Высокоэффективные гетероструктурные солнечные элементы на кремнии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье основное внимание уделено гетероструктурным кремниевым (англ. SHJ -Silicon Hetero-Junction) солнечным элементам, которые, в отличие от стандартных кремниевых солнечных ячеек (как PERC, TOPCon и IBC), где p-n-переход формируется с помощью термической диффузии, базируются на низкотемпературных (< 250 °C) методах изготовления, обладают максимальным КПД (> 26%) и двусторонностью (> 90%), а также низким температурным коэффициентом (< 0.3%/°C). Все эти преимущества делают SHJ-солнечные ячейки очень привлекательными для наземной фотоэлектрической промышленности. Использование низкотемпературных процессов при изготовлении SHJ-ячеек приводит к возможности использования более тонких (< 140 мкм) кремниевых пластин при их массовом производстве и особенностям сборки солнечных модулей на их основе. Статья продолжает тему второго номера журнала,посвященного фотовольтаике.Авторы выражают благодарность многочисленным коллегам из ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, ООО “НТЦ ТПТ” и ГК “Хевел”, без участия которых не могла быть решена задача создания отечественной наземной солнечной энергетики как отрасли.

Ключевые слова

,

Об авторах

А. С. Абрамов

ФГБУН “Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе”; ООО “НТЦ ТПТ”

Санкт-Петербург

Д. А. Андроников

ФГБУН “Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе”; ООО “НТЦ ТПТ”

Санкт-Петербург

С. Н. Аболмасов

ФГБУН “Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе”; ООО “НТЦ ТПТ”

Санкт-Петербург

Евгений Иванович Теруков

ФГБУН “Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе”; ООО “НТЦ ТПТ”

Санкт-Петербург

Список литературы

  1. International Technology Roadmap for Photovoltaic(ITRPV), 14th Ed. VDMA, 2023.&nbsp;&nbsp;
  2. Green M.A., Hishikawa Y., Dunlop E.D., Levi D.H., Hohl-Ebinger J., Ho-Baillie A.W.Y. Solarcell efficiency tables (version 52) // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2018.26 (7).&nbsp;&nbsp;
  3. Sasaki K., Agui T., Nakaido K., Takahashi N., Onitsuka R., Takamoto T. Development of InGaP/GaAs/InGaAs inverted triple junction concentrator solar cells // in: Proc. 9th Int. Conference on Concentrating Photovoltaics Systems. 2013. Miyazaki.&nbsp;&nbsp;
  4. Green M.A. The Passivated Emitter and Rear Cell (PERC): From conception to mass production //Solar Energy Materials and Solar Cells. 2015. Vol. 143.&nbsp;&nbsp;
  5. Wilking S., Beckh C., Ebert S., Herguth A., Hahn G. Influence of bound hydrogen states on BO-regeneration kinetics and consequences for high-speed regeneration processes // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2014. Vol. 131.&nbsp;&nbsp;
  6. Verlinden P. Interdigitated Back Contact Solar Cells // in Photovoltaic Solar Energy: From Fundamentals to Applications. 1st Ed., John Wiley & Sons, 2017.&nbsp;&nbsp;
  7. Kafle B., Goraya B.S., Mack S., Feldmann F., Nold S., Rentsch E. TOPCon - Technology options for cost efficient industrial manufacturing // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2021. Vol. 227.&nbsp;&nbsp;
  8. Taguchi M., Tanaka M., Matsuyama T., Tsuda S., Nakano S., Kishi Y., Kuwano Y. Improvement of the conversion efficiency of polycrystalline silicon thin film solar cell // Proceedings of Technical Digest of the 5th International Photovoltaic Science and Engineering Conference. 1990.&nbsp;&nbsp;
  9. Taguchi M., Yano A., Tohoda S., Matsuyama K., Nakamura Y., Nishiwaki T., Fujita K., Maruyama E. 24.7% record efficiency HIT solar cell on thin silicon wafer // IEEE J. Photovolt. 2014. Vol. 4.&nbsp;&nbsp;
  10. Sachenko A.V. et al. Temperature dependence of photoconversion efficiency in silicon heterojunction solar cells: Theory vs experiment // J. Appl. Phys. 2016. 119.&nbsp; EDN: WVMYQT
  11. Yoshikawa K. et al. Silicon heterojunction solar cell with interdigitated back contacts for a photoconversion efficiency over 26% // Nature Energy. 2017. 2.
  12. International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), 14th Ed. VDMA, 2023.
  13. Taguchi M., Yano A., Tohoda S., Matsuyama K., Nakamura Y., Nishiwaki T., Fujita K., Maruyama E. 24.7% record efficiency HIT solar cell on thin silicon wafer // IEEE J. Photovolt. 2014. Vol. 4.
  14. De Wolf S., Descoeudres A., Holman Z.C., Ballif C. High-efficiency silicon heterojunction solarcells: a review // Green. 2012. Vol. 2.
  15. Fuhs W., Korte L., Schmidt M., Optoelectron J.Heterojunctions of hydrogenated amorphous silicon and monocrystalline silicon // Adv. M. 2006. Vol. 8.&nbsp; EDN: MLOTEJ
  16. Melskens J., Loo B.W.H. van de, Macco B., Black L.E., Smit S., Kessels W.M.M. Passivating Contacts for Crystalline Silicon Solar Cells: from Concepts and Materials to Prospects // IEEE J. Photovolt. 2018. Vol. 8.
  17. MacDonald D., Geerligs L.J. Recombination activity of interstitial iron and other transition metal point defects in p- and n-type crystalline silicon // Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 85.&nbsp; EDN: LVZSDL
  18. Bätzner D.L. et al. Silicon Specification for High Efficiency HJT // in Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference. Hamburg, 2015.
  19. Danel A., Harrison S., Gérenton F., Moustafa A., Varache R., Veirman J., Roux C. Silicon Heterojunction Solar Cells with Open-Circuit-Voltage above 750mV // in Proc. 35th European Photovoltaic Solar Energy Conference. Brussels,2015.&nbsp;
  20. Andronikov D. et al. A Transition to Thinner Si Wafers at HJT Mass Production: Ahead of ITRPV Schedule // in Proc. 35th European Photovoltaic Solar Energy Conference. Brussels, 2018.
  21. International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), 14th Ed. VDMA, 2023.
  22. Kern W. The Evolution of Silicon Wafer Cleaning Technology // J. Electrochem. Soc. 1990. Vol. 137.
  23. Bearda T., Yoshikawa K., Assche E. van, O'Sullivan B., Gordon I., Yamamoto K., Baert K., Poortmans J. Optimization of post-texturization cleans for heterojunction solar cells // Solid State Phenom. 2012. Vol. 187.
  24. Sevenig F., Breitenstein L., Oltersdorf A., Zimmermann K., Hermle M. Investigation on the Impact of Metallic Surface Contaminations on Minority Carrier Lifetime of a-Si:H Passivated Crystalline Silicon // Energy Procedia. 2011. Vol. 8.
  25. Breus V. et al. in Proc. 35th European Photovoltaic Solar Energy Conference. Brussels, 2018.
  26. Tanaka M., Taguchi M., Matsuyama T., Sawada T., Tsuda S., Nakano S., Hanafusa H., Kuwano Y. Development of New a-Si/c-SiHeterojunction Solar Cells: ACJ-HIT (Artificially Constructed Junction-Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer // Jpn. J. Appl. Phys. 1992. 31.
  27. Taguchi M., Yano A., Tohoda S., Matsuyama K., Nakamura Y., Nishiwaki T., Fujita K., Maruyama E. 24.7% record efficiency HIT solar cell on thin silicon wafer // IEEE J. Photovolt. 2014. Vol. 4.
  28. Descoeudres A., Barraud L., Bartlone R., Choong G., De Wolf S., Zicarelli F., Ballif C. The silane depletion fraction as an indicator for the amorphous/crystalline silicon interface passivation quality // Appl. Phys. Lett. 2010. 97.&nbsp; EDN: NRPNIX
  29. Descoeudres A. et al. Improved amorphous/crystalline silicon interface passivation by hydrogen plasma treatment // Appl. Phys. Lett. 2011. 99.
  30. Ibidem.
  31. Schüttauf J.-W.A., van der Werf K.H.M., Kielen I.M., van Sark W.G.J.H. M., Rath J.K., Schropp R.E.I. Excellent crystalline silicon surface passivation by amorphous silicon irrespective of the technique used for chemical vapor deposition // Appl. Phys. Lett. 2011. 98.
  32. Illiberi A., Sharma K., Creatore M., van de Sanden M.C.M. Hydrogenated amorphous silicon-based surface passivation of c-Si at high deposition temperature and rate // Phys. Stat. Sol. RRL 2010. 4.
  33. Abolmasov S. et al. Feasibility Study on the Use of Gen5 PECVD Reactors for Manufacturing of High-Efficiency Silicon Heterojunction Solar Cells // in Proc. 31th European Photovoltaic Solar Energy Conference. Hamburg, 2015.
  34. Andronikov D. et al. A Successful Conversion of Silicon Thin- Film Solar Module Production to High Efficiency Heterojunction Technology // in Proc. 33rd European Photovoltaic Solar Energy Conference. Amsterdam, 2017.
  35. Wolf S. De and Kondo M. Nature of dopeda-Si:H/c-Si interface recombination // J. Appl. Phys.2009. 105.
  36. Shah A. Thin-film silicon solar cells, first ed. // EPFL Press. Lausanne, 2010.
  37. Abolmasov S.N. and Roca i Cabarrocas P. //in situ photoluminescence system for studying surface passivation in silicon heterojunction solar cells // J. Vac. Sci. Technol. 2015.
  38. Abolmasov S.N., Silva F., Roca i Cabarrocas P. // in situ photoluminescence study of plasma-induced damage atthe a-Si:H/c-Si interface // Appl. Phys. Lett. 2016.108.
  39. Lippens P., Büchel M., Chiu D., Szepesi C. Indium-tin-oxide coatings for applications in photovoltaics and displays deposited using rotary ceramic targets: Recent insights regarding process stability and doping level // Thin Solid Films 2013. 532.&nbsp;
  40. Abolmasov S., Abramov S., Andronikov D., Emtsev K., Ivanov G., Nyapshaev I., Orekhov D., Semenov A., Shelopin G., Terukov E. Influence of DC-Sputtered ITO Layers on Performance of Silicon Heterojunction Solar Cells // in Proc. 33rd European Photovoltaic Solar Energy Conferenceэ Amsterdam, 2017.
  41. Abramov A.S., Andronikov D.A., Abolmasov S.N., Terukov E.I. Silicon Heterojunction Technology: a key to high efficiency solar cells at low cost // in Highly Efficient Low-Cost Photovoltaics, Recent Developments, 2nd Ed. Springer Nature, Switzerland, 2020.
  42. Bettinelli A. et al. Busbar and busbar-less heterojunction cell printing on the CEA-INES pilot line ribbons and SWCT module performances, Presentation at 7ᵗʰ Workshop on Metallization and Interconnection // Proc. 7ᵗʰ Workshop on Metallization and Interconnection for Crystalline Silicon Solar Cells, 2017.
  43. Ibidem.
  44. Soderstrom T. et al. Low-cost high-energy yield solar module lines and its applications // in Proc.42 IEEE PVSC. New Orleans, 2015.
  45. Descoeudres A. et al. Low-temperature processes for passivation and metallization of high-efficiency crystalline silicon solar cells // Solar Energy, in Press. 2018.
  46. Geipel T., Huq Z. and Eitner U. Reliable interconnection of the front side grid fingers using silver reduced conductive adhesives // Energy Procedia. 2014. 55.
  47. Lachowicz A. et al. Copper Plating Process for Bifacial Heterojunction Solar Cells // in Proc. 33rd European Photovoltaic Solar Energy Conference. Amsterdam, 2017.
  48. Faes A. et al. Metallization and interconnection for high-efficiency bifacial silicon heterojunction solar cells and modules // Photovoltaics International, 2018. 41.
  49. Strahm B. et al. // in Proc. 7th International Conference on Crystalline Silicon PV. Freiburg, 2017.
  50. Dullweber T. et al. The PERC+ cell: a 21%-efficient industrial bifacial PERC solar cell // in Proc. of 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference. Hamburg, 2015.
  51. Emtsev K. et al. Outdoor Performance Analysis of the Si-Heterojunction Modules with Different Cell and Module Designs // in Proc. 33rd European Photovoltaic Solar Energy Conference. Amsterdam, 2017.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Издательство "Наука", 2024