PERT は、パッシベーション エミッタ リア完全拡散の頭字語です。最近、太陽光発電業界や研究機関から幅広い注目を集めています。特に、一般的なPERC構造は実際の電力変換効率限界のボトルネックに達しているようであり、PV研究者は産業的に実行可能なSi太陽電池の効率を引き続き向上させるための他のセルアーキテクチャを探しています。
図 1 は、p 型 PERC と n 型 PERT 構造の違いを示しています。
図 1: p 型 PERC と n 型 PERT 太陽電池の違い
PERC (不動態化エミッタ背面コンタクト) 構造には、局所的な背面電界 (BSF) があります。 BSF は、金属同時焼成プロセス中の Si への Al のドーピングによって作成されます。 BSFは、p型Siベースウェーハと高低接合を形成することにより、太陽電池効率の向上に役立ちます。この接合は少数キャリアを反発し、Si ウェーハの裏面で少数キャリアが再結合するのを防ぎます。
一方、PERT 構造の場合、裏面はホウ素 (p 型) またはリン (n 型) のいずれかで「完全に拡散」されます。通常、PERT 技術は n 型 Si 太陽電池に実装されます。これは、n 型 Si ウェーハが p 型 Si ウェーハよりも金属不純物に対する耐性が高く、温度係数が低く、光による劣化が少ないという利点を最大限に活用するためです。 n 型シリコンでは光による劣化が少なく、これはおそらく、n 型ウェーハのバルクにリンがドープされているため、ホウ素と酸素のペアが少ないためと考えられます。
それにもかかわらず、「完全に拡散した」BSF には、高温 POCL や BBr3 拡散などの追加の新しいプロセスが必要です。その結果、PERT は PERC よりも製造コストが高くなります。
それにもかかわらず、PERT 太陽電池の全領域 BSF は、PERC の局所的で粗い Al ベースの BSF よりも効果的な高低接合パッシベーション効果を提供する可能性があります。さらに、n 型 PERT を使用すると、いわゆるトンネル酸化物不動態化コンタクト (TOPCON) 構造の統合も可能になります。この TOPCON 構造は、デバイスの効率をさらに向上させる可能性を秘めています。
トプコン太陽電池とは何ですか？
TOPCON (不動態化接触としても知られる) 太陽電池は、PERC に続く次世代の太陽電池技術として宣伝されています。この新しいアーキテクチャは、2013 年にドイツのフラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所の研究者によって導入されました。
他の潜在的な新技術と比較して、 HJT 、IBC、TOPCONは現行からアップグレード可能 PERC または PERT ライン。その結果、既存の生産ラインのアップグレードを検討している既存の PERC または PERT メーカーにとって、必要な資本投資が少なくなります。さらに、太陽電池効率も良好に向上することができる。で報告されているように、これは絶対値で約 1% です。
TOPCON は「Tunnel Oxide Passivated Contact」の頭字語です。図 1 は、このセル アーキテクチャをセル アーキテクチャと比較して示しています。 n-PERT 太陽電池。
図 1. n-PERT と n-TOPCON 太陽電池アーキテクチャの比較
図に示すように、n-PERT と n-TOPCON は非常に似ています。通常、n-PERT 太陽電池を n-TOPCON 太陽電池にアップグレードするには、極薄 SiO2 層とドープされたポリ Si 層を追加するだけで済みます。
極薄の SiO は、 2 Si 裏面と裏面の「コンタクト」、つまりポリ Si 層の間の表面パッシベーション層として機能します。さらに、電流が量子力学的にトンネルを通過できるように、十分に薄い必要もあります。
ポリシリコン層は、高導電率層を生成するために高濃度にドープされています。この高導電率層は集電用の接点として機能します。さらに、n 型 TOPCON では、通常、フィールドパッシベーションを提供するためにポリ Si 層にリンがドープされます (裏面領域）。これは、図 1(a) に示す、リンがドープされた n-PERT の裏面に似ています。
トンネル酸化層の追加により、フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所の原著者らは、太陽電池の絶対効率が最大 1% 増加したと報告しました。
HJT太陽電池とは何ですか?
HJTはヘテロ接合太陽電池の略称です。 HJT は 1980 年代に日本の三洋電機によって導入され、その後 2010 年代にパナソニックに買収されました。HJT は、人気のある製品の後継となる可能性があると考えられています。 本稿執筆時点ではPERC 太陽電池のほか、 PERT と トプコン.
HJT はセル処理ステップの数が少なく、セル処理温度がはるかに低いため、このアーキテクチャは、現在 PERC 技術に大きく依存している現在の太陽電池製造ラインを簡素化する可能性があります。
図 1: p 型 PERC と n 型 HJT 太陽電池の比較
図 1 に示すように、HJT は一般的な PERC 構造とは大きく異なります。その結果、これら 2 つのアーキテクチャ間の製造プロセスは大きく異なります。現在の PERC ラインからアップグレードできる n-PERT や TOPCON と比較して、HJT は量産を開始するために新しい設備への多額の設備投資を必要とします。
さらに、多くの新技術と同様に、HJT の長期的な動作/製造の安定性はまだ検討中です。これは、アモルファス Si が高温プロセスに弱いなどのプロセス上の課題によるものです。
HJT は、高品質の水素化真性アモルファス Si (図 1 の a-Si:H) のおかげで、高い太陽電池効率を示します。このシリコンは、Si ウェーハの前面と背面の両方 (n 型と p 型の極性の両方) に優れた欠陥パッシベーションを提供できます。
透明コンタクトとして ITO を使用すると、電流の流れも改善されると同時に、最適な光の捕捉を提供する反射防止層としても機能します。さらに、ITO は低温でスパッタリングによって堆積することもできるため、バルク Si 表面上の材料の不動態化品質に影響を与えるアモルファス層の再結晶化を回避できます。
処理上の課題や多額の資本投資にもかかわらず、HJT は依然として魅力的なテクノロジーです。この技術は、TOPCON、PERT、および PERC 技術が示す最大 22% と比較して、23% を超える太陽電池効率を達成できることを実証しています。
