20. Januar 2022 Emiliano Bellini

Bezogen auf pv internationales Magazin.

In Deutschland sind Forscher ausFraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat eine Reihe kostenorientierter Strategien entwickelt, um die industrielle Entwicklung zu beschleunigen Solarstromprodukte mit passiven Tunneloxidkontakten (TOPCon).

„Die Aufrechterhaltung einer hohen Umwandlungseffizienz in der Massenproduktion ist ein wichtiger Aspekt, um im Hinblick auf Systemkosten und reibungslose Stromkosten mit modernen PERC-Zellen konkurrieren zu können“, sagte Forschungskorrespondent Bishal Kafle im pv magazine. „Jüngste Entwicklungen in der Geräteforschung haben die Kluft zwischen der Umwandlungseffizienz von TOPCon- und PERC-Zellen vergrößert. Es gibt jedoch keinen Standardprozessablauf für industrielle TOPCon-Zellen.“

Ihm zufolge ist die Senkung der Produktionskosten zwar wichtig, die wirtschaftliche Rentabilität von TOPCon erfordert jedoch eine stabile Produktion rund um die Uhr, mit Verfügbarkeits- und Auslastungsniveaus, die denen aktueller PERC-Zellenproduktionsanlagen (Passivated Emitter Rear Contact) entsprechen. „Darüber hinaus benötigen TOPCon-Zellen auf n-Typ-Substraten Silber (Ag)-Kontakte auf beiden Seiten, sodass die Reduzierung des Ag-Verbrauchs zumindest mittel- und langfristig auch ein wichtiger Aspekt für dieses Konzept bleibt“, erklärte er. .

Anpassbarer Produktionsprozess

Im Artikel TOPCon – Technologieoptionen für eine kostengünstige industrielle FertigungIn der Fachzeitschrift „Solar Energy Materials and Solar Cells“ erklärt das deutsche Forscherteam, dass bestehende Prozesse und Geräte, die üblicherweise bei der Herstellung von PERC-Zellen verwendet werden, leicht für die Produktion von TOPCon-Zellen angepasst werden können, indem zwei Schritte zum Prozess hinzugefügt werden: Oxidtunnelbildung und intrinsisches Polysilizium/Abscheidung. dotiert.

„Die Eigenschaften dieser Schicht sind entscheidend für die Gestaltung der nächsten Phase der Zellverarbeitung, um eine hohe Leerlaufspannung (VOC) und einen niedrigen Serienwiderstand zu erreichen, wie es das TOPCon-Konzept verspricht“, erklären die Forscher und weisen darauf hin, dass es sich um das n-Typ-Substrat handelt ist teurer in der Integration als p-Typ, da die Kosten des borerzeugenden Diffusionsprozesses höher sind als der Phosphordiffusionsprozess, der typischerweise bei der Herstellung von PERC-Zellen verwendet wird.

„Dennoch haben wir für Verarbeitungsrouten mit in situ durch LPCVD abgeschiedenen a-Si/Poly-Si-Schichten eine Möglichkeit identifiziert, Hochtemperaturglühen und borerzeugende Oxidation in einem Schritt zu kombinieren, was diesen Ansatz im Vergleich zu Verarbeitungsrouten wirtschaftlich wettbewerbsfähig macht.“ bestehend aus a-Si/Poly-Si-Schichten, die ex-situ durch LPCVD abgeschieden werden“, fuhren sie fort.

Verschiedene Alternativen

Als Alternativen zu LPCVD wurden die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) und die chemische Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck (APCVD) in Betracht gezogen, und die Analyse zeigt, dass die drei Technologien gleichwertig sind. „Es wurde beobachtet, dass der COO der a-Si-Abscheidungsstufe mit der Dicke der a-Si-Schicht deutlich abnimmt. Interessant ist jedoch, dass die Kostenreduzierung stark von der verwendeten Abscheidungstechnologie abhängt“, sagte das Fraunhofer ISE Forscher. . „Eine stärkere Reduzierung des COO in dünneren Schichten ist bei den PECVD- und APCVD-Abscheidungstechnologien zu beobachten, was hauptsächlich auf die viel höhere Abscheidungsrate von a-Si im Vergleich zu LPCVD zurückzuführen ist.“

Die Wissenschaftler verglichen außerdem die Stromgestehungskosten (LCOE) für eine 5-MW-Freiflächen-Photovoltaikanlage auf Basis der bifazialen PERC-Technologie und TOPCon-Produkten mit LPCVD, PECVD und APCVD. Ihre Analyse ergab, dass die TOPCon-Technologie im Vergleich zur PERC-Technologie 13,5–18,6 % höhere Zellkosten und 3,6–5,5 % höhere Modulkosten aufwies.

„Die zusätzlichen Kosten von TOPCon-Modulen stehen in erster Linie im Zusammenhang mit erhöhten Investitionsausgaben und Installationskosten an Zellproduktionsstandorten, erheblichen Anstiegen der Kosten für Verbrauchsmaterialien für die Zellverarbeitung (aufgrund zusätzlicher Verarbeitungsschritte, die im Vergleich zu PERC-Zellen erforderlich sind) und höheren Preisen für Wafersubstrate vom Typ n im Vergleich zu Substraten p-Typ-PERC“, erklärten sie. „Auf der LCOE-Ebene ergaben alle mit monofazialer Beleuchtung bewerteten TOPCon-Designs etwas niedrigere Werte im Vergleich zu denen, die mit bifazialer p-PERC-Technologie erzielt wurden, was uns die Hypothese erlaubt, dass die Effizienz von TOPCon-Zellen 0,5 % höher ist als die von PERC-Zellen.“ – und erreichte somit 23,5 % bzw. 23,0 %.“

Um PERC in wirtschaftlicher Hinsicht zu übertreffen, muss das konservativste TOPCon-Modell laut den Forschern eine Effizienzsteigerung von mindestens 0,55 % erreichen. „Für das optimistischste TOPCon-Design ermöglicht eine Steigerung des Zellwirkungsgrads von >0,40 % im Vergleich zu bifazialem p-PERC bereits eine kostengünstige Produktion von TOPCon-Solarzellen in großen Mengen“, schlussfolgerten sie. .