TOPCon frontfilm SiNx vinner stort: 3-4W mer moduleffekt

Snabbt svar: Front-filmssiliciumnitridtjocklek på en TOPCon-cell visar sig vara värd mätbar moduleffekt. En linjejämförelse mellan två grupper av celler med olika frontfilmsrecept gav en skillnad på 3 W till 4 W i moduleffekt, där det bättre receptet gav cirka 2,8 W. SiNx fungerar både som antireflekterande beläggning och som en källa till vätepassivering, och dessa två uppgifter drar den optimala tjockleken i olika riktningar: för tunn och reflektansen ökar, för tjock och filmens optiska och passiverande beteende förändras. Recepten i fråga låg i intervallet 15 nm till 45 nm, med flera lager mellan 20 nm och 30 nm. Eftersom lagret deponeras i samma PECVD-steg oavsett, kostar vinsten ingenting i utrustning — det är en receptändring, vilket är anledningen till att optimering av frontfilmen är en av de billigaste återstående effektivitetshävstängerna på en TOPCon-linje.

PV-modultillverkning · av Jerry, Ooitech

Produktintroduktion

Du körde en jämförelse på linjen. Två grupper av TOPCon celler, olika recept för frontfilm.

• Gradient filmgrupp: SiNx/SiOxNy/SiOx gradientstack (med lågbrytande SiOx/SiOxNy-lager)

• Ren SiNx-grupp: ren multilager SiNx

Resultatet kom tillbaka bakvänt.

• Cellnivå: gradientgruppen var 0,05%-0,1% högre i verkningsgrad än den rena SiNx-gruppen. På cellen såg gradientfilmen klart bättre ut.

• Modulnivå: efter laminering till 66-cells 210×210-moduler var den rena SiNx-gruppen faktiskt 3-4W högre i effekt (mätt på linjen).

"Gruppen med lägre cellverkningsgrad slutade med högre moduleffekt." Kvalitet frågade varför, och du kan inte bara svara "förpackningsvinst."

Denna artikel använder en solid studie för att lösa den kontraintuitiva optiska matematiken.

Tekniska parametrar

Cellverkningsgrad ≠ moduleffekt. Laminering ligger emellan.

Håll en sak i huvudet: cellverkningsgrad och moduleffekt är inte en enkel multiplikation.

Med en 66-cells 210×210 TOPCon-modul med 25,7%-klassceller som baslinje visar linjedata att en 0,1% cellverkningsgradsskillnad motsvarar cirka 2,8W moduleffekt. Med den koefficienten:

Riktningen vände helt. Cellnivåfördelen åts upp i lamineringen.

Moduleffekt är inte celleffektivitet multiplicerad direkt. Glas, inkapslingsmaterial och bakplåt ger optisk kopplingsvinst (positiv) men också strömmismatch och distributionsförlust (negativ). Nettoresultatet är den uppmätta effekten. Olika antireflexrecept ger mycket olika nettoresultat efter laminering, och det är roten till "förlora på cellen, vinna på modulen."

Denna mekanism fastställdes redan av Zhang et al. 2019 (Energies, DOI:10.3390/en12061168) på en PERC-plattform, stödd av SunSolve-simulering och modulmätning.

Tekniska fördelar

En PERC-artikel förklarar inversionen tydligt

Zhang 2019 studerade en frontbeläggning med tre lager antireflex på mono-PERC. De två första lagren förblev fasta SiNx (20nm/45nm). Endast det tredje lagret ändrades.

• Plan A: tredje lagret 15nm SiNx (brytningsindex 1,99)

• Plan B3: tredje lagret 30nm SiOx (brytningsindex 1,46)

Med hjälp av SunSolve optisk simulering (pyramidtextur inkluderad) beräknade de viktat genomsnittlig reflektion WAR (300-1100nm):

På cellnivå reflekterar B3 mindre än A, uppmätt Isc 62mA högre, verkningsgrad 21,50% vs 21,35% (+0,15% abs). Filmen med ett lågindex SiOx-lager vinner helt enkelt på cellen.

Men på modulnivå vänder plotten. Avsnitt 3.3 säger det tydligt:

"Eftersom EVA-inkapslingsmaterialet absorberar kortvågigt ljus, maskeras delvis den spektrala responsfördelen hos 30nm SiOx-cellen... modulens effektvinst är endast 0,9W... att sätta SiOx i modulen minskade cellnivåns prestandavinst med 57%."

Detaljerna:

• CTM-förhållande: 30nm SiOx 96.1% vs 15nm SiNx 96,5%. SiOx-en är faktiskt lägre.

• +0,15% cellnivåfördelen förlorade 57% av sin vinst efter laminering.

• Modulens effektvinst endast 0.9W.

Detta är förklaringen på pappersnivå för ditt fall. Gradientgruppen (med SiOx/SiOxNy-lågbrytande lager, som Zhangs B3) vinner 0,05-0,1 % på cellnivå genom kortvågsantireflex. Men efter laminering absorberar EVA det kortvågiga ljuset <380nm, gradientgruppens kortvågskant kvävs, CTM sjunker, och vid samma verkningsgradsnivå tar den rena SiNx-gruppen över.

Produkttillämpning

Var gapet finns, och hur stort det är

① Cellnivå: gradientgruppen vinner 0,05 %-0,1 %, cirka 1,4-2,8W

Med 66-cells 210 TOPCon-linjen som baslinje (0,1 % cellverkningsgrad ≈ 2,8W modul effekt), ligger gradientgruppen 0,05 %-0,1 % högre på cellnivå, vilket borde innebära 1,4-2,8W högre på modulen.

② Modulnivå: ren SiNx faktiskt högre med 3-4W (uppmätt på linjen)

Uppmätt, den rena SiNx-gruppens moduleffekt är 3-4W högre än gradientgruppens. Lägg tillbaka den lilla nackdelen på cellnivå, och det innebär att den rena SiNx-gruppen bidrar med 4,4-6,8W mer enbart i paketeringssteget. Mot en baslinje på 720W är det en skillnad på 0,61 %-0,94 % i paketeringsvinst.

③ Litteraturstöd: Zhang 2019:s "57 % minskning" (PERC-plattform)

Zhangs PERC-resultat stämmer väl överens: filmen med ett SiOx-tredjeskikt vinner +0,15 % på cellnivå, men efter laminering minskas vinsten med 57 % och CTM-kvoten sjunker med 0,4 punkter.

Omräknat till 66-cells 210 TOPCon, lämnar den 0,1 % cellnivåfördelen endast cirka 0,04 % efter laminering, och modulen kan absolut inverteras. Samma källa, samma orsak som ditt linjeresultat med "ren SiNx högre med 3-4W."

④ Varför hamnar gradientgruppen efter på modulnivå?

Gradientfilmen med SiOx/SiOxNy har sin främsta styrka i kortvågsantireflex inom 300-500nm. Men det är just det band där glas + EVA absorberar mest i modulen. Gradientfilmens kortvågskant äts direkt upp av paketeringsmaterialen. Samtidigt gör ren flerskikts-SiNx sin antireflex grundligt i huvudbandet >400nm synligt till nära-infrarött (fortfarande effektivt efter laminering, där kislets kvantrespons är högre), så den ger mer utdelning på modulnivå.

Att få in det på linjen: döm inte enbart efter cellverkningsgrad

① Kan det köras på linjen nu?

Båda kan. Ren multilayer SiNx är en mogen väg. Gradientfilmen (SiNx/SiOxNy/SiOx) kan också göras på tub-PECVD, bara ett extra beläggningsskikt plus ett extra steg med N/O-förhållande och trelagers tjockleksmatchning.

Nyligen har TOPCon-industrin återigen främjat metoden med "frontfilm SiNx multilayer" för att ersätta processen med "frontfilm kväveoxid multilayer". Uppgifterna du såg är bevis på linjenivå för den trenden. Det är inte så att gradientfilmen inte är bra, det är att den misslyckades i lamineringstestet.

② Är det värt det?

Beror på hur du räknar. Tittar du bara på cellverkningsgraden är gradientfilmen 0,05-0,1 % snyggare. Men på modulnivå tar ren multilayer SiNx över med 3-4 W, och vid nuvarande TOPCon-modulpris per watt är det verkligt premiumutrymme.

Val av frontfilm måste använda ett tvåmåttsperspektiv: cellverkningsgrad plus förpackningsvinst. Stirra inte på det enda cellnivånumret, annars slutar du som gradientgruppen, vinner ansikte på cellen och förlorar substans på modulen.

③ Är det stabilt?

Detta behöver sin egen kontroll. Båda är multilayerskikt, och långsiktig tillförlitlighet (skiktstabilitet under fuktig värme, matchning med olika inkapslingsmaterial) måste mätas. UNSW Hoex-teamets tidigare arbete visade redan att TOPCon är extremt känsligt för inkapslingsformuleringar. Antireflexfilm och inkapslingsmedel är kopplade. Ändrar du beläggningen kan valet av inkapslingsmedel behöva följa efter.

Fälla för linjearbetare: när du jämför två frontfilmsprocesser, jämför inte bara cellverkningsgraden. En skillnad på 0,05-0,1 % på cellnivå ser liten ut, men modulen kan inverteras med flera watt. Mät både cellverkningsgrad och moduleffekt, särskilt för premiummoduler som jagar effektklasspremier.

Begränsningar: vad tidningen inte säger

• Zhang 2019 är bevis på PERC-plattform, inte TOPCon. Men frontens antireflexoptik delar samma ursprung: EVA absorberar kortvågigt, SiOx-skikt förlorar sin kortvågskant, CTM sjunker. Det är en allmän regel för förpackningsoptik, och TOPCon-frontfilm följer den. Detta linjefall är TOPCon, konsekvent i riktning med tidningen. Rekommenderar att du kör om det på din egen linje med EQE-spektralrespons plus en reflektion uppdelad före/efter laminering.

• Mekanismen är denna artikels slutsats, inte en dom. Den fysikaliska förklaringen till att "rent multilager SiNx har högre inkapslingsvinst" (effektivt spektrum trimmat + låg parasitisk absorption) behöver EQE-spektralrespons och data över reflektion/absorption före/efter laminering för att fastställas. Denna text ger den fysikaliska ramen och riktningen. Vilket band som dominerar och var den parasitisk absorptionen kommer ifrån väntar på linjespektraldata.

• Gapet på 0,61%-0,94% i inkapslingsvinst är en storleksordningsuppskattning bakåtberäknad från 3-4W och 0,05-0,1%. Olika inkapslingsmaterial (EVA/POE/EPE) och olika glas (belagt/obelagt) kommer att flytta den siffran.

• Bifaciala moduler och UV-cut inkapslingsmaterial förändrar ytterligare kortvågsutnyttjandet. Gapet mellan de två grupperna kan omfördelas under ett dubbelglas + UV-pass-scenario.

Sammanfattning

Samma TOPCon-celler, gradientgruppen vinner 0,1% på cellnivå, och efter inkapsling förlorar 4W. Skillnaden är inte bara verkningsgrad, det är att provet som antireflexfilmen sitter i ändrades vid modulsteget.

Cellprovet testar fullspektrum kortvåg, och gradientgruppen svarar bra. Modulprovet testar det effektiva spektrumet efter inkapsling, och den rena SiNx-gruppen vänder på det.

Den där PERC-artikeln från 2019 sa redan det: sätt in SiOx i modulen och cellnivåvinsten kapas med 57%. Inversionen på 3-4W uppmätt på linjen matchar artikelns slutsats i riktning.

För val av frontfilm, låt inte den enskilda cellverkningsgradssiffran sätta takten. Räkna in inkapslingsvinsten i totalen.

Ooitechs syn

Klyftan mellan cell och modul här är exakt den fälla vi håller utkik efter när vi överlämnar en modullinje. En beläggning som lyser på cellen kan tyst läcka watt när glas och EVA läggs ovanpå, så vi säger alltid till kunder att låsa antireflexvalet mot riktiga CTM-data, inte labbverkningsgrad. Eftersom Ooitech bara bygger modulproduktionslinjer, är denna cell-till-modul-koppling där vårt laminerings- och processutbildningsarbete faktiskt gör nytta. Om du vill se hur dessa val spelar ut på en löpande TOPCon-linje, har Ooitech YouTube-kanal (www.youtube.com/ooitech) gott om fabriksmaterial värt att följa.