello 0,09% superiore a quella delle cellule drogate con boro.
"Il mio team ha eseguito test di stabilizzazione e non è stata osservata alcuna degradazione significativa delle celle solari PERC che utilizzano un substrato di silicio drogato con gallio", ha affermato. "Al contrario, abbiamo osservato un degrado significativo per una cella solare PERC equivalente con un substrato di silicio drogato con boro nelle stesse condizioni sperimentali".
