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Überblick über die Photovoltaikmodultechnologie und Vorteile von Topcon

Die Photovoltaik-(PV)-Modultechnologie TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) repräsentiert die neuesten Fortschritte in der Solarindustrie zur Verbesserung der Zelleffizienz und Reduzierung der Kosten. Der Kern der TOPCon-Technologie liegt in ihrer einzigartigen Passivierungskontaktstruktur, die die Trägerrekombination an der Zelloberfläche effektiv reduziert und dadurch die Umwandlungseffizienz der Zelle erhöht.

Technische Highlights

1. Passivierungskontaktstruktur: TOPCon-Zellen bereiten eine superdünne Oxid-Siliziumschicht (1–2 nm) auf der Rückseite des Siliziumwafers vor, gefolgt von der Abscheidung einer dotierten polykristallinen Siliziumschicht. Diese Struktur sorgt nicht nur für eine hervorragende Grenzflächenpassivierung, sondern bildet auch einen selektiven Trägertransportkanal, der den Durchgang von Mehrheitsträgern (Elektronen) ermöglicht und gleichzeitig die Rekombination von Minderheitsträgern (Löchern) verhindert, wodurch die Leerlaufspannung (Voc) und die Füllung der Zelle deutlich erhöht werden Faktor (FF).

2. Hohe Umwandlungseffizienz: Der theoretische maximale Wirkungsgrad von TOPCon-Zellen liegt bei bis zu 28.7 %, deutlich höher als die 24.5 % herkömmlicher PERC-Zellen vom P-Typ. In praktischen Anwendungen liegt die Massenproduktionseffizienz von TOPCon-Zellen bei über 25 %, mit Potenzial für weitere Verbesserungen.

3. Low Light-Induced Degradation (LID): N-Typ-Siliziumwafer weisen eine geringere lichtinduzierte Degradation auf, was bedeutet, dass TOPCon-Module im tatsächlichen Einsatz eine höhere Anfangsleistung aufrechterhalten können, wodurch der Leistungsverlust langfristig reduziert wird.

4. Optimierter Temperaturkoeffizient: Der Temperaturkoeffizient von TOPCon-Modulen ist besser als der von PERC-Modulen, was bedeutet, dass in Hochtemperaturumgebungen der Stromerzeugungsverlust von TOPCon-Modulen geringer ist, insbesondere in tropischen und Wüstenregionen, wo dieser Vorteil besonders deutlich wird.

5. Kompatibilität: Die TOPCon-Technologie kann mit bestehenden PERC-Produktionslinien kompatibel sein und erfordert nur wenige zusätzliche Geräte, wie Bordiffusions- und Dünnschichtabscheidungsgeräte, ohne dass eine Öffnung und Ausrichtung auf der Rückseite erforderlich ist, was den Produktionsprozess vereinfacht.

Fertigungsprozess

Der Produktionsprozess von TOPCon-Zellen umfasst im Wesentlichen die folgenden Schritte:

1. Vorbereitung von Siliziumwafern: Zunächst werden N-Typ-Siliziumwafer als Basismaterial für die Zelle verwendet. N-Typ-Wafer haben eine längere Lebensdauer der Minoritätsträger und eine bessere Reaktion auf schwaches Licht.

2. Oxidschichtablagerung: Auf der Rückseite des Siliziumwafers wird eine hauchdünne Oxid-Siliziumschicht abgeschieden. Die Dicke dieser Oxid-Siliziumschicht liegt normalerweise zwischen 1 und 2 nm und ist der Schlüssel zum Erreichen des Passivierungskontakts.

3. Dotierte polykristalline Siliziumabscheidung: Auf der Oxidschicht wird eine dotierte polykristalline Siliziumschicht abgeschieden. Diese polykristalline Siliziumschicht kann durch chemische Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD) oder plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) erreicht werden.

4. Glühbehandlung: Durch eine Hochtemperatur-Glühbehandlung wird die Kristallinität der polykristallinen Siliziumschicht verändert und dadurch die Passivierungsleistung aktiviert. Dieser Schritt ist entscheidend für das Erreichen einer geringen Grenzflächenrekombination und einer hohen Zelleffizienz.

5. Metallisierung: Metallgitterlinien und Kontaktpunkte werden auf der Vorder- und Rückseite der Zelle gebildet, um fotogenerierte Ladungsträger zu sammeln. Der Metallisierungsprozess von TOPCon-Zellen erfordert besondere Aufmerksamkeit, um eine Beschädigung der Passivierungskontaktstruktur zu vermeiden.

6. Testen und Sortieren: Nach Abschluss der Zellfertigung werden elektrische Leistungstests durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Zellen den vorgegebenen Leistungsstandards entsprechen. Anschließend werden die Zellen nach Leistungsparametern sortiert, um den Anforderungen verschiedener Märkte gerecht zu werden.

7. Modulmontage: Die Zellen werden zu Modulen zusammengebaut, die typischerweise mit Materialien wie Glas, EVA (Ethylen-Vinylacetat-Copolymer) und einer Rückfolie eingekapselt sind, um die Zellen zu schützen und strukturelle Unterstützung zu bieten.

Vorteile und Herausforderungen

Die Vorteile der TOPCon-Technologie liegen in ihrem hohen Wirkungsgrad, dem niedrigen LID und dem guten Temperaturkoeffizienten, wodurch TOPCon-Module effizienter sind und in der Praxis eine längere Lebensdauer haben. Allerdings steht die TOPCon-Technologie auch vor Kostenherausforderungen, insbesondere im Hinblick auf die Erstinvestition in die Ausrüstung und die Produktionskosten. Aufgrund kontinuierlicher technologischer Fortschritte und Kostensenkungen wird erwartet, dass die Kosten für TOPCon-Zellen schrittweise sinken und ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem Photovoltaikmarkt verbessert wird.

Zusammenfassend ist die TOPCon-Technologie eine wichtige Richtung für die Entwicklung der Photovoltaikindustrie. Es verbessert die Umwandlungseffizienz von Solarzellen durch technologische Innovation und behält gleichzeitig die Kompatibilität mit bestehenden Produktionslinien bei, wodurch eine starke technische Unterstützung für die nachhaltige Entwicklung der Photovoltaikindustrie bereitgestellt wird. Aufgrund des kontinuierlichen technologischen Fortschritts und der Kostensenkung wird erwartet, dass TOPCon-Photovoltaikmodule in Zukunft den Photovoltaikmarkt dominieren werden.