TOPCon-Frontfilm-SiNx gewinnt groß: 3-4W mehr Modulleistung
Inhaltsverzeichnis
Kurze Antwort: Die Dicke des Frontfilm-Siliziumnitrids auf einer TOPCon-Zelle erweist sich als messbare Modulleistung wert. Ein Linienvergleich zwischen zwei Zellgruppen mit unterschiedlichen Frontfilm-Rezepturen ergab einen Unterschied von 3 W bis 4 W in der Modulleistung, wobei die bessere Rezeptur etwa 2,8 W gewann. SiNx wirkt sowohl als Antireflexbeschichtung als auch als Quelle der Wasserstoffpassivierung, und diese beiden Aufgaben ziehen die optimale Dicke in unterschiedliche Richtungen: zu dünn und der Reflexionsgrad steigt, zu dick und das optische und passivierende Verhalten des Films ändert sich. Die betreffenden Rezepturen lagen im Bereich von 15 nm bis 45 nm, mit mehreren Schichten zwischen 20 nm und 30 nm. Da die Schicht in beiden Fällen im selben PECVD-Schritt abgeschieden wird, kostet der Gewinn nichts an Ausrüstung — es ist eine Rezepturänderung, weshalb die Frontfilm-Optimierung einer der kostengünstigsten verbleibenden Effizienzhebel auf einer TOPCon-Linie ist.
PV-Modulfertigung · von Jerry, Ooitech
Produkteinführung
Sie haben einen Vergleich auf der Linie durchgeführt. Zwei Gruppen von TOPCon Zellen, unterschiedliche Frontfolien-Rezepturen.
Gradienten-Film-Gruppe: SiNx/SiOxNy/SiOx-Gradientenstapel (mit Schichten mit niedrigem Brechungsindex SiOx/SiOxNy)
Reine SiNx-Gruppe: reines Multilayer-SiNx
Das Ergebnis kam umgekehrt zurück.
Zellebene: Die Gradientengruppe war 0,05 %-0,1 % höher im Wirkungsgrad als die reine SiNx-Gruppe. Auf der Zelle sah der Gradientenfilm deutlich besser aus.
Modulebene: Nach der Laminierung zu 66-Zellen-210×210-Modulen war die reine SiNx-Gruppe tatsächlich 3-4 W höher in der Leistung (auf der Linie gemessen).
"Die Gruppe mit niedrigerem Zellenwirkungsgrad endete mit höherer Modulleistung." Die Qualitätssicherung fragte ständig warum, und man kann nicht einfach "Verpackungsgewinn" antworten.
Dieser Beitrag verwendet eine solide Studie, um diese kontraintuitive optische Mathematik zu klären.
Technische Parameter
Zellenwirkungsgrad ≠ Modulleistung. Die Laminierung liegt dazwischen.
Behalten Sie eines fest im Kopf: Zellenwirkungsgrad und Modulleistung sind keine einfache Multiplikation.
Mit einem 66-Zellen-210×210-TOPCon-Modul mit 25,7 %-Zellen als Basis zeigen Liniendaten, dass eine Zellenwirkungsgraddifferenz von 0,1 % etwa 2,8 W Modulleistung entspricht. Nach diesem Koeffizienten:
| Vergleich | Zellenebenen-Differenz | Erwartete Moduldifferenz | Gemessenes Modulergebnis |
|---|---|---|---|
| Gradientenfilm vs. reines SiNx | +0,05 %-0,1 % (Gradient höher) | +1,4-2,8 W (Gradient sollte gewinnen) | Reines SiNx +3-4 W (umgekehrt) |
Die Richtung drehte sich komplett um. Der Vorteil auf Zellebene wurde in der Laminierung aufgefressen.
Die Modulleistung ist nicht die Zelleffizienz multipliziert direkt. Glas, Verkapselungsfolie und Rückseitenfolie bringt optischen Kopplungsgewinn (positiv), aber auch Stromfehlanpassung und Verteilungsverlust (negativ). Das Netto ist die gemessene Leistung. Unterschiedliche Antireflex-Rezepturen erzeugen sehr unterschiedliche Netto-Werte nach der Laminierung, und das ist die Wurzel von "auf Zellebene verlieren, auf Modulebene gewinnen."
Dieser Mechanismus wurde bereits von Zhang et al. 2019 (Energies, DOI:10.3390/en12061168) auf einer PERC-Plattformidentifiziert, gestützt durch SunSolve-Simulation und Modulmessung.
Technische Vorteile
Ein PERC-Papier erklärt die Umkehrung klar
Zhang 2019 untersuchte eine dreischichtige Antireflexbeschichtung auf der Vorderseite von mono-PERC. Die ersten beiden Schichten blieben fest SiNx (20nm/45nm). Nur die dritte Schicht wurde geändert.
Plan A: dritte Schicht 15nm SiNx (Brechungsindex 1,99)
Plan B3: dritte Schicht 30nm SiOx (Brechungsindex 1,46)
Mit SunSolve-Optiksimulation (Pyramidentextur eingeschlossen) berechneten sie die gewichtete mittlere Reflexion WAR (300-1100nm):
| Plan | Dritte Schicht | WAR (300-1100nm) |
|---|---|---|
| A | 15nm SiNx | 3.12% |
| B3 | 30nm SiOx | 2.78% |
| B5 | 50nm SiOx | 2,46% (dicker, niedriger) |
Auf Zellebene reflektiert B3 weniger als A, gemessener Isc 62mA höher, Effizienz 21,50% vs 21,35% (+0,15% absolut). Die Schicht mit einer SiOx-Schicht mit niedrigem Brechungsindex gewinnt einfach auf der Zelle.
Aber auf Modulebene dreht sich das Bild um. Abschnitt 3.3 sagt es deutlich:
"Da das EVA-Verkapselungsmaterial kurzwelliges Licht absorbiert, wird der spektrale Antwortvorteil der 30nm SiOx-Zelle teilweise maskiert... der Modulleistungsgewinn beträgt nur 0,9W... das Einbringen von SiOx in das Modul reduzierte den Leistungsgewinn auf Zellebene um 57%."
Die Einzelheiten:
CTM-Verhältnis: 30nm SiOx 96.1% vs 15nm SiNx 96,5%. Das SiOx ist tatsächlich niedriger.
Der +0,15% Vorteil auf Zellebene verlor 57% seines Gewinns nach der Laminierung.
Modulleistungsgewinn nur 0.9W.
Das ist die Erklärung auf Papierebene für Ihren Fall. Die Gradientengruppe (mit SiOx/SiOxNy-Niedrigindexschichten, wie Zhangs B3) gewinnt 0,05-0,1% auf Zellebene durch Kurzwellen-Antireflexbeschichtung. Aber nach der Laminierung absorbiert EVA das Kurzwellenlicht <380nm, die Kurzwellenkante der Gradientengruppe wird erstickt, CTM sinkt, und bei gleicher Effizienzklasse überholt die reine SiNx-Gruppe sie.
Produktanwendung
Wo die Lücke ist und wie groß sie ist
① Zellebene: Gradientengruppe gewinnt 0,05%-0,1%, etwa 1,4-2,8W
Bei der 66-Zellen-210-TOPCon-Linienbasislinie (0,1% Zelleffizienz ≈ 2,8W Modulleistung) läuft die Gradientengruppe auf Zellebene 0,05%-0,1% höher, was bedeuten sollte: 1,4-2,8W höher am Modul.
② Modulebene: reines SiNx tatsächlich 3-4W höher (linienmessung)
Gemessen ist die Modulleistung der reinen SiNx-Gruppe 3-4W höher als die der Gradientengruppe. Addiert man den kleinen Zellebenen-Nachteil hinzu, bedeutet das, dass die reine SiNx-Gruppe 4,4-6,8W mehr allein in der Verpackungsphase beiträgt. Gegenüber einer 720W-Basislinie ist das ein Unterschied von 0,61%-0,94% Verpackungsgewinn.
③ Literaturunterstützung: Zhang 2019s "57% Schnitt" (PERC-Plattform)
Zhangs PERC-Ergebnis passt gut: Der Film mit einer SiOx-Drittschicht gewinnt +0,15% auf Zellebene, aber nach der Laminierung wird der Gewinn um 57% geschnitten und das CTM-Verhältnis sinkt um 0,4 Punkte.
Umgerechnet auf 66-Zellen-210-TOPCon bleibt von dem 0,1% Zellebenenvorteil nach der Laminierung nur etwa 0,04% übrig, und das Modul kann sich absolut umkehren. Gleiche Quelle, gleiche Ursache wie Ihr Linienergebnis von "reines SiNx 3-4W höher."
④ Warum fällt die Gradientengruppe auf Modulebene zurück?
Der Gradientenfilm mit SiOx/SiOxNy hat seine Hauptstärke in der Kurzwellen-Antireflexion von 300-500nm. Aber genau das ist das Band, in dem Glas + EVA im Modul am stärksten absorbieren. Die Kurzwellenkante des Gradientenfilms wird direkt von den Verpackungsmaterialien aufgefressen. In der Zwischenzeit macht reines mehrschichtiges SiNx seine Antireflexion gründlich im >400nm sichtbaren bis nahen Infrarot-Hauptband (nach der Laminierung immer noch wirksam, wo die Quantenantwort von Silizium höher ist), also kassiert es mehr auf Modulebene.
Es auf die Linie zu bringen: Nicht nur nach Zelleffizienz urteilen
① Kann es jetzt auf der Linie laufen?
Beides ist möglich. Reines mehrschichtiges SiNx ist ein ausgereifter Weg. Der Gradientenfilm (SiNx/SiOxNy/SiOx) kann ebenfalls im Rohr-PECVD hergestellt werden, nur eine zusätzliche Beschichtungsschicht plus einen weiteren Schritt zur Steuerung des N/O-Verhältnisses und der Dickenabstimmung der drei Schichten.
In letzter Zeit wird in der TOPCon-Industrie der Ansatz der "mehrschichtigen SiNx-Vorderseitenbeschichtung" erneut propagiert, um den Prozess der "mehrschichtigen Stickoxid-Vorderseitenbeschichtung" zu ersetzen. Die Daten, die Sie gesehen haben, sind ein Beleg auf Linienebene für diesen Trend. Es ist nicht so, dass der Gradientenfilm nicht gut ist, sondern dass er die Laminierungsprüfung nicht bestanden hat.
② Lohnt es sich?
Hängt davon ab, wie man zählt. Betrachtet man nur die Zelleffizienz, ist der Gradientenfilm um 0,05-0,1 % besser. Aber auf Modulebene übertrifft reines mehrschichtiges SiNx um 3-4 W, und beim aktuellen Preis pro Watt für TOPCon-Module ist das ein echter Spielraum für Aufpreise.
Die Auswahl der Vorderseitenbeschichtung muss mit einer Zwei-Kennzahlen-Sicht erfolgen: Zelleffizienz plus Verpackungsgewinn. Starren Sie nicht auf diese eine Zahl auf Zellebene, sonst enden Sie wie die Gradientengruppe, die auf Zellebene das Gesicht gewinnt und auf Modulebene an Substanz verliert.
③ Ist es stabil?
Das muss separat geprüft werden. Beides sind Mehrschichtfilme, und die Langzeitzuverlässigkeit (Filmstabilität unter Feuchtwärme, Kompatibilität mit verschiedenen Einkapselungsmaterialien) muss gemessen werden. Die früheren Arbeiten des UNSW-Hoex-Teams haben bereits gezeigt, dass TOPCon äußerst empfindlich auf Einkapselungsformulierungen reagiert. Antireflexbeschichtung und Einkapselungsmaterial sind gekoppelt. Ändert man die Beschichtung, muss möglicherweise auch die Wahl des Einkapselungsmaterials angepasst werden.
Tipp zur Vermeidung von Fehlern in der Linie: Wenn man zwei Vorderseitenbeschichtungsprozesse vergleicht, sollte man nicht nur die Zelleffizienz vergleichen. Ein Unterschied von 0,05-0,1 % auf Zellebene sieht klein aus, aber das Modul kann sich um mehrere Watt umkehren. Messen Sie sowohl die Zelleffizienz als auch die Modulleistung, insbesondere bei High-End-Modulen, die Aufpreise für Leistungsklassen anstreben.
Grenzen: Was das Papier nicht sagt
Zhang 2019 ist ein Beleg auf PERC-Plattform, nicht für TOPCon. Aber die Optik der vorderen Antireflexbeschichtung hat denselben Ursprung: EVA absorbiert kurzwelliges Licht, SiOx-Filme verlieren ihre Kurzwellenkante, CTM sinkt. Das ist eine allgemeine Regel der Verpackungsoptik, und die TOPCon-Vorderseitenbeschichtung folgt ihr. Dieser Linienfall ist TOPCon und stimmt in der Richtung mit dem Papier überein. Es wird empfohlen, es auf der eigenen Linie mit EQE-Spektralantwort plus einer Aufteilung der Reflexion vor/nach der Laminierung erneut zu testen.
Der Mechanismus ist eine Schlussfolgerung dieses Artikels, kein endgültiges Urteil. Die physikalische Erklärung dafür, dass "reines mehrschichtiges SiNx einen höheren Verpackungsgewinn" hat (effektives Spektrum beschnitten + geringe parasitäre Absorption), erfordert EQE-Spektralantwort- und Vor-/Nach-Laminierungs-Reflexions-/Absorptions-Split-Daten, um dies zu untermauern. Dieses Stück liefert den physikalischen Rahmen und die Richtung. Welches Band dominiert und woher die parasitäre Absorption stammt, wartet auf Linienspektraldaten.
Die 0,61 %–0,94 %-Verpackungsgewinn-Lücke ist eine Größenordnungsschätzung, die aus 3–4 W und 0,05–0,1 % zurückgerechnet wurde. Unterschiedliche Einkapselungsmaterialien (EVA/POE/EPE) und unterschiedliches Glas (beschichtet/unbeschichtet) werden diese Zahl verschieben.
Bifaziale Module und UV-schneidende Einkapselungsmaterialien verändern die Kurzwellennutzung weiter. Die Lücke zwischen den beiden Gruppen könnte sich unter einem Doppelglas- + UV-Durchlass-Szenario neu verteilen.
Zusammenfassung
Gleiche TOPCon-Zellen, Gradientengruppe gewinnt 0,1 % auf Zellebene und verliert nach der Verpackung 4 W. Der Unterschied ist nicht nur die Effizienz, sondern dass sich die Prüfung, der die Antireflexionsschicht unterzogen wird, auf Modulebene geändert hat.
Die Zellprüfung testet das volle Spektrum der Kurzwelle, und die Gradientengruppe antwortet gut. Die Modulprüfung testet das effektive Spektrum nach der Verpackung, und die reine SiNx-Gruppe dreht den Spieß um.
Dieses PERC-Papier von 2019 sagte es bereits: SiOx ins Modul bringen und der Zellgewinn wird um 57 % gekürzt. Die auf der Linie gemessene 3–4-W-Inversion stimmt in der Richtung mit der Schlussfolgerung des Papiers überein.
Wählen Sie die Frontfolie nicht nach dieser einzelnen Zelleffizienzzahl aus. Rechnen Sie den Verpackungsgewinn in die Gesamtsumme ein.
Ooitechs Ansicht
Die Zell-zu-Modul-Lücke hier ist genau die Falle, auf die wir achten, wenn wir eine Modullinie übergeben. Eine Beschichtung, die auf der Zelle glänzt, kann leise Watt verlieren, sobald Glas und EVA darauf liegen. Deshalb sagen wir Kunden immer, sie sollen die Antireflexionswahl gegen echte CTM-Daten absichern, nicht gegen Laboreffizienz. Da Ooitech nur Modulproduktionslinien baut, ist diese Zell-zu-Modul-Kopplung der Punkt, an dem unsere Laminierungs- und Prozessschulungsarbeit tatsächlich ihren Wert beweist. Wenn Sie sehen möchten, wie sich diese Entscheidungen auf einer laufenden TOPCon-Linie auswirken, hat der Ooitech-YouTube-Kanal (www.youtube.com/ooitech) reichlich Fabrikaufnahmen, die ein Abonnement wert sind.
