Новое исследование показывает, что литые монопластины ещё далеки от коммерческого совершенства
Аккумулятор FIAMM FG 11201
Китайская исследовательская группа изучила уровень примесей и дефектов в солнечных элементах на основе монокристаллических пластин и обнаружила, что примерно в 30 % устройств наблюдается «чрезмерное» снижение эффективности преобразования энергии. Ученые пришли к выводу, что в ближайшем будущем монокристаллический кремний вряд ли займет значительную долю рынка.
Исследователи из Чжэцзянского университета в Китае изучили влияние примесей и дефектов на эффективность солнечных элементов, изготовленных из монолитого кремния (CM-Si), и обнаружили, что только около 70 % элементов, изготовленных из этого материала, могут сравниться по эффективности с обычными пластинами из карбида кремния.
Монослитки и пластины для фотоэлектрических систем производятся из монокристаллического кремния, который также известен как монокристаллический или квазимонокристаллический кремний. Процесс производства монокристаллического кремния позволяет получать пластины «моноподобного» качества с использованием модифицированной печи для производства монокристаллического кремния, при этом не требуется дорогостоящее оборудование для вытягивания слитков. Пластины из монокристаллического кремния менее подвержены рекомбинации, вызванной дефектами в виде бора и кислорода, и имеют преимущество в виде более низкой деградации под воздействием света. Однако их коммерческая зрелость ещё далека от достижения из-за отсутствия подходящих процессов на последующих этапах производственной линии.
“Наше исследование представляет собой прикладной анализ того, как примесные дефекты в литых монокристаллических кремниевых материалах влияют на производительность солнечных элементов”, - сказал ведущий автор исследования Шуай Юань в интервью pv magazine. “В то время как предыдущие исследования в первую очередь подчеркивали оптимальные характеристики литых монокристаллических материалов, в нашей работе этот вопрос рассматривается с точки зрения единицы минимального производственного цикла — цельного кристаллического слитка”.
“Мы определили скопления дислокаций и загрязнение металлами как два основных фактора, влияющих на эффективность”, - продолжил он. “Оба фактора способствуют снижению эффективности солнечных элементов. Скопления дислокаций преобладают в верхней части кристалла и представляют гораздо больший риск для работы ячейки, чем загрязнение металла в результате диффузии в тигле ”.
В исследовании «Анализ и влияние дефектов, связанных с примесями, на эффективность и стабильность массового производства монокристаллических кремниевых пластин и солнечных элементов», опубликованном в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells, исследовательская группа объяснила, что сохраняющиеся дефекты высокой плотности остаются главным препятствием на пути к тому, чтобы эта технология производства пластин стала конкурентоспособной в фотоэлектрической промышленности.
Ученые провели серию экспериментов с солнечными элементами PERC на основе сквозного металлического покрытия (MWT) с использованием коммерческой линии по производству кремниевых элементов по методу Чохральского (Cz-Si). Они использовали измерения фотолюминесценции (ФЛ) в областях пластин, которые, согласно данным ФЛ-визуализации, содержали дефекты с высокой рекомбинационной активностью. Кроме того, они использовали электролюминесценцию (ЭЛ) для оценки эффективности солнечных элементов.
«Мы продемонстрировали, что, хотя примерно 70 % пластин из литого монокристаллического кремния по своим характеристикам сопоставимы с монокристаллическим кремнием, выращенным методом Чохральского, остальные 30 % имеют чрезмерные отклонения, — сказал Юань. — Диффузия металла и распространение дефектов в верхней части остаются неотъемлемыми проблемами метода литья, которые ещё предстоит решить. Кроме того, наши результаты показывают, что значительные факторы, снижающие эффективность массового производства, можно легко выявить путём простого сравнения данных об эффективности.
«В настоящее время ведущие производители — в основном в Китае — переключают внимание на передовые технологии производства элементов, такие как TOPCon n-типа и элементы с гетеропереходом, которые требуют исключительно длительного срока службы кремниевых пластин, — заключил Юань. — Значительные усилия в области исследований и разработок также направлены на производство элементов из чистого перовскита и тандемных элементов. Пока эти проблемы не будут решены, литой монокристаллический кремний вряд ли сможет занять значительную долю рынка, несмотря на более низкую стоимость выращивания кристаллов».
В 2022 году другая группа учёных из Чжэцзянского университета разработала технологию производства высококачественных монолитых кремниевых (CM-Si) слитков со стабильным содержанием монокристаллического кремния для использования в солнечных батареях.
В 2019 году компания Canadian Solar заявила, что достигла 22,8 % эффективности для своих мультикристаллических солнечных элементов P5 p-типа на основе технологии монолитья. Всего несколькими месяцами ранее конкурирующая компания GCL Systems Integration представила модули с технологией монолитья с эффективностью 18,9 %.