Modul PERC mono-kristal mengalami degradasi-tahun pertama sebesar 3% (rata-rata terukur 1,92%) karena cacat kompleks boron-oksigen (B-O), yang menyebabkan hilangnya pembangkitan listrik secara signifikan selama siklus hidup;
sementara TOPCon tipe N-, menggunakan wafer yang didoping fosfor, menghindari mekanisme BO-LID, sehingga mencapai degradasi-tahun pertama<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Data demonstrasi Yinchuan menunjukkan: Di bawah iradiasi setara, modul TOPCon menurunkan kurang dari 37% modul PERC setelah 6000 jam.
Lapisan oksida terowongan TOPCon dan struktur pasivasi poli{0}}silikon secara bersamaan menekan rekombinasi permukaan,menghasilkan cahaya laboratorium-yang menyebabkan tingkat degradasi serendah 0,26%.
Degradasi yang lebih rendah dikombinasikan dengan keunggulan efisiensi konversi 24%-26% memungkinkan TOPCon mencapainyaPenguatan daya 3-5 tahun menutupi premi biaya awaldi pembangkit listrik-berskala besar, membentuk kembali logika pemilihan modul-efisiensi tinggi.
Penyebab
Pembentukan dan Aktivasi Boron-Kompleks Oksigen
Mekanisme inti LID adalah pembentukan kompleks boron-oksigen (B-O) di bawah pencahayaan. Dalam wafer tipe P-yang diolah dengan boron, atom boron bergabung dengan oksigen interstisial membentuk cacat B-O yang tidak stabil:
· Kondisi Formasi: Under illumination intensity >1 mW/cm², kompleks boron-oksigen memasuki keadaan aktif (Keadaan B), menyebabkan masa pakai pembawa minoritas turun dari 1000μs menjadi di bawah 500μs.
· Pengaruh Suhu: Untuk setiap kenaikan suhu 10 derajat, laju pembentukan kompleks B-O meningkat 2-3 kali lipat. Misalnya, pada suhu 75 derajat, tingkat degradasi LID modul PERC adalah 4,7 kali lipat dibandingkan pada suhu 25 derajat.
· Perbedaan Kandungan Oksigen: Silikon kristal-mono, yang ditumbuhkan menggunakan cawan lebur kuarsa, memiliki kandungan oksigen tinggi sebesar 10-14 ppma, sedangkan silikon multi-kristal dari pengecoran hanya memiliki kandungan oksigen 1-2 ppma. Hal ini menyebabkan degradasi LID 2-3 kali lebih tinggi pada mono-Si dibandingkan multi-Si.
Efek Amplifikasi Parameter Proses pada LID
Proses pembuatan sel secara langsung memengaruhi aktivitas kompleks B-O:
·Suhu Sintering: When sintering peak temperature >Pada suhu 850 derajat, hidrogen dari lapisan pasivasi berdifusi ke dalam substrat silikon, bergabung dengan boron untuk membentuk cacat yang dapat dibalik. Eksperimen menunjukkan bahwa untuk setiap kenaikan suhu sintering sebesar 50 derajat, laju degradasi LeTID meningkat sebesar 0,8%.
·Kontaminasi Logam: Pengotor besi (Fe) bergabung dengan boron membentuk pasangan Fe-B, yang terurai menjadi Feⁱ dan Bⁱ⁰ di bawah pencahayaan, menciptakan pusat rekombinasi tambahan. 1 ppm kontaminasi besi dapat meningkatkan degradasi LID sebesar 0,5%.
·Pasifasi Hidrogen Tidak Memadai: Bila kandungan hidrogen pada lapisan pasivasi (misalnya AlOx/SiNx) adalah<1×10¹⁹ atoms/cm³, it cannot effectively passivate B-O defects. TOPCon requires 40% less hydrogen due to the absence of boron doping, improving defect regeneration efficiency.
Korelasi Antara Struktur Sel dan Sensitivitas TUTUP
Struktur sel yang berbeda menunjukkan perbedaan yang signifikan dalam respon LID:
·Sel PERC: Lapisan pasivasi belakang meningkatkan penyerapan cahaya-dengan panjang gelombang panjang, sehingga menghasilkan konsentrasi pembawa yang lebih tinggi dan meningkatkan aktivitas kompleks B-O. Pengukuran menunjukkan degradasi PERC LID adalah 1,8 kali lipat dari sel bidang permukaan belakang aluminium (Al-BSF) konvensional.
·Sel TOPCon: Ketika ketebalan lapisan terowongan oksida (SiOx) dikontrol pada 1,5nm, kecepatan rekombinasi permukaan adalah<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Sel Heterojungsi (HJT).: Lapisan pasivasi silikon amorf menimbulkan cacat tambahan, namun 90% kondisi antarmuka dapat diperbaiki dengan anil hidrogen, menjaga degradasi LID di bawah 0,3%.
Faktor Lingkungan dan Respon Dinamis LID
Mekanisme lingkungan luar yang mempercepat LID:
·Radiasi UV: Ultraviolet light (280-320nm) induces oxygen vacancy generation, which combines with boron to form complexes. Zhangbei demonstration data shows, in regions with annual UV irradiation >2000 kWh/m², modul PERC mengalami tambahan LID 0,7%.
·Suhu dan Kelembapan Tinggi: Pada kondisi 85 derajat /85%RH, penetrasi kelembapan menyebabkan hidrolisis kompleks boron-oksigen, menghasilkan ion bergerak dan mempercepat difusi pusat rekombinasi. Uji panas lembab (1000 jam) menyebabkan penurunan LID modul PERC sebesar 1,2%.
·Stres Mekanis: Tekanan enkapsulasi modul menyebabkan-retak mikro pada wafer. Gradien konsentrasi oksigen di ujung retakan memicu pembentukan kompleks B-O lokal. Selama pengujian siklus termal (-40 derajat ~85 derajat ), modul yang retak mengalami degradasi LID 0,9% lebih tinggi dibandingkan modul utuh.
-Model Prediksi LID Berdasarkan Data
Prediksi LID berbasis-fisika memerlukan pengintegrasian parameter-dimensi multi:
·Variabel Kunci: Konsentrasi Boron (B), Konsentrasi Oksigen (O), Konsentrasi Pembawa Efektif (Δn), Suhu (T).
·Rumus Empiris: Laju degradasi LID (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT)), dengan Ea=0.85eV (energi aktivasi boron-rekombinasi oksigen), k adalah konstanta Boltzmann.
·Verifikasi Pengukuran: Statistik pada 1000 sel PERC menunjukkan kesalahan prediksi rumus<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
Perbandingan Tingkat Degradasi
Cahaya Laboratorium-Kondisi dan Data Uji Degradasi Terinduksi
Prosedur pengujian laboratorium LID standar:
·Dosis Iluminasi: 5 kWh/m² (spektrum AM1.5G, intensitas 1000 W/m²)
·Kontrol Suhu: suhu konstan 25 derajat
·Durasi Tes: Penerangan terus menerus selama 100 jam
Peningkatan Teknologi
Alternatif Doping Boron
Akar Masalah: Sel PERC tipe P-mengalami degradasi-tahun pertama hingga 3% (data lab) karena kompleks boron-oksigen (BO-LID).
Solusi:
·Galium (Ga) Doping: Ganti boron dengan galium sebagai dopan, hindari jalur reaksi BO-LID. Koefisien segregasi Gallium (0,35) lebih rendah dari boron (0,8), sehingga memerlukan penyesuaian distribusi medan termal:
o Suhu pertumbuhan kristal: 1450 derajat → 1520 derajat (mengurangi penguapan Ga)
o Gradien suhu radial:<5°C/cm (improves crystal quality)
o Efek terukur: Degradasi LID berkurang dari 3% menjadi 0,7%, namun fluktuasi resistivitas ±12%.
·Doping Indium (Dalam)-: Doping Boron-indium ko-(B: In=10:1) selanjutnya mengurangi kelarutan oksigen:
o Kandungan oksigen: 10ppma → 5ppma
o Masa pakai pembawa minoritas: 500μs → 800μs
o Kenaikan biaya: Harga wafer naik sebesar $0,005/W.
Proses Anil:
·Rendah-Temperatur Annealing (LTA):
o Suhu: 200 derajat → 300 derajat
o Waktu: 10 menit → 30 menit
o Efek: Mengaktifkan pasivasi hidrogen, memperbaiki kerusakan boron-oksigen
o Data: Degradasi LID sel PERC berkurang 0,5%.
Peningkatan Lapisan Pasifasi
Teknologi Pasifasi Permukaan:
·Tumpukan AlOx/SiNx:
o Kontrol ketebalan: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o Kecepatan rekombinasi permukaan:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
Optimasi Pasifasi Belakang:
·Penyesuaian Ketebalan SiNx:
o Konvensional: 120nm → Dioptimalkan: 150nm
o Efek: Mengurangi difusi boron ke belakang, menekan LeTID
o Hasil: Degradasi LeTID berkurang dari 1,17% menjadi 0,3%.
Efisiensi Konversi
Efisiensi produksi massal mencapai 25,4%(Kekuatan Matahari Maxeon 7),catatan laboratorium 26,8%, mendekatiBatas teoritis 28,7%.;
PERC stagnan di23.5%. Koefisien suhu TOPCon adalah-0,29%/derajat, bifasial85%+meningkatkan hasil energi sebesar20%, tingkat degradasi<0.4% per year, retensi daya 30 tahun87%.
Batasan Teoritis
Batas Fisik PERC kristal Mono-
Sel PERC kristal-mono, berdasarkan wafer tipe P-, memiliki batas efisiensi teoretis sebesar 24,5% (batas Shockley-Queisser).
Nilai ini ditentukan oleh celah pita silikon (1,1 eV) dan kecocokan spektrum matahari.
Dalam produksi massal, doping boron menghasilkan kompleks boron-oksigen (B-O) yang menyebabkan degradasi terinduksi cahaya (LID), dengan hilangnya efisiensi-tahun pertama sebesar 2-3%.
