Przednia warstwa SiNx w TOPCon wygrywa: 3-4W więcej mocy modułu

Krótka odpowiedź: Grubość azotku krzemu jako przedniego filmu na ogniwie TOPCon okazuje się warta mierzalnej mocy modułu. Porównanie linii między dwiema grupami ogniw o różnych recepturach przedniego filmu dało różnicę od 3 W do 4 W w moc wyjściowej modułu, przy czym lepsza receptura zyskała około 2,8 W. SiNx działa zarówno jako powłoka antyrefleksyjna, jak i źródło pasywacji wodorem, a te dwa zadania ciągną optymalną grubość w różnych kierunkach: zbyt cienka i reflektancja rośnie, zbyt gruba i zmienia się zachowanie optyczne i pasywacyjne filmu. Omawiane receptury mieściły się w zakresie od 15 nm do 45 nm, z kilkoma warstwami między 20 nm a 30 nm. Ponieważ warstwa jest osadzana w tym samym kroku PECVD w obu przypadkach, zysk nie kosztuje nic w sprzęcie — to zmiana receptury, dlatego optymalizacja przedniego filmu jest jedną z najtańszych pozostałych dźwigni wydajności na linii TOPCon.

Produkcja modułów PV · autor: Jerry, Ooitech

Wprowadzenie produktu

Przeprowadziłeś porównanie na linii. Dwie grupy TOPCon ogniw, różne receptury folii przedniej.

• Grupa z gradientową warstwą: stos gradientowy SiNx/SiOxNy/SiOx (z warstwami SiOx/SiOxNy o niskim współczynniku załamania)

• Grupa z czystym SiNx: czysty wielowarstwowy SiNx

Wynik okazał się odwrotny.

• Poziom ogniwa: grupa z gradientem miała o 0,05%-0,1% wyższą wydajność niż grupa z czystym SiNx. Na ogniwie gradientowa warstwa wyraźnie wyglądała lepiej.

• Poziom modułu: po laminowaniu w moduły 66-ogniwowe 210×210 grupa z czystym SiNx miała faktycznie o 3-4W wyższą moc (zmierzoną na linii).

„Grupa z niższą wydajnością ogniwa uzyskała wyższą moc modułu.” Dział jakości wciąż pytał dlaczego, a nie można po prostu odpowiedzieć „zysk z pakowania”.

Ten artykuł wykorzystuje jedną solidną publikację, aby rozstrzygnąć tę kontrintuicyjną matematykę optyczną.

Parametry techniczne

Wydajność ogniwa ≠ moc modułu. Pomiędzy nimi znajduje się laminowanie.

Trzymaj w głowie jedną rzecz: wydajność ogniwa i moc modułu to nie proste mnożenie.

Przyjmując jako punkt odniesienia moduł TOPCon 66-ogniwowy 210×210 z ogniwami klasy 25,7%, dane z linii pokazują, że różnica wydajności ogniwa wynosząca 0,1% przekłada się na około 2,8W mocy modułu. Według tego współczynnika:

Kierunek całkowicie się odwrócił. Przewaga na poziomie ogniwa została zjedzona podczas laminowania.

Moc modułu to nie efektywność ogniwa pomnożona bezpośrednio. Szkło, enkapsulant oraz backsheet wnosi zysk ze sprzężenia optycznego (dodatni), ale także niedopasowanie prądowe i straty rozkładu (ujemne). Wynik netto to zmierzona moc. Różne receptury antyrefleksyjne dają bardzo różne wyniki netto po laminacji i to jest źródło "przegrywać na ogniwie, wygrywać na module."

Ten mechanizm został już dokładnie opisany przez Zhang et al. 2019 (Energies, DOI:10.3390/en12061168) na platformie PERC, poparte symulacją SunSolve i pomiarami modułu.

Zalety techniczne

Jedna praca o PERC wyjaśnia tę inwersję w sposób jasny

Zhang 2019 badał przednią trójwarstwową powłokę antyrefleksyjną na monokrystalicznym PERC. Pierwsze dwie warstwy pozostały stałe SiNx (20nm/45nm). Zmieniała się tylko trzecia warstwa.

• Plan A: trzecia warstwa 15nm SiNx (współczynnik załamania 1,99)

• Plan B3: trzecia warstwa 30nm SiOx (współczynnik załamania 1,46)

Wykorzystując symulację optyczną SunSolve (z uwzględnieniem tekstury piramidalnej), obliczyli średni ważony współczynnik odbicia WAR (300-1100nm):

Na poziomie ogniwa B3 odbija mniej niż A, zmierzony Isc wyższy o 62mA, wydajność 21,50% vs 21,35% (+0,15% abs). Warstwa z niskim współczynnikiem załamania SiOx wygrywa na ogniwie.

Ale na poziomie modułu obraz się odwraca. Sekcja 3.3 mówi to wprost:

„Ponieważ enkapsulant EVA pochłania światło o krótkiej długości fali, przewaga odpowiedzi spektralnej ogniwa z 30nm SiOx jest częściowo maskowana... zysk mocy modułu wynosi tylko 0,9W... wprowadzenie SiOx do modułu zmniejszyło zysk wydajności na poziomie ogniwa o 57%.”

Konkretnie:

• Współczynnik CTM: 30nm SiOx 96.1% vs 15nm SiNx 96,5%. Ten z SiOx jest faktycznie niższy.

• Przewaga +0,15% na poziomie ogniwa straciła 57% swojego zysku po laminacji.

• Zysk mocy modułu tylko 0.9W.

To wyjaśnienie na poziomie publikacji dla Twojego przypadku. Grupa gradientowa (z warstwami niskiego współczynnika SiOx/SiOxNy, jak B3 Zhanga) wygrywa 0,05-0,1% na poziomie ogniwa dzięki antyrefleksyjności dla fal krótkich. Jednak po laminacji EVA pochłania światło krótkofalowe <380nm, krótkofalowa krawędź grupy gradientowej zostaje stłumiona, CTM spada, a przy tym samym stopniu wydajności grupa czystego SiNx ją wyprzedza.

Zastosowanie produktu

Gdzie jest różnica i jak duża

① Poziom ogniwa: grupa gradientowa wygrywa 0,05%-0,1%, około 1,4-2,8W

Według linii bazowej linii 66-ogniwowej 210 TOPCon (0,1% wydajności ogniwa ≈ 2,8W mocy modułu), grupa gradientowa osiąga 0,05%-0,1% więcej na poziomie ogniwa, co powinno oznaczać 1,4-2,8W więcej na poziomie modułu.

② Poziom modułu: czysty SiNx faktycznie wyższy o 3-4W (zmierzone na linii)

Zmierzone, moc modułu grupy czystego SiNx jest 3-4W wyższa niż grupy gradientowej. Dodając z powrotem niewielką stratę na poziomie ogniwa, oznacza to, że grupa czystego SiNx wnosi 4,4-6,8W więcej wyłącznie na etapie pakowania. W stosunku do linii bazowej 720W daje to różnicę zysku z pakowania wynoszącą 0,61%-0,94%.

③ Potwierdzenie w literaturze: "cięcie o 57%" Zhanga z 2019 r. (platforma PERC)

Odkrycie Zhanga dla PERC jest bardzo zbieżne: folia z trzecią warstwą SiOx wygrywa +0,15% na poziomie ogniwa, ale po laminacji zysk zostaje obcięty o 57%, a współczynnik CTM spada o 0,4 punktu.

Przeliczając na 66-ogniwowy 210 TOPCon, przewaga 0,1% na poziomie ogniwa pozostawia po laminacji tylko około 0,04%, a moduł może całkowicie ulec odwróceniu. To samo źródło, ta sama przyczyna co Twój wynik z linii "czysty SiNx wyższy o 3-4W".

④ Dlaczego grupa gradientowa wypada gorzej na poziomie modułu?

Folia gradientowa z SiOx/SiOxNy ma swoją główną zaletę w antyrefleksyjności dla fal krótkich 300-500nm. Ale to dokładnie pasmo, w którym szkło + EVA pochłaniają najsilniej w module. Krótkofalowa krawędź folii gradientowej zostaje wprost pochłonięta przez materiały pakujące. Tymczasem czysty wielowarstwowy SiNx działa antyrefleksyjnie dokładnie w głównym paśmie widzialnym i bliskiej podczerwieni >400nm (nadal skutecznie po laminacji, gdzie odpowiedź kwantowa krzemu jest wyższa), więc przynosi więcej korzyści na poziomie modułu.

Wdrożenie na linię: nie oceniaj wyłącznie po wydajności ogniwa

① Czy można to teraz uruchomić na linii?

Oba mogą. Czysty wielowarstwowy SiNx to dojrzała droga. Film gradientowy (SiNx/SiOxNy/SiOx) można również wykonać na PECVD rurowym, tylko o jedną warstwę powłoki więcej plus jeden dodatkowy krok kontroli stosunku N/O i dopasowania grubości trzech warstw.

Ostatnio branża TOPCon ponownie promuje podejście "przedni film SiNx wielowarstwowy" jako zamiennik procesu "przedni film podtlenek azotu wielowarstwowy". Dane, które widziałeś, są dowodem na poziomie linii tego trendu. Nie chodzi o to, że film gradientowy jest zły, tylko że oblał egzamin laminacyjny.

② Czy warto?

Zależy jak liczyć. Patrząc tylko na wydajność ogniwa, film gradientowy jest o 0,05-0,1% ładniejszy. Ale na poziomie modułu czysty wielowarstwowy SiNx wyprzedza o 3-4W, a przy obecnych cenach za wat modułu TOPCon to realna przestrzeń na premię.

Wybór przedniego filmu musi opierać się na dwóch metrykach: wydajności ogniwa plus zysku z pakowania. Nie gap się na tę jedną liczbę na poziomie ogniwa, bo skończysz jak grupa gradientowa, wygrywając twarz na ogniwie i tracąc treść na module.

③ Czy jest stabilny?

To wymaga osobnej weryfikacji. Oba są filmami wielowarstwowymi, a długoterminowa niezawodność (stabilność filmu w warunkach wilgotnego ciepła, dopasowanie do różnych enkapsulantów) musi być zmierzona. Wcześniejsza praca zespołu Hoexa z UNSW już pokazała, że TOPCon jest niezwykle wrażliwy na formuły enkapsulacji. Film antyrefleksyjny i enkapsulant są sprzężone. Zmień powłokę, a wybór enkapsulanta może wymagać zmiany.

Wskazówka o pułapkach dla pracownika linii: porównując dwa procesy przedniego filmu, nie porównuj tylko wydajności ogniwa. Różnica 0,05-0,1% na poziomie ogniwa wygląda na małą, ale moduł może odwrócić się o kilka watów. Mierz zarówno wydajność ogniwa, jak i moc modułu, szczególnie w przypadku modułów wysokiej klasy goniących za premiami za klasę mocy.

Ograniczenia: czego artykuł nie mówi

• Zhang 2019 to dowód z platformy PERC, nie TOPCon. Ale przednia optyka antyrefleksyjna ma to samo pochodzenie: EVA pochłania krótkie fale, filmy SiOx tracą swoją przewagę w krótkich falach, CTM spada. To ogólna zasada optyki pakowania, a przedni film TOPCon ją spełnia. Ten przypadek z linii to TOPCon, zgodny kierunkowo z artykułem. Zalecamy ponowne przeprowadzenie go na własnej linii z odpowiedzią spektralną EQE plus podziałem odbicia przed/po laminacji.

• Mechanizm jest wnioskiem z tego artykułu, nie wyrokiem. Fizyczne wyjaśnienie, dlaczego "czysty wielowarstwowy SiNx ma wyższy zysk z pakowania" (przycięte widmo efektywne + niska absorpcja pasożytnicza), wymaga danych o odpowiedzi widmowej EQE oraz podziale odbicia/absorpcji przed i po laminacji, aby je jednoznacznie potwierdzić. Ten fragment podaje ramy fizyczne i kierunek. Które pasmo dominuje i skąd pochodzi absorpcja pasożytnicza, czeka na dane widmowe z linii.

• Luka w zysku z pakowania wynosząca 0,61%-0,94% to szacunek rzędu wielkości wyliczony wstecznie z 3-4W i 0,05-0,1%. Różne encapsulanty (EVA/POE/EPE) i różne szkło (powlekane/niepowlekane) przesuną tę liczbę.

• Moduły dwustronne i encapsulant odcinający UV dodatkowo zmieniają wykorzystanie fal krótkich. Luka między obiema grupami może się redystrybuować w scenariuszu podwójnego szkła + przepuszczania UV.

Podsumowanie

Te same ogniwa TOPCon, grupa gradientowa wygrywa 0,1% na poziomie ogniwa, a po pakowaniu traci 4W. Różnica to nie tylko wydajność, to fakt, że egzamin, któremu podlega warstwa antyrefleksyjna, zmienił się na etapie modułu.

Egzamin ogniwa testuje pełne widmo fal krótkich i grupa gradientowa wypada dobrze. Egzamin modułu testuje widmo efektywne po pakowaniu i grupa czystego SiNx odwraca wynik.

Ta praca o PERC z 2019 roku już to mówiła: wprowadź SiOx do modułu, a zysk na poziomie ogniwa zostanie obcięty o 57%. Inwersja 3-4W zmierzona na linii zgadza się kierunkowo z wnioskiem z pracy.

Przy wyborze folii przedniej nie pozwól, by ta pojedyncza liczba wydajności ogniwa narzucała tempo. Wliczaj zysk z pakowania do sumy.

Opinia Ooitech

Luka między ogniwem a modułem to dokładnie ta pułapka, na którą uważamy, przekazując linię do produkcji modułów. Powłoka, która błyszczy na ogniwie, może po cichu tracić waty, gdy na wierzch trafi szkło i EVA, dlatego zawsze mówimy klientom, aby wybór warstwy antyrefleksyjnej ustalali na podstawie rzeczywistych danych CTM, a nie wydajności laboratoryjnej. Ponieważ Ooitech buduje wyłącznie linie produkcyjne modułów, to sprzężenie ogniwo-moduł jest właśnie tym, gdzie nasza praca nad laminacją i szkoleniem procesowym naprawdę się opłaca. Jeśli chcesz zobaczyć, jak te wybory wyglądają na działającej linii TOPCon, kanał Ooitech na YouTube (www.youtube.com/ooitech) ma mnóstwo materiałów z fabryk, które warto obserwować.