PERT ist ein Akronym für „Passivated Emitter Rear Total Diffused“. Es hat in letzter Zeit große Aufmerksamkeit in der Solar-PV-Industrie und in Forschungseinrichtungen auf sich gezogen. Da insbesondere die beliebte PERC-Struktur an den Engpass ihrer praktischen Leistungsumwandlungseffizienzgrenze zu stoßen scheint, suchen PV-Forscher nach anderen Zellarchitekturen, um die Effizienz industriell nutzbarer Si-Solarzellen weiter zu steigern.
Abbildung 1 zeigt den Unterschied zwischen einer PERC-Struktur vom p-Typ und einer PERT-Struktur vom n-Typ.
Abbildung 1: Unterschied zwischen einer p-Typ-PERC- und einer n-Typ-PERT-Solarzelle
Die PERC-Struktur (Passivated Emitter Rear Contact) verfügt über ein lokalisiertes Back Surface Field (BSF). Der BSF entsteht durch die Dotierung von Al in Si während des Metall-Co-Firing-Prozesses. BSF trägt zur Verbesserung der Solarzelleneffizienz bei, indem es einen High-Low-Übergang mit dem p-Typ-Si-Basiswafer bildet. Dieser Übergang stößt Minoritätsträger ab und verhindert, dass sie sich auf der Rückseite des Si-Wafers wiedervereinigen.
Bei der PERT-Struktur hingegen ist die Rückseite „vollständig diffundiert“ entweder mit Bor (p-Typ) oder Phosphor (n-Typ). Normalerweise wird die PERT-Technologie auf n-Typ-Si-Solarzellen implementiert. Dadurch sollen die Vorteile der höheren Toleranz von n-Typ-Si-Wafern gegenüber metallischen Verunreinigungen, des niedrigeren Temperaturkoeffizienten und der geringeren lichtinduzierten Verschlechterung als bei p-Typ-Si-Wafern voll ausgenutzt werden. Der lichtinduzierte Abbau ist bei n-Typ-Si geringer, möglicherweise aufgrund geringerer Bor-Sauerstoff-Paare, da der Großteil des n-Typ-Wafers mit Phosphor dotiert ist.
Dennoch erfordert das „vollständig diffundierte“ BSF zusätzliche neuartige Prozesse, wie Hochtemperatur-POCL und BBr3-Diffusion. Daher ist die Herstellung von PERT teurer als die von PERC.
Nichtsdestotrotz kann die vollflächige BSF in PERT-Solarzellen einen wirksameren High-Low-Übergangspassivierungseffekt bieten als die lokalisierte, gröbere BSF auf Al-Basis in PERC. Darüber hinaus ermöglicht n-Typ-PERT auch die Integration der sogenannten Tunnel-Oxid-Passivated-Contact-Struktur (TOPCON). Diese TOPCON-Struktur hat das Potenzial, die Effizienz des Geräts weiter zu verbessern.
Was ist eine TOPCON-Solarzelle?
Die TOPCON-Solarzelle (auch bekannt als passivierter Kontakt) wird als die nächste Generation der Solarzellentechnologie nach PERC angepriesen. Diese neuartige Architektur wurde 2013 von Forschern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme in Deutschland vorgestellt.
Im Vergleich zu den anderen potenziellen neuen Technologien, wie z HJT und IBC, TOPCON können von der aktuellen Version aufgerüstet werden PERC oder PERT- Linie. Infolgedessen sind geringere Kapitalinvestitionen für bestehende PERC- oder PERT-Hersteller erforderlich, die ihre bestehenden Produktionslinien aufrüsten möchten. Darüber hinaus kann auch ein guter Wirkungsgradgewinn der Solarzelle erzielt werden. Dies entspricht etwa 1 % des absoluten Wertes, wie in berichtet.
TOPCON ist die Abkürzung für „Tunnel Oxide Passivated Contact“. Abbildung 1 zeigt diese Zellarchitektur im Vergleich zu a n-PERT- Solarzelle.
Abbildung 1. n-PERT im Vergleich zu n-TOPCON-Solarzellenarchitekturen
Wie in der Abbildung gezeigt, sind n-PERT und n-TOPCON ziemlich ähnlich. Um eine n-PERT-Solarzelle zu einer n-TOPCON-Solarzelle aufzurüsten, sind typischerweise nur eine zusätzliche ultradünne SiO- 2 Schicht und eine dotierte Poly-Si-Schicht erforderlich.
Das ultradünne SiO 2 fungiert als Oberflächenpassivierungsschicht zwischen der hinteren Si-Oberfläche und dem hinteren „Kontakt“ – der Poly-Si-Schicht. Darüber hinaus muss es dünn genug sein, damit der Strom quantenmechanisch hindurchtunneln kann.
Die Poly-Si-Schicht ist hochdotiert, um eine Schicht mit hoher Leitfähigkeit zu erzeugen. Diese hochleitfähige Schicht fungiert dann als Kontakt für die Stromabnahme. Darüber hinaus ist in einem n-Typ-TOPCON die Poly-Si-Schicht typischerweise mit Phosphor dotiert, um eine Feldpassivierung bereitzustellen (rückseitiges Oberflächenfeld ). Dies ähnelt der mit Phosphor dotierten Rückseite von n-PERT, wie in Abbildung 1(a) dargestellt.
Durch die Hinzufügung der Tunneloxidschicht berichteten die ursprünglichen Autoren des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme von einer Steigerung des absoluten Solarzellenwirkungsgrads um etwa 1 %.
Was ist eine HJT-Solarzelle?
HJT ist die Abkürzung für Hetero-Junction-Solarzellen. HJT wurde in den 1980er Jahren vom japanischen Unternehmen Sanyo eingeführt und in den 2010er Jahren von Panasonic übernommen und gilt als potenzieller Nachfolger des beliebten Modells PERC- Solarzelle zum Zeitpunkt des Schreibens, neben anderen Technologien wie z PERT und TOPCON.
Aufgrund der geringeren Anzahl von Zellverarbeitungsschritten bei HJT und der viel niedrigeren Zellverarbeitungstemperaturen hat diese Architektur das Potenzial, die aktuellen Produktionslinien für Solarzellen zu vereinfachen, die derzeit stark auf der PERC-Technologie basieren.
Abbildung 1: p-Typ-PERC vs. n-Typ-HJT-Solarzelle
Wie in Abbildung 1 dargestellt, unterscheidet sich HJT stark von der beliebten PERC-Struktur. Daher sind die Herstellungsprozesse zwischen diesen beiden Architekturen sehr unterschiedlich. Im Vergleich zu n-PERT oder TOPCON, die von den aktuellen PERC-Linien aufgerüstet werden können, erfordert HJT erhebliche Kapitalinvestitionen in neue Ausrüstung, um mit der Massenproduktion zu beginnen.
Darüber hinaus wird die langfristige Betriebs-/Herstellungsstabilität von HJT, wie bei vielen neuen Technologien, noch immer nicht überprüft. Dies ist auf Verarbeitungsherausforderungen wie die Anfälligkeit von amorphem Si gegenüber Hochtemperaturprozessen zurückzuführen.
HJT weist dank des hochwertigen hydrierten intrinsischen amorphen Si (a-Si:H in Abbildung 1) eine hohe Solarzelleneffizienz auf, das eine beeindruckende Defektpassivierung sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite von Si-Wafern (sowohl n-Typ- als auch p-Typ-Polarität) bewirken kann.
Die Verwendung von ITO als transparente Kontakte verbessert außerdem den Stromfluss und fungiert gleichzeitig als Antireflexionsschicht, um eine optimale Lichterfassung zu gewährleisten. Darüber hinaus kann ITO auch durch Sputtern bei niedriger Temperatur abgeschieden werden, wodurch die Rekristallisation der amorphen Schicht vermieden wird, die sich auf die Passivierungsqualität der Materialien auf der Si-Volumenoberfläche auswirkt.
Trotz seiner Verarbeitungsherausforderungen und hohen Kapitalinvestitionen ist HJT immer noch eine attraktive Technologie. Diese Technologie zeigt die Fähigkeit, einen Solarzellenwirkungsgrad von >23 % zu erreichen, verglichen mit ~22 % bei den Technologien TOPCON, PERT und PERC.
