TOPCon передняя пленка SiNx выигрывает: на 3-4 Вт больше мощности модуля, чем градиентная пленка
Описание продукта
Вы провели сравнение на линии. Две группы ячеек TOPCon с разными рецептами передней пленки.
Группа градиентной пленки: градиентный стек SiNx/SiOxNy/SiOx (с низкопреломляющими слоями SiOx/SiOxNy)
Группа чистой SiNx: чистая многослойная SiNx
Результат оказался обратным.
Уровень ячейки: градиентная группа была на 0.05%-0.1% выше по эффективности, чем группа чистой SiNx. На ячейке градиентная пленка явно выглядела лучше.
Уровень модуля: после ламинирования в 66-ячеечные модули 210×210 группа чистой SiNx оказалась на 3-4 Вт выше по мощности (измерено на линии).
"Группа с более низкой эффективностью ячеек дала более высокую мощность модуля." Отдел качества постоянно спрашивал почему, и нельзя просто ответить "упаковочный выигрыш".
В этой статье используется одна солидная работа, чтобы объяснить эту контринтуитивную оптическую математику.
Технические параметры
Эффективность ячейки ≠ мощность модуля. Между ними стоит ламинирование.
Запомните одно: эффективность ячейки и мощность модуля не связаны простым умножением.
Используя 66-ячеечный модуль TOPCon 210×210 с ячейками класса 25.7% в качестве базового, данные линии показывают, что разница в эффективности ячеек в 0.1% соответствует примерно 2.8 Вт мощности модуля. По этому коэффициенту:
| Сравнение | Разница на уровне ячеек | Ожидаемая разница модулей | Измеренный результат модуля |
|---|---|---|---|
| Градиентная пленка vs чистая SiNx | +0.05%-0.1% (градиент выше) | +1.4-2.8 Вт (градиент должен выиграть) | Чистый SiNx +3-4 Вт (обратный) |
Направление полностью изменилось. Преимущество на уровне ячейки было потеряно при ламинации.
Мощность модуля — это не прямое умножение КПД ячейки. Стекло, инкапсулянт и задняя пленка дают оптический выигрыш (положительный), но также вызывают рассогласование токов и потери на распределение (отрицательные). Итог — измеренная мощность. Разные рецептуры антиотражения дают очень разные результаты после ламинации, и это корень феномена «проигрыш на ячейке, выигрыш на модуле».
Этот механизм уже был установлен Zhang et al. 2019 (Energies, DOI:10.3390/en12061168) на платформе PERC, подтверждено моделированием SunSolve и измерениями модулей.
Технические преимущества
Одна статья по PERC объясняет инверсию четко
Zhang 2019 исследовал переднее трехслойное антиотражающее покрытие на моно PERC. Первые два слоя оставались фиксированными SiNx (20 нм/45 нм). Менялся только третий слой.
План A: третий слой 15 нм SiNx (показатель преломления 1.99)
План B3: третий слой 30 нм SiOx (показатель преломления 1.46)
Используя оптическое моделирование SunSolve (с текстурой пирамид), они рассчитали средневзвешенное отражение WAR (300-1100 нм):
| План | Третий слой | WAR (300-1100 нм) |
|---|---|---|
| A | 15 нм SiNx | 3.12% |
| B3 | 30 нм SiOx | 2.78% |
| B5 | 50 нм SiOx | 2.46% (толще, ниже) |
На уровне ячейки B3 отражает меньше, чем A, измеренный Isc на 62 мА выше, КПД 21.50% против 21.35% (+0.15% абс.). Пленка с низкоиндексным слоем SiOx просто выигрывает на ячейке.
Но на уровне модуля картина меняется. Раздел 3.3 говорит об этом прямо:
"Поскольку EVA-инкапсулянт поглощает коротковолновый свет, спектральное преимущество ячейки с SiOx 30 нм частично маскируется... прирост мощности модуля составляет всего 0,9 Вт... установка SiOx в модуль снизила прирост производительности на уровне ячейки на 57%."
Подробности:
Коэффициент CTM: SiOx 30 нм 96.1% против SiNx 15 нм 96,5%. У SiOx он фактически ниже.
Преимущество +0,15% на уровне ячейки потеряло 57% своего прироста после ламинации.
Прирост мощности модуля всего 0,9 Вт.
Это объяснение на уровне статьи для вашего случая. Группа с градиентом (с низкоиндексными слоями SiOx/SiOxNy, как B3 у Zhang) выигрывает 0,05-0,1% на уровне ячейки за счет коротковолнового антиотражения. Но после ламинации EVA поглощает коротковолновый свет <380 нм, коротковолновый край группы с градиентом подавляется, CTM падает, и при одинаковом классе эффективности чистая группа SiNx обгоняет ее.
Применение продукта
Где разрыв и насколько он велик
① На уровне ячейки: группа с градиентом выигрывает 0,05%-0,1%, около 1,4-2,8 Вт
По базовой линии 66-ячеечного 210 TOPCon (0,1% эффективности ячейки ≈ 2,8 Вт мощности модуля), группа с градиентом на 0,05%-0,1% выше на уровне ячейки, что должно означать 1,4-2,8 Вт выше на уровне модуля.
② На уровне модуля: чистый SiNx фактически выше на 3-4 Вт (измерено на линии)
Измерено, мощность модуля группы с чистым SiNx на 3-4 Вт выше, чем у группы с градиентом. Добавив небольшое отставание на уровне ячейки, это означает, что группа с чистым SiNx вносит 4,4-6,8 Вт больше только на этапе сборки. Относительно базовой линии 720 Вт это разница в 0,61%-0,94% в приросте от сборки.
③ Подтверждение в литературе: "сокращение на 57%" Zhang 2019 (платформа PERC)
Результаты Zhang для PERC хорошо согласуются: пленка с третьим слоем SiOx выигрывает +0,15% на уровне ячейки, но после ламинации прирост сокращается на 57%, а коэффициент CTM падает на 0,4 пункта.
В пересчете на 66-ячеечный 210 TOPCon преимущество 0,1% на уровне ячейки оставляет только около 0,04% после ламинации, и модуль может абсолютно инвертироваться. Тот же источник, та же причина, что и ваш результат на линии "чистый SiNx выше на 3-4 Вт".
④ Почему группа с градиентом отстает на уровне модуля?
Градиентная пленка с SiOx/SiOxNy имеет основное преимущество в коротковолновом антиотражении 300-500 нм. Но именно этот диапазон сильнее всего поглощается стеклом и EVA в модуле. Коротковолновый край градиентной пленки напрямую поглощается упаковочными материалами. Между тем, чистая многослойная SiNx эффективно выполняет антиотражение в основном видимом и ближнем инфракрасном диапазоне >400 нм (остается эффективной после ламинирования, где квантовый отклик кремния выше), поэтому она дает больший выигрыш на уровне модуля.
Внедрение в линию: не судите только по эффективности ячейки
① Можно ли запустить в линию сейчас?
Оба варианта можно. Чистая многослойная SiNx — это зрелый маршрут. Градиентную пленку (SiNx/SiOxNy/SiOx) также можно нанести на трубчатом PECVD, требуется только один дополнительный слой покрытия плюс один дополнительный шаг контроля соотношения N/O и согласования толщины трех слоев.
В последнее время в индустрии TOPCon вновь продвигается подход «многослойная SiNx передняя пленка» для замены процесса «многослойная нитрид-оксидная передняя пленка». Данные, которые вы видели, являются доказательством этой тенденции на уровне линии. Дело не в том, что градиентная пленка плоха, а в том, что она не прошла экзамен по ламинированию.
② Стоит ли оно того?
Зависит от того, как считать. Если смотреть только на эффективность ячейки, градиентная пленка выглядит на 0,05-0,1% лучше. Но на уровне модуля чистая многослойная SiNx опережает на 3-4 Вт, а при текущем ценообразовании за ватт модулей TOPCon это дает реальную премию.
Выбор передней пленки должен основываться на двух показателях: эффективность ячейки плюс выигрыш при упаковке. Не смотрите только на одно число на уровне ячейки, иначе вы окажетесь как группа с градиентной пленкой: выигрываете на уровне ячейки, но теряете на уровне модуля.
③ Стабильно ли это?
Это нужно проверять отдельно. Обе пленки многослойные, и долгосрочная надежность (стабильность пленки при влажном тепле, совместимость с различными инкапсулянтами) должна быть измерена. Более ранние работы команды Hoex из UNSW уже показали, что TOPCon чрезвычайно чувствителен к составам инкапсуляции. Антиотражающая пленка и инкапсулянт связаны. При изменении покрытия может потребоваться изменить выбор инкапсулянта.
Совет для работников линии: при сравнении двух процессов передней пленки не сравнивайте только эффективность ячейки. Разрыв в 0,05-0,1% на уровне ячейки выглядит маленьким, но модуль может перевернуться на несколько ватт. Измеряйте как эффективность ячейки, так и мощность модуля, особенно для высококлассных модулей, стремящихся к премии за класс мощности.
Ограничения: о чем статья умалчивает
Zhang 2019 — это данные на платформе PERC, а не TOPCon. Но передняя просветляющая оптика имеет общее происхождение: EVA поглощает короткие волны, пленки SiOx теряют коротковолновую границу, CTM падает. Это общее правило упаковочной оптики, и передняя пленка TOPCon ему следует. Данный случай линии — TOPCon, что согласуется по направлению с работой. Рекомендуется перезапустить на своей линии с EQE спектральным откликом и разделением отражения до/после ламинации.
Механизм — это предположение данной статьи, а не окончательный вывод. Физическое объяснение того, что «чистый многослойный SiNx имеет более высокий упаковочный выигрыш» (эффективный спектр обрезан + низкое паразитное поглощение), требует данных EQE спектрального отклика и разделения отражения/поглощения до/после ламинации. Данный материал дает физическую основу и направление. Какая полоса доминирует и откуда берется паразитное поглощение — ждут спектральных данных с линии.
Разрыв в упаковочном выигрыше 0,61%-0,94% — это оценка порядка величины, обратно рассчитанная из 3-4 Вт и 0,05-0,1%. Разные инкапсулянты (EVA/POE/EPE) и разное стекло (покрытое/непокрытое) изменят это число.
Бифациальные модули и УФ-отсекающий инкапсулянт дополнительно изменяют использование коротких волн. Разрыв между двумя группами может перераспределиться в сценарии двойного стекла + УФ-пропускание.
Резюме
Те же ячейки TOPCon, градиентная группа выигрывает 0,1% на уровне ячейки, а после упаковки теряет 4 Вт. Разница не только в эффективности, а в том, что экзамен, который сдает просветляющая пленка, меняется на этапе модуля.
Экзамен ячейки проверяет полный спектр коротких волн, и градиентная группа отвечает хорошо. Экзамен модуля проверяет эффективный спектр после упаковки, и группа чистого SiNx переворачивает ситуацию.
В той работе 2019 года по PERC уже было сказано: поместите SiOx в модуль, и выигрыш на уровне ячейки сократится на 57%. Инверсия 3-4 Вт, измеренная на линии, совпадает с выводом работы по направлению.
При выборе передней пленки не позволяйте одному числу эффективности ячейки задавать темп. Учитывайте упаковочный выигрыш в общей сумме.
Мнение Ooitech
Разрыв между ячейкой и модулем здесь — именно та ловушка, за которой мы следим, когда передаем линию модулей. Покрытие, которое блестит на ячейке, может незаметно терять ватты, когда сверху наносятся стекло и EVA, поэтому мы всегда говорим клиентам фиксировать выбор просветления на основе реальных данных CTM, а не лабораторной эффективности. Поскольку Ooitech строит только линии производства модулей, это сопряжение ячейки и модуля — то, где наша работа по ламинации и обучению процессу действительно окупается. Если вы хотите увидеть, как эти выборы проявляются на работающей линии TOPCon, на YouTube-канале Ooitech (www.youtube.com/ooitech) есть много заводских кадров, на которые стоит подписаться.
