SiNx de Filme Frontal TOPCon Vence em Grande Estilo: 3-4W a Mais de Potência do Módulo
Índice
Resposta rápida: A espessura do filme frontal de nitreto de silício numa célula TOPCon revela-se valiosa em termos de potência mensurável do módulo. Uma comparação de linha entre dois grupos de células com diferentes receitas de filme frontal produziu uma diferença de 3 W a 4 W na potência de saída do módulo, com a melhor receita a ganhar cerca de 2,8 W. O SiNx funciona tanto como revestimento antirreflexo como fonte de passivação por hidrogénio, e essas duas funções puxam a espessura ótima em direções diferentes: demasiado fina e a refletância aumenta, demasiado espessa e o comportamento ótico e de passivação do filme altera-se. As receitas em questão situavam-se no intervalo de 15 nm a 45 nm, com várias camadas entre 20 nm e 30 nm. Como a camada é depositada no mesmo passo de PECVD de qualquer forma, o ganho não custa nada em equipamento — é uma alteração de receita, razão pela qual a otimização do filme frontal é uma das alavancas de eficiência mais baratas que restam numa linha TOPCon.
Fabricação de Módulos Fotovoltaicos · por Jerry, Ooitech
Introdução do Produto
Você fez uma comparação na linha. Dois grupos de TOPCon células, receitas diferentes de filme frontal.
Grupo de filme com gradiente: pilha com gradiente SiNx/SiOxNy/SiOx (com camadas SiOx/SiOxNy de baixo índice de refração)
Grupo de SiNx puro: SiNx multicamada puro
O resultado voltou ao contrário.
Nível da célula: o grupo com gradiente teve 0,05%-0,1% mais eficiência que o grupo de SiNx puro. Na célula, o filme com gradiente claramente parecia melhor.
Nível do módulo: após laminação em módulos de 66 células 210×210, o grupo de SiNx puro na verdade ficou 3-4W mais alto em potência (medido na linha).
"O grupo com menor eficiência de célula acabou com maior potência de módulo." A Qualidade ficou perguntando por quê, e você não pode simplesmente responder "ganho de empacotamento".
Este artigo usa um paper sólido para resolver essa matemática óptica contraintuitiva.
Parâmetros Técnicos
Eficiência da célula ≠ potência do módulo. A laminação fica no meio.
Mantenha uma coisa firme na cabeça: eficiência de célula e potência de módulo não são uma simples multiplicação.
Usando um módulo TOPCon de 66 células 210×210 com células de grau 25,7% como linha de base, dados de linha mostram que uma diferença de 0,1% na eficiência da célula corresponde a cerca de 2,8W de potência do módulo. Por esse coeficiente:
| Comparação | Diferença no nível da célula | Diferença esperada no módulo | Resultado medido no módulo |
|---|---|---|---|
| Filme com gradiente vs SiNx puro | +0,05%-0,1% (gradiente maior) | +1,4-2,8W (gradiente deveria vencer) | SiNx puro +3-4W (invertido) |
A direção virou completamente. A vantagem no nível da célula foi consumida na laminação.
A potência do módulo não é a eficiência da célula multiplicada diretamente. Vidro, encapsulante e backsheet trazem ganho de acoplamento óptico (positivo), mas também incompatibilidade de corrente e perda de distribuição (negativo). O líquido é a potência medida. Receitas diferentes de anti-reflexo produzem líquidos pós-laminação muito diferentes, e essa é a raiz de "perder na célula, ganhar no módulo."
Esse mecanismo já foi determinado por Zhang et al. 2019 (Energies, DOI:10.3390/en12061168) em uma plataforma PERC, apoiado por simulação SunSolve e medição de módulo.
Vantagens Técnicas
Um paper de PERC explica a inversão claramente
Zhang 2019 estudou um revestimento antirreflexo frontal de três camadas em PERC mono. As duas primeiras camadas permaneceram SiNx fixo (20nm/45nm). Apenas a terceira camada mudou.
Plano A: terceira camada 15nm SiNx (índice de refração 1,99)
Plano B3: terceira camada 30nm SiOx (índice de refração 1,46)
Usando simulação óptica SunSolve (com textura piramidal incluída), eles calcularam a refletância média ponderada WAR (300-1100nm):
| Plano | Terceira camada | WAR (300-1100nm) |
|---|---|---|
| A | 15nm SiNx | 3.12% |
| B3 | 30nm SiOx | 2.78% |
| B5 | 50nm SiOx | 2,46% (mais espesso, menor) |
No nível da célula, B3 reflete menos que A, mediu Isc 62mA maior, eficiência 21,50% vs 21,35% (+0,15% abs). O filme com uma camada SiOx de baixo índice simplesmente vence na célula.
Mas no nível do módulo, o gráfico inverte. A Seção 3.3 diz claramente:
"Como o encapsulante EVA absorve luz de comprimento de onda curto, a vantagem de resposta espectral da célula com 30nm SiOx é parcialmente mascarada... o ganho de potência do módulo é de apenas 0,9W... colocar SiOx no módulo cortou o ganho de desempenho no nível da célula em 57%."
Os detalhes:
Razão CTM: 30nm SiOx 96.1% vs 15nm SiNx 96,5%. O de SiOx na verdade é menor.
A vantagem de +0,15% no nível da célula perdeu 57% do seu ganho após a laminação.
Ganho de potência do módulo apenas 0,9W.
Essa é a explicação em nível de paper para o seu caso. O grupo com gradiente (com camadas de baixo índice SiOx/SiOxNy, como o B3 de Zhang) vence 0,05-0,1% no nível da célula através do antirreflexo de onda curta. Mas após a laminação, o EVA absorve a luz de comprimento de onda curto <380nm, a borda de onda curta do grupo com gradiente é sufocada, o CTM cai, e no mesmo grau de eficiência o grupo de SiNx puro o ultrapassa.
Aplicação do Produto
Onde está a diferença, e quão grande
① Nível da célula: grupo com gradiente vence 0,05%-0,1%, cerca de 1,4-2,8W
Pela linha de base da linha TOPCon de 66 células 210 (0,1% de eficiência de célula ≈ 2,8W de potência do módulo), o grupo com gradiente fica 0,05%-0,1% mais alto no nível da célula, o que deveria significar 1,4-2,8W mais alto no módulo.
② Nível do módulo: SiNx puro na verdade mais alto em 3-4W (medido na linha)
Medido, a potência do módulo do grupo de SiNx puro é 3-4W maior que a do grupo com gradiente. Somando de volta a pequena desvantagem no nível da célula, isso significa que o grupo de SiNx puro contribui 4,4-6,8W a mais apenas no estágio de empacotamento. Contra uma linha de base de 720W, isso é uma diferença de ganho de empacotamento de 0,61%-0,94%.
③ Apoio da literatura: o "corte de 57%" de Zhang 2019 (plataforma PERC)
A descoberta de Zhang em PERC se alinha de perto: o filme com uma terceira camada de SiOx vence +0,15% no nível da célula, mas após a laminação o ganho é cortado em 57% e a razão CTM cai 0,4 pontos.
Convertido para 66 células 210 TOPCon, a vantagem de 0,1% ao nível da célula deixa apenas cerca de 0,04% após a laminação, e o módulo pode absolutamente inverter. Mesma origem, mesma causa que o seu resultado de linha de "SiNx puro superior em 3-4W".
④ Por que o grupo de gradiente fica atrás ao nível do módulo?
O filme de gradiente com SiOx/SiOxNy tem a sua principal força na anti-reflexão de onda curta de 300-500nm. Mas é exatamente essa a banda onde o vidro + EVA absorvem mais fortemente no módulo. A borda de onda curta do filme de gradiente é consumida diretamente pelos materiais de encapsulamento. Entretanto, o SiNx multicamada puro faz a sua anti-reflexão de forma completa na banda principal do visível ao infravermelho próximo >400nm (ainda eficaz após a laminação, onde a resposta quântica do silício é maior), pelo que rende mais ao nível do módulo.
Colocá-lo na linha: não julgar apenas pela eficiência da célula
① Pode correr na linha agora?
Ambos podem. O SiNx multicamada puro é uma rota madura. O filme de gradiente (SiNx/SiOxNy/SiOx) também pode ser feito em PECVD de tubo, apenas mais uma camada de revestimento mais um passo adicional de controlo da razão N/O e da correspondência de espessura das três camadas.
Recentemente, a indústria TOPCon tem vindo a promover novamente a abordagem de "SiNx multicamada no filme frontal" para substituir o processo de "multicamada de óxido nitroso no filme frontal". Os dados que viu são evidência ao nível da linha dessa tendência. Não é que o filme de gradiente não seja bom, é que reprovou no exame da laminação.
② Vale a pena?
Depende de como conta. Olhando apenas para a eficiência da célula, o filme de gradiente é 0,05-0,1% mais bonito. Mas ao nível do módulo, o SiNx multicamada puro ultrapassa em 3-4W, e ao preço atual por watt dos módulos TOPCon, isso é espaço real de prémio.
A seleção do filme frontal tem de usar uma visão de duas métricas: eficiência da célula mais ganho de encapsulamento. Não fique a olhar para esse único número ao nível da célula, ou acaba como o grupo de gradiente, a ganhar na aparência na célula e a perder na substância no módulo.
③ É estável?
Isto precisa de verificação própria. Ambos são filmes multicamada, e a fiabilidade a longo prazo (estabilidade do filme sob calor húmido, correspondência com diferentes encapsulantes) tem de ser medida. O trabalho anterior da equipa Hoex da UNSW já mostrou que o TOPCon é extremamente sensível às fórmulas de encapsulamento. O filme anti-reflexo e o encapsulante estão acoplados. Mude o revestimento e a escolha do encapsulante pode ter de acompanhar.
Dica de armadilha para o operador de linha: ao comparar dois processos de filme frontal, não compare apenas a eficiência da célula. Uma diferença de 0,05-0,1% ao nível da célula parece pequena, mas o módulo pode inverter em vários watts. Meça tanto a eficiência da célula como a potência do módulo, especialmente para módulos de topo que procuram prémios de grau de potência.
Limites: o que o artigo não diz
Zhang 2019 é evidência da plataforma PERC, não TOPCon. Mas a ótica anti-reflexo frontal partilha a mesma origem: o EVA absorve onda curta, os filmes de SiOx perdem a sua borda de onda curta, o CTM cai. Essa é uma regra geral da ótica de encapsulamento, e o filme frontal TOPCon segue-a. Este caso de linha é TOPCon, consistente em direção com o artigo. Recomenda-se repeti-lo na sua própria linha com resposta espectral EQE mais uma divisão da reflexão antes/depois da laminação.
O mecanismo é a inferência deste artigo, não um veredicto. A explicação física para "SiNx multicamada puro tem maior ganho de encapsulamento" (espectro efetivo ajustado + baixa absorção parasita) precisa de resposta espectral EQE e dados de divisão de reflexão/absorção antes/depois da laminação para ser confirmada. Este artigo dá o quadro físico e a direção. Qual banda domina e de onde vem a absorção parasita aguardam dados espectrais de linha.
A lacuna de ganho de encapsulamento de 0,61%-0,94% é uma estimativa de ordem de grandeza recalculada a partir de 3-4W e 0,05-0,1%. Diferentes encapsulantes (EVA/POE/EPE) e diferentes vidros (com/sem revestimento) irão alterar esse número.
Módulos bifaciais e encapsulante com corte de UV alteram ainda mais a utilização de onda curta. A lacuna entre os dois grupos pode redistribuir-se num cenário de vidro duplo + passagem de UV.
Resumo
Mesmas células TOPCon, o grupo de gradiente ganha 0,1% ao nível da célula, e após o encapsulamento perde 4W. A diferença não é apenas a eficiência, é que o exame em que o filme anti-reflexo se senta mudou na fase do módulo.
O exame da célula testa onda curta de espectro completo, e o grupo de gradiente responde bem. O exame do módulo testa o espectro efetivo após o encapsulamento, e o grupo de SiNx puro dá a volta.
Esse artigo PERC de 2019 já o dizia: coloque SiOx no módulo e o ganho ao nível da célula é cortado em 57%. A inversão de 3-4W medida na linha corresponde à conclusão do artigo em direção.
Para a seleção do filme frontal, não deixe esse único número de eficiência da célula marcar o ritmo. Conte o ganho de encapsulamento no total.
Visão da Ooitech
A lacuna entre célula e módulo aqui é exatamente a armadilha que vigiamos quando entregamos uma linha de módulos. Um revestimento que brilha na célula pode silenciosamente perder watts assim que o vidro e o EVA são colocados por cima, por isso dizemos sempre aos clientes para fixarem a escolha anti-reflexo com base em dados reais de CTM, não na eficiência de laboratório. Como a Ooitech só constrói linhas de produção de módulos, este acoplamento célula-para-módulo é onde o nosso trabalho de laminação e formação de processos realmente se justifica. Se quiser ver como estas escolhas se desenrolam numa linha TOPCon em funcionamento, o canal YouTube da Ooitech (www.youtube.com/ooitech) tem bastante filmagem de fábrica que vale a pena seguir.
