PERT est un acronyme pour émetteur passivé arrière totalement diffusé. Il a récemment attiré l'attention de l'industrie solaire photovoltaïque et des instituts de recherche. En particulier, alors que la structure PERC populaire semble atteindre le goulot d'étranglement de sa limite pratique d'efficacité de conversion de puissance, les chercheurs photovoltaïques recherchent d'autres architectures de cellules pour continuer à augmenter l'efficacité des cellules solaires en Si industriellement viables.
La figure 1 montre la différence entre une structure PERC de type p et une structure PERT de type n.
Figure 1 : Différence entre une cellule solaire PERC de type p et une cellule solaire PERT de type n
La structure PERC (contact arrière de l'émetteur passivé) possède un champ de surface arrière localisé (BSF). Le BSF est créé à partir du dopage d’Al en Si lors de processus de co-cuisson de métaux. BSF contribue à améliorer l’efficacité des cellules solaires en formant une jonction haut-bas avec la plaquette de base en Si de type p. Cette jonction repousse les porteurs minoritaires et les empêche de se recombiner à la surface arrière de la plaquette de Si.
En revanche, pour la structure PERT, la surface arrière est « totalement diffusée » avec soit du bore (type p), soit du phosphore (type n). Habituellement, la technologie PERT est mise en œuvre sur des cellules solaires en Si de type n. Il s'agit de tirer pleinement parti de la tolérance plus élevée des plaquettes de Si de type N aux impuretés métalliques, du coefficient de température plus faible et de la dégradation induite par la lumière plus faible que les plaquettes de Si de type P. La dégradation induite par la lumière est plus faible dans le Si de type n, probablement en raison de paires bore-oxygène plus faibles, car la majeure partie de la tranche de type n est dopée au phosphore.
Néanmoins, le BSF « totalement diffusé » nécessite de nouveaux procédés supplémentaires, tels que la diffusion à haute température de POCL et de BBr3. En conséquence, le PERT est plus cher à fabriquer que le PERC.
Néanmoins, le BSF sur toute la surface des cellules solaires PERT peut fournir un effet de passivation de jonction haute-basse plus efficace que le BSF localisé et plus grossier à base d'Al dans le PERC. De plus, le PERT de type n permet également l'intégration de la structure dite de contact passivé à l'oxyde tunnel (TOPCON). Cette structure TOPCON a le potentiel d’améliorer encore l’efficacité du dispositif.
Qu'est-ce qu'une cellule solaire TOPCON ?
La cellule solaire TOPCON (également connue sous le nom de contact passivé) est présentée comme la prochaine génération de technologie de cellule solaire après le PERC. Cette nouvelle architecture a été introduite par des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire en Allemagne en 2013.
Par rapport aux autres nouvelles technologies potentielles, telles que HJT et IBC, TOPCON peuvent être mis à niveau à partir du courant PERC ou Ligne PERT . En conséquence, un investissement en capital moindre est nécessaire pour les fabricants de PERC ou de PERT existants qui cherchent à moderniser leurs lignes de production existantes. De plus, un bon gain d’efficacité des cellules solaires peut également être obtenu. Cela représente environ 1 % en valeur absolue, comme indiqué dans .
TOPCON est l'acronyme de « Tunnel Oxide Passivated Contact ». La figure 1 montre cette architecture cellulaire par rapport à un Cellule solaire n-PERT .
Figure 1. Comparaison des architectures de cellules solaires n-PERT et n-TOPCON
Comme le montre la figure, n-PERT et n-TOPCON sont assez similaires. En règle générale, pour mettre à niveau une cellule solaire n-PERT vers une cellule solaire n-TOPCON, seules une 2 couche supplémentaire de SiO ultra fine et une couche de poly-Si dopée sont nécessaires.
Le SiO ultrafin 2 agit comme une couche de passivation de surface entre la surface arrière en Si et le « contact » arrière – la couche poly-Si. De plus, il doit également être suffisamment fin pour que le courant puisse le traverser de manière quantique.
La couche poly-Si est fortement dopée pour produire une couche à haute conductivité. Cette couche à haute conductivité servira alors de contact pour la collecte de courant. De plus, dans un TOPCON de type n, la couche de poly-Si est généralement dopée au phosphore pour assurer une passivation de champ (champ de surface arrière ). Ceci est similaire à la surface arrière dopée au phosphore du n-PERT, comme le montre la figure 1 (a).
Avec l'ajout de la couche d'oxyde tunnel, les auteurs originaux de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ont signalé une augmentation d'environ 1 % de l'efficacité absolue des cellules solaires.
Qu'est-ce qu'une cellule solaire HJT ?
HJT est l'acronyme de cellules solaires à hétérojonction. Introduit par la société japonaise Sanyo dans les années 1980, puis racheté par Panasonic dans les années 2010, HJT est considéré comme un successeur potentiel du populaire Cellule solaire PERC au moment de la rédaction, outre d'autres technologies telles que PERT et TOPCON.
En raison du nombre réduit d'étapes de traitement des cellules HJT et des températures de traitement des cellules beaucoup plus basses, cette architecture a le potentiel de simplifier les lignes de fabrication de cellules solaires actuelles qui sont actuellement fortement basées sur la technologie PERC.
Figure 1 : cellule solaire PERC de type p vs cellule solaire HJT de type n
Comme le montre la figure 1, HJT est très différent de la structure PERC populaire. De ce fait, les processus de fabrication entre ces deux architectures sont très différents. Comparé au n-PERT ou au TOPCON, qui peuvent être mis à niveau à partir des lignes PERC actuelles, le HJT nécessite un investissement important en capital dans de nouveaux équipements pour démarrer les productions de masse.
De plus, comme pour beaucoup de nouvelles technologies, la stabilité de fonctionnement/de fabrication à long terme du HJT est toujours en cours d’examen. Cela est dû aux défis de traitement tels que la sensibilité du Si amorphe aux processus à haute température.
HJT démontre une efficacité élevée des cellules solaires grâce au Si amorphe intrinsèque hydrogéné de haute qualité (a-Si: H sur la figure 1) qui peut fournir une passivation impressionnante des défauts sur les surfaces avant et arrière des tranches de Si (polarité de type n et de type p).
L'utilisation de l'ITO comme contacts transparents améliore également les flux de courant, tout en agissant également comme couche antireflet pour fournir une capture optimale de la lumière. De plus, l'ITO peut également être déposé par pulvérisation cathodique à basse température, évitant ainsi la recristallisation de la couche amorphe qui affecterait la qualité de passivation des matériaux sur la surface massive du Si.
Malgré ses défis de traitement et ses investissements en capital élevés, le HJT reste une technologie attrayante. Cette technologie démontre la capacité d'atteindre >23 % d'efficacité des cellules solaires, contre environ 22 % montrés par les technologies TOPCON, PERT et PERC.
