So sánh công nghệ panel Gallium-doped và Boron-doped silicon

28

Th6

So sánh công nghệ panel Gallium-doped và Boron-doped silicon

Đến thời điểm hiện tại thì công nghệ sản xuất các tấm Panel đang rất phát triển về cả công xuất lẫn chất lượng. Từ công nghệ Half-cell chuyển sang công nghệ Full-cell. Từ côngnghệ pha tạp Boron sang công nghệ Gallium đến từ nhà sản xuất tám pin lớn LONGi

1. Đánh giá tài liệu về silicon pha tạp Gallium và Boron

Thì đến nay 1 công nghệ khác đang được phát triển bởi LONGi đó là công nghệ Gallium-doped. Khác với công nghệ đang được sử dụng nhiều hiện nay là Boron-doped. Sử dụng silicon đơn tinh thể pha tạp Boron theo tiêu chuẩn công nghiệp vẫn bị suy giảm do ánh sáng (Light induced degradation(LID)). Trong suốt thời gian vận hành. Trong Silic Czochralski(CZ) công nghiệp vẫn chứa nhiều khoảng hở giữa Oxy và Boron được pha vào. Dẫn đến LID ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của tế bào quang hợp ánh sáng.

Theo 1 số thí nghiệm thực tế về các tấm Boron-doped thì các nhà nghiên cứu đã ghi nhận. Sự suy giảm mạnh của điện áp hở mạch và điện áp ngắn mạch trong những giờ chiếu sáng đầu cho đến khi nhận đạt được mức ổn định. Trong khoảng thời gian gần đây các nhà nghiên cứu đã nổ lực và phát triển được mô hình giải thích khiếm khuyết của LID. Một số người đề xuất có chế của tạp chất kim loại. Nhưng không có mô hình nào trong số đó có khả năng giải thích chu kỳ phân hủy/ hồi phục hoàn toàn được quan sát thấy trong SiliconCZ pha tạp Boron. Mãi cho đến khi 1 mô hình phản ứng hoàn chính do Jan Schmidt không chứa bất kỳ tạp chất kim loại nào. Thì mới tồ tại 1 mô hình có khả năng giải thích sự suy giảm tuổi tho dưới ánh sáng. Cũng như phục hồi trọn trời trong quá trình hoạt động ở nhiệt độ trên 200 độ C.

Do đó, hai phương pháp đơn giản để loại bỏ LID là giảm hàm lượng Oxy kẽ hoặc thay thế Boron bằng 1 tạp chất khác(vd: Gallium). Bianca từ ISFH và Yichun Wang từ LONGi đã cùng nhau thực hiện nghiên cứu và phát hiện ra rằng Silicon Cz với hàm lượng Oxy thấp hoặc pha tạp chất Gallium có hiệu xuất chống LID tốt hơn.. Tuy nhiên, pin mặt trời PERC từ silicon Cz pha tạp chất Boron công nghiệp với hàm lượng Oxy 12ppm và 16ppm bị suy giảm tương ứng 0.5% và 0.7%.

Nhưng 1 vấn đề khác lại phát sinh là chế tạo Silicon Cz pha tạp Boron công nghiệp với hàm lượng Oxy thấp(vd: 2.6ppm) là rất khó. Về mặt công nghệ nó có thể đạt được bằng cách tăng trưởng tinh thể Czochralski (MCz) giới hạn từ tính. Tuy nhiên do ứng dụng từ trường mạnh nên giá thành sẽ cao hơn đang kể so với các loại kéo Cz thông dụng. Do đó, sử dụng Gallium làm chất phụ gia trở thành 1 cách khả thi hơn để giải quyết vấn đề LID. Vì sự phân bố điện trở xuất của các tấm Silicon sẽ ảnh hường đến hiệu quả của tế bào.

Hiệu suất cực đại lên tới 21% đã đạt được trên vật liệu 0,4Ωcm . Trong phạm vi điện trở suất tương đói rộng từ 0,25 đến 1,34Ωcm. Hiệu suất của tế bào có thể đạt hobw 97% giá trị cực đại. Cho thấy rằng điện trở xuất của các tấm Silicon pha tạp Gallium phải đựa trên kết quả này để đạt hiệu suất tế bào tối đa.

Trong những năm gần đây sự xuống cấp do ánh sáng và nhiệt độ cao(LeTID) đã được quan sát thé trong Silicon đa tinh thể, vùng nổi và Silicon Cz. Nó liên quan đến sự suy giảm tuổi thọ ban đầu, nhưng thường phục hồi theo thời gian. Với tốc độ sy giảm và phục hồi tùy thuộc vào lịch sử nhiệt. Nicholas E. Grant đã phát hiện ra rằng LeTID tồn tại trong cả tấm Silicon đơn tinh thể pha tạp Gallium và Boron.

Trong cùng điều kiện thí nghiệm, sự phân hủy của tế bào PERC pha tạp Gallium thấp hơn so cới tế bào tường đường pha tạp Boron. Để phân tích sâu hơn về sự suy giảm tuổi thọ hàng loạt của Silicon pha tạp Gallium và Boron. Loại bỏ ảnh hưởng của quá trình kim loại hóa bề mặt của chất bán dẫn Silicon. Các tế bào PERC của Gallium và Boron đã bị loại bỏ và thụ động hóa bởi ALD Al203. Dẫn đến sự thay đổi hoàn toàn về sự xuống cấp các đặt tính. Không có sự phân hủy đối với Gallium và sự phân hủy giống Boron-Oxy đối với Boron.

Theo báo cáo và nghiên cưu cảu Đại học New South Wales LeTID được gây ra bởi sự kết hợp phức tạp cảu một số tạp chất kim loại và Hydro. Bằng cách kiểm soát nồng độ Hydro LeTID có thể ức chế 1 cách hiệu quả. Khi sử dụng Silicon pha tạp Gallium vì không cần đưa vào quá nhiều Hydro để thụ động hóa các khiếm khuyết Boron và Oxy LeTID có thể dễ dàng được kiểm soát.

2. Đặc tính cơ bản cảu Wafer Silicon pha tạp Gallium của LONGi

Khó khăn trong việc ứng dụng các tấm silicon pha tạp Gallium nằm ở việc kiểm soát điện trở suất so với Silicon pha tạp Boron. Vì có sự khác biệt đáng kể giữa hệ số phân tách của Boron(0.75) và Gallium (0.008). Hoạt động R&D của LONGi tập trung vào các đặc tính của Silicon pha tạp Gallium. Nhằm đạt được dải điện trở suất hợp lý và độ chính xác pha tạp cao hơn. Mục tiêu là cải thiện quy trình pha tạp Gallium thông qua 1 mô hình sáng tạo kiểm soát dải điện trở suất từ 0,3 đến 1,5 Ω.cm, gần giống như đối với Silicon pha tạp Boron.

So với tấm Wafer Silicon pha tạp Boron, Silicon pha tạp Gallium tránh được LID do khiểm khuyết Boron-Oxy gây ra. Miễn là hàm lượng Hydro trong quy trình sản xuất tế bào được kiểm soát. LeTID có thể bị ức chế và tổng sự xuống cấp của của cả tấm pin và mô-đun sẽ rất thấp.

3. Ứng dụng của silicon pha tạp Gallium

Tấm wafer silicon pha tạp Gallium của LONGi đã được một số nhà sản xuất tế bào xác minh. Hiệu quả và hiệu suất chống PID của nó cho thấy sự cải thiện khi so sánh với tế bào pha
tạp Boron.

Kết quả thử nghiệm cho các tế bào LONGi được trình bày trong bảng. Hiệu suất trung bình của các tế bào pha tạp Gallium cao hơn 0,09% so với các tế bào tương đương pha tạp Boron.

Kết quả thử nghiệm cho các tế bào LONGi pha tạp Gallium cao hơn 0.09% so với các tế bào tương đương pha tạp Boron. Aiko Solar đã tiến hành thử nghiệm trên các tế bào pha tạp Gallium và Boron. Bao gồm thử nghiệm hiệu suất trong đó LID 5kWh (Cường độ bức xạ là 900-1100W/m2) nhiệt độ thử nghiệm là 55-65°C) và CID (110° 0,5A trong 8 giờ). Như có thể được nhìn thấy trong bảng. Người ta thấy rằng các tế bào pha tạp Gallium có hiệu suất chống suy thoái tốt hơn so với các chất tương đương pha tạp Boron.

Chint Global đã tiến hành nghiên cứu sâu hơn về hiệu suất tương đối của các tế bào và mô-đun pha tạp Gallium và Boron. Như có thể thấy trong bảng 4. Tấm wafer silicon pha tạp Gallium hoạt động rất tốt, cả trong ứng dụng tế bào và mô-đun. Các nhà sản xuất tế bào không yêu cầu cấu hình của thiết bị quy trình tái tạo chiếu sáng hoặc tiêm điện. Từ quan điểm kiểm soát chất lượng, phương pháp giải LID này ở phía vật liệu đáng tin cậy hơn ở phía quy trình. (ví dụ: quy trình chiếu sáng và tái tạo điện).

4. Tóm tắt

Tóm lại, các tế bào PERC pha tạp Gallium có hiệu suất cao hơn. Hiệu suất chống LID và chống LeTID tốt hơn so với các tế bào pha tạp Boron. LONGi sẽ thúc đẩy các tấm wafer silicon pha tạp Gallium của mình cho toàn bộ chuỗi ngành. Góp phần đáng kể vào việc giảm sự xuống cấp của mô-đun ban đầu. Giảm chi phí thiết bị cho các nhà sản xuất tế bào và tăng lợi nhuận cho toàn ngành PV.