Universität New South Wales und DAS Solar schlagen Schneidkriterien vor, Effizienzverlust um 50 % reduziert

de.wedoany.com-Bericht: Ein gemeinsames Forschungsteam der University of New South Wales (UNSW) und des Photovoltaik-Herstellers DAS Solar hat die Auswirkungen des Laser-Schneidens auf die Leistung von rückkontaktierten TOPCon-Siliziumsolarzellen (TBC) untersucht, die Hauptmechanismen des Schneidverlusts identifiziert und praktische Designkriterien vorgeschlagen, die durch die Optimierung der Schnittposition die Effizienzdegradation unterdrücken. Die Ergebnisse wurden unter dem Titel „Simulierte Schnitte im Gap-Bereich zur Unterdrückung von Kantenrekombinationsverlusten in tunneloxid-passivierten Rückkontakt-Solarzellen" in der Fachzeitschrift Solar Energy veröffentlicht.

Das Zerteilen von Vollformat-Zellen in Halbzellen, Drittelzellen oder Viertelzellen reduziert die ohmschen Verluste, die quadratisch mit der Zelllänge skalieren, und ist bereits ein Standardverfahren in der Herstellung von kristallinen Siliziummodulen. Das Laser-Scriberben belichtet jedoch unbedeckte, unpassivierte Kanten, was zu freien Bindungen und Defekten führt und die Ladungsträgerrekombinationsrate deutlich erhöht. Das Team bewertete mit der numerischen Solarzellen-Simulationssoftware Quokka3 Halbzellen-, Drittelzellen- und Viertelzellen-Konfigurationen und berücksichtigte dabei die tatsächlichen Abweichungen der Laser-Schnittposition innerhalb des vorgesehenen Gap-Bereichs. Die Software kann das elektrische Verhalten von Photovoltaik-Bauelementen modellieren, einschließlich Ladungsträgererzeugung und -rekombination, Stromtransport sowie verteilte ohmsche Verluste.

Professor Martin Green von der University of New South Wales erklärte gegenüber pv magazine, dass der durch schnittinduzierte Kantenrekombination verursachte Effizienzverlust linear mit dem Verhältnis von Schnittkantenlänge zu effektiver Zellfläche zunimmt; ein Schnitt im Gap zwischen n- und p-Kontakt kann den Effizienzverlust im Vergleich zu einem Schnitt im p-Kontaktbereich um etwa 50 % reduzieren. Unter den bewerteten Schnittpositionen erzeugte der Schnitt im Gap-Bereich den geringsten Effizienzverlust, da die Schnittkante räumlich von den stark dotierten Emitter- und Rückseitenfeld (BSF)-Bereichen getrennt ist, wodurch die Wechselwirkung zwischen der neu exponierten, unpassivierten Siliziumoberfläche und den ladungsträgerselektiven Kontakten begrenzt und die kanteneinduzierte Rekombination reduziert wird. Im Gegensatz dazu verursachte der Schnitt im Emitterbereich die deutlichste Effizienzdegradation, da die Laser-Schnittkante direkt die Raumladungszone des Emitters freilegt; dieser exponierte Übergang ist äußerst anfällig für Rekombination, wodurch photogenerierte Elektronen und Löcher an der Schnittkante rekombinieren und die Anzahl der sammelbaren effektiven Ladungsträger reduziert wird.

Die Simulationsergebnisse zeigten außerdem, dass bei geringer Einstrahlung die Effizienzverluste geschnittener Zellen größer sind, da ohmsche Verluste und Rekombination durch diffusiven Lochtransport zunehmen. Bei reduzierter Lichtintensität können photogenerierte Ladungsträger vor der Sammlung eher lateral zu den rekombinationsaktiven Schnittkanten diffundieren, während die verringerte Ladungsträgerkonzentration den relativen Einfluss der ohmschen Verluste erhöht, was den effektiven Serienwiderstand im Zusammenhang mit dem lateralen Lochtransport ansteigen lässt. Daher werden die schnittbedingten Effizienzverluste unter Bedingungen mit geringer Lichteinstrahlung erheblich schwerwiegender. Die Studie identifizierte außerdem eine optimale Gap-Breite nach dem Schneiden von etwa 0,3 mm, um den Gesamteffizienzverlust zu minimieren. Green erklärte, dass die Studie praktische Designkriterien für die industrielle Herstellung geschnittener TBC-Zellen etabliert und dass ein optimierter Schnitt im Gap-Bereich die schnittbedingten Rekombinationsverluste erheblich mildern kann, ohne dass eine zusätzliche Kantenpassivierung erforderlich ist.

Diese Forschung wurde von DAS Solar und der Australian Renewable Energy Agency (ARENA) unterstützt. DAS Solar ist nach eigenen Angaben das erste Unternehmen, das die TOPCon-Fertigung im Gigawatt-Maßstab in Produktion gebracht hat. Die University of New South Wales und DAS Solar haben zuvor gemeinsam TBC-Zellen mit einem Wirkungsgrad von 27 % hergestellt, die auf einem Zero-Busbar (ZBB)-Design basieren und einen deutlich reduzierten Silberbedarf (Ag) für die Metallisierung aufweisen.