Опанування герметизувальної плівки з УФ-перетворенням спектра - нова віха Risen у технології HJT Hyper-ion
Що кращий ефект пасивації сонячного елемента, то він чутливіший до УФ-випромінювання.
Досягнення вищої ефективності перетворення сонячних елементів потребує ефективної пасивації поверхні. Високі швидкості об’ємної та поверхневої рекомбінації можуть обмежувати напругу холостого ходу (Voc) і знижувати коефіцієнт заповнення (FF) сонячних елементів. Тому нанесення високоякісних поверхневих пасиваційних шарів для пригнічення поверхневої рекомбінації є передумовою створення високоефективних сонячних елементів.
Для сонячних елементів ефективна пасивація поверхні на мікрорівні проявляється у зниженні густини дефектних станів і зменшенні рекомбінації на межі поділу, а на макрорівні — у збільшенні часу життя неосновних носіїв заряду та зростанні Voc. Історія розвитку технологій сонячних елементів — від ранньої BSF (Back Surface Field, тильне поверхневе поле) до PERC (Passivated Emitter Rear Contact, пасивований емітер і тильний контакт), а нині до технологій n-типу TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact, пасивований контакт з тунельним оксидом) і HJT (гетероперехід) — чітко показує, що історія технології сонячних елементів — це розвиток пасиваційних матеріалів і процесів. Кожна інновація в технології елементів і кожне підвищення ефективності тісно пов’язані з оптимізацією пасиваційних матеріалів і технологій. Ранні сонячні елементи BSF пасивували TiO2, згодом перейшли на пасивацію SiNx, але лише лицьової сторони. Натомість у сонячних елементах PERC застосовано пасивацію тильної сторони за допомогою Al2O3 і SiNx. Однак металізація та процес лазерної абляції призвели до часткової пасивації замість пасивації всієї площі. Сонячні елементи TOPCon, які нині виробляють масово, використовують структуру пасивованого контакту на тильній стороні із SiO₂ і полікремнію. Сонячні елементи HJT, поєднуючи переваги попередніх технологій, використовують двосторонню пасивацію всієї площі аморфним кремнієм, що забезпечує найкращий ефект пасивації та найвищу Voc. Серед сучасних основних технологій сонячних елементів елементи HJT мають найвищу Voc у масовому виробництві — у середньому понад 753 мВ, що робить їх найефективнішими за пасивацією серед усіх однопереходних сонячних елементів.
Пасиваційні шари фотоелектричних елементів зменшують поверхневі дефекти, утворюючи зв’язки Si-H, які насичують обірвані зв’язки на поверхні напівпровідника й тим самим знижують рекомбінаційні втрати фотогенерованих носіїв заряду. Це підвищує ефективність фотоелектричного перетворення та подовжує термін служби елемента. Однак зв’язки Si-H легко руйнуються під дією УФ-випромінювання, що послаблює пасивацію й, відповідно, знижує ефективність перетворення. Це явище, відоме як УФ-індукована деградація (UVID), особливо виражене у високоефективних сонячних елементах n-типу з найкращою пасивацією. Подібно до того як на бездоганно білій порцеляні бруд помітніший, ніж на сірій, що краща пасивація, то сильніше проявляється вплив УФ-опромінення.
Без інструмента немає роботи: пом’якшення впливу УФ за допомогою герметизуючих плівок
Як найефективніша однопереходна технологія з найкращою пасивацією, сонячні елементи HJT більш чутливі до впливу УФ-випромінювання на пасиваційний шар, ніж інші технології. Щоб пом’якшити й усунути цей вплив, науковці та інженери фотоелектричної галузі зазвичай застосовують два рішення. Перше — використання герметизуючої плівки з високим порогом відсікання, що містить УФ-блокувальні добавки, які знижують пропускання УФ у діапазоні 280–380 нм приблизно до 2–15 %, ефективно зменшуючи кількість УФ-випромінювання, що досягає поверхні сонячного елемента. Однак такий підхід також зменшує енергію падаючого світла, що призводить до нижчого CTM і більших втрат потужності.
Друге рішення — плівки з УФ-даун-конверсією — поступово привертає дедалі більше уваги. Такі плівки можуть перетворювати певні довжини хвиль падаючого світла на інші завдяки заміні УФ-блокувальних добавок у герметизуючих плівках на добавки для УФ-даун-конверсії. Дослідницька команда Risen Energy розробила плівки з УФ-конверсією, які знижують пропускання УФ у діапазоні 280–380 нм до менше ніж 2 %, зберігаючи високе пропускання видимого світла. Що важливіше, ці плівки перетворюють УФ-випромінювання на нешкідливе синє світло. Такий подвійний підхід не лише захищає елементи від УФ-пошкоджень, а й використовує енергію УФ для підвищення потужності модуля, покращуючи і надійність, і енергоефективність більш ніж на 1 % порівняно з плівками з високим порогом відсікання.
Як кажуть, «без інструмента немає роботи», але справжня майстерність полягає в умінні ефективно ним користуватися. Плівка з УФ-даун-конверсією схожа на «алмазний інструмент»: вона не лише ефективно зменшує УФ-пошкодження високоефективних сонячних елементів, а й підвищує вихідну потужність модуля. Проте саме вміння користуватися цим інструментом є ключем до розкриття його повного потенціалу.
Майстерність у застосуванні герметизуючої плівки з УФ-даун-конверсією
Під час досліджень і розробок практичного застосування дослідники Risen Energy з’ясували, що концентрація добавки для даун-конверсії світла відіграє вирішальну роль у стабільності герметизуючих плівок. Якщо концентрація опускається нижче певного порогу, добавка з часом деградує під кумулятивним УФ-опроміненням, і пропускання УФ зростає. Після тривалих випробувань і розробок Risen Energy спільно з постачальниками розробила високостабільний герметик з УФ-даун-конверсією (як показано на рисунку 1). Після суворого випробування UV120 герметик стабільно зберігає низьке пропускання УФ, демонструючи високу стабільність.
Рисунок 1. Зміна пропускання УФ герметизуючою плівкою за кумулятивного УФ-опромінення
Окрім технічних вимог до самої герметизуючої плівки, ключем до розкриття її повного потенціалу є також оптимальна конфігурація специфікації матеріалів герметизації (BOM, Bill of Materials). Будучи природно двосторонніми з коефіцієнтом двосторонності понад 95 %, сонячні елементи HJT зберігають коефіцієнт двосторонності понад 85 % і після герметизації в модулі. На електростанціях високий коефіцієнт двосторонності модулів HJT є ключовим чинником вищого вироблення електроенергії. Оскільки тильна сторона теж генерує електроенергію, у разі використання плівки з УФ-даун-конверсією на лицьовій стороні необхідно враховувати й вплив УФ на тильну сторону модуля. Завдяки численним випробуванням та інноваціям дослідники Risen Energy розробили проривне рішення — герметизуючу плівку, що ефективно захищає тильну сторону сонячних елементів HJT.
Успішна розробка та застосування рішення Risen Energy з УФ-даун-конверсією зменшили втрати потужності від герметизації герметиком з високим порогом відсікання, збільшивши вихідну потужність модуля HJT приблизно на 10 Вт. Крім того, воно дає унікальні переваги щодо надійності модулів, значно зменшуючи вплив УФ на сонячні елементи HJT і забезпечуючи довгострокову стабільність у зовнішніх умовах за нижчої деградації. Переосмисливши й оптимізувавши використання матеріалів для УФ-даун-конверсії, науковці та інженери Risen Energy зробили технологію герметизуючих плівок з УФ-даун-конверсією стабільним і ефективним прикладним рішенням, оновивши продукти HJT від Risen з «Hyper-ion 1.0» до «Hyper-ion 2.0».
Упевнений рух у зеленому енергетичному переході
Як світовий лідер у галузі фотоелектричних продуктів і рішень, Risen Energy давно зосереджена на дослідженнях, розробці та масовому виробництві технології та продуктів HJT. HJT модулі Hyper-ion поєднують багаторічні досягнення в дослідженнях і розробках і першими в галузі досягли масового виробництва 0BB, масштабного застосування ультратонких сонячних елементів, металізації з витратою срібла менше ніж 6 мг/Вт і технології низьконапружного з’єднання Hyper-link, що відіграє провідну роль у масовому виробництві за технологією HJT. Розробляючи це рішення з УФ-даун-конверсією, Risen Energy по-новому визначила матеріали для УФ-даун-конверсії та запровадила інноваційну методологію їх застосування, зробивши технологію УФ-даун-конверсії стабільним і ефективним рішенням. Ми віримо, що це стане ще однією віхою для всієї фотоелектричної галузі.
На тлі цілей «подвійного вуглецю» та глобального переходу до зеленої енергетики Risen Energy бере на себе соціальну відповідальність і активно досліджує розвиток та інновації в технологіях зеленої енергетики. Завдяки глибокій технічній експертизі та інноваційному духу компанія й надалі рухає галузь уперед. Оскільки цінність гетероперехідної (HJT) технології стає дедалі очевиднішою, а в HJT і відповідних технологіях інкапсуляції тривають прориви, ці високоефективні низьковуглецеві HJT-продукти здатні зробити вагомий внесок у глобальний енергетичний перехід і захист довкілля, водночас приносячи нові ідеї та сили для сталого розвитку світової фотоелектричної галузі.