20. Januar 2022 Emiliano Bellini

Bezogen auf pv internationales Magazin.

In Deutschland haben Forscher ausFraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat eine Reihe kostenorientierter Strategien entwickelt, um die industrielle Entwicklung zu beschleunigen passive Oxid-Tunnelkontakt-Solarprodukte (TOPCon).

„Die Aufrechterhaltung hoher Umwandlungseffizienzen in der Massenproduktion ist ein wichtiger Aspekt, um mit fortschrittlichen PERC-Zellen in Bezug auf Systemkosten und reibungslose Stromkosten zu konkurrieren“, sagte Forschungskorrespondent Bishal Kafle im pv magazine. „Jüngste Entwicklungen in der Geräteforschung haben die Lücke zwischen der Umwandlungseffizienz von TOPCon- und PERC-Zellen vergrößert. Allerdings gibt es noch keinen standardisierten Prozessablauf für industrielle TOPCon-Zellen.“

Obwohl die Reduzierung der Produktionskosten wichtig ist, erfordert die Wirtschaftlichkeit von TOPCon seiner Meinung nach eine stabile 24/7-Produktion mit einem Verfügbarkeits- und Auslastungsgrad, der mit den aktuellen TOPCon-Fertigungsanlagen für PERC-Zellen (Passivated Emitter Rear Contact) vergleichbar ist. „Darüber hinaus benötigen TOPCon-Zellen auf n-Typ-Substraten einen beidseitigen Kontakt mit Silber (Ag), die Reduzierung des Ag-Verbrauchs bleibt auch für dieses Konzept zumindest mittel- bis langfristig ein wichtiger Aspekt“, erklärte er.

Anpassbarer Produktionsprozess

Innerhalb des Artikels TOPCon – Die Technologiewahl für eine kostengünstige industrielle Fertigungveröffentlicht in Solar Energy Materials and Solar Cells, erklärt das deutsche Forschungsteam, dass die bestehenden Prozesse und Ausrüstungen, die üblicherweise bei der Herstellung von PERC-Zellen verwendet werden, leicht an die Produktion von TOPCon-Zellen angepasst werden können, indem dem Prozess zwei Schritte hinzugefügt werden. : Bildung von Tunneloxid und Intrinsic/Abscheidung von dotiertem Polysilizium.

„Die Eigenschaften dieser Beschichtung sind entscheidend für die Gestaltung der nächsten Phase der Zellverarbeitung, um eine hohe Leerlaufspannung (VOC) und einen niedrigen Serienwiderstand zu erhalten, wie es das TOPCon-Konzept verspricht“, erklären die Forscher, die anmerken, dass n-Typ-Substrate dies sind aufgrund der höheren Kosten des Bor-Emitter-Diffusionsprozesses im Vergleich zum Phosphor-Diffusionsprozess, der typischerweise bei der Herstellung von PERC-Zellen verwendet wird, teurer in der Integration als ihre Gegenstücke vom p-Typ.

„Dennoch haben wir für eine Prozesslinie mit einer in situ durch LPCVD abgeschiedenen a-Si/Poly-Si-Schicht die Möglichkeit identifiziert, Hochtemperaturglühen und Bor-Emitter-Oxidation in einem Schritt zu kombinieren, was diesen Ansatz im Vergleich zu herkömmlichen wirtschaftlich wettbewerbsfähig macht Verarbeitungsroute, die aus einer a-Si/Poly-Si-Schicht besteht, die ex-situ durch LPCVD abgeschieden wird“, fuhren sie fort.

Andere Alternative

Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) und chemische Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck (APCVD) wurden als Alternativen zu LPCVD in Betracht gezogen, und die Analyse hat gezeigt, dass alle drei Technologien gleichermaßen gültig sind. „Es wurde beobachtet, dass der COO des a-Si-Abscheidungsschritts signifikant mit der Dicke der a-Si-Schicht abnahm, aber es ist interessant festzustellen, dass die Kostensenkung stark von der verwendeten Abscheidungstechnologie abhängt“, sagte das Fraunhofer ISE Forscher. . „Für die PECVD- und APCVD-Abscheidungstechnologien wurde eine viel stärkere COO-Reduktion für dünnere Schichten beobachtet, was hauptsächlich mit deutlich höheren a-Si-Abscheidungen im Vergleich zu LPCVD verbunden ist.“

Die Wissenschaftler verglichen auch die Stromgestehungskosten (LCOE) für 5-MW-Freiflächen-Photovoltaikanlagen auf Basis der bifazialen PERC-Technologie und TOPCon-Produkten mit LPCVD, PECVD und APCVD. Ihre Analyse zeigt, dass die TOPCon-Technologie im Vergleich zur PERC-Technologie 13,5–18,6 % höhere Kosten für Zellen und 3,6–5,5 % höhere Kosten für Module hat.

„Die zusätzlichen Kosten des TOPCon-Moduls sind hauptsächlich auf erhöhte Investitions- und Installationskosten für Zellproduktionsstandorte, einen deutlichen Anstieg der Kosten für die Verbrauchsmaterialien der Zellverarbeitung (aufgrund der zusätzlichen Verarbeitungsschritte, die im Vergleich zu PERC-Zellen erforderlich sind) und den höheren Preis zurückzuführen von Wafer-Typ-Substraten. -n im Vergleich zum p-Typ-Substrat von PERC“, betonen sie. „Auf LCOE-Ebene zeigten alle unter monofazialer Beleuchtung bewerteten TOPCon-Designs etwas niedrigere Werte als die mit bifazialer p-PERC-Technologie erzielten, was die Hypothese ermöglicht, dass die Effizienz von TOPCon-Zellen um 0,5 % höher war als die von PERC-Zellen – und somit 23 erreichte. 5 % bzw. 23,0 %.“

Laut den Forschern muss das konservativste TOPCon-Modell eine Effizienzsteigerung von mindestens 0,55 % erreichen, um PERC in puncto Wirtschaftlichkeit zu übertreffen. „Bei den optimistischsten TOPCon-Designs ermöglicht die Erhöhung des Zellwirkungsgrads um >0,40 % gegenüber p-PERC-Bifacials bereits die kostengünstige Herstellung von TOPCon-Solarzellen in großen Stückzahlen“, schlussfolgern sie.