Przemysłowe krzemowe ogniwa słoneczne

4.1 Teksturowanie płytek krzemu monokrystalicznego

Jak wskazano w sekcji 2, rozwój ogniw słonecznych rozpoczął się przede wszystkim od płytek monokrystalicznych, a zatem wykorzystywał ugruntowane metody z dziedziny mikroelektroniki. Alkaliczne trawienie anizotropowe na bazie KOH/NaOH stosuje się do teksturowania piramidalnego wafli monokrystalicznych. Wafel monokrystaliczny w stanie surowym ma średni ważony współczynnik odbicia> 30% (przy długości fali 300–1200 nm), który zmniejsza się do 11–12% po procesie teksturowania. Typowa morfologia alkalicznej teksturowanej powierzchni jest pokazana na Rysunku 5. Anizotropowy roztwór do trawienia wytrawia (100) powierzchnię płytek w celu odsłonięcia powierzchni (111), które mają większą gęstość atomów krzemu, a zatem wolniejsze tempo trawienia w porównaniu do ( 100) twarze. Powoduje to powstanie losowych struktur piramidalnych, które tworzą kąt 54,7° w stosunku do powierzchni wafla.

Typowe parametry procesu teksturowania alkalicznego przedstawiono w Tabeli 1. Należy zauważyć, że wartości różnych parametrów mają charakter orientacyjny i nie należy ich traktować jako bezwzględne, ponieważ na rynku jest wielu producentów dodatków. Alkohol izopropylowy (IPA) był początkowo stosowany jako dodatek do roztworu teksturującego, który nie bierze udziału w reakcji trawienia, ale działa jako środek zwilżający w celu poprawy jednorodności procesu teksturowania poprzez zapobieganie przyleganiu bąbelków H2 (powstających podczas reakcji) do powierzchni silikonowej [12]. Jednak do 2010 r. IPA został stopniowo zastąpiony alternatywnymi dodatkami ze względu na wady, takie jak niestabilne stężenie, ponieważ temperatura kąpieli jest zbliżona do temperatury wrzenia IPA (82,4 ° C), wysokie koszty, wysokie zużycie, zagrożenia dla zdrowia i wybuchowość [12]. Wiele grup opublikowało prace rozwojowe mające na celu zastąpienie IPA alternatywnymi dodatkami, aby przezwyciężyć wady IPA, zwiększyć okno procesu i zmniejszyć współczynnik odbicia powierzchni [12,13,14,15,16]. Dodatki skracają również czas przetwarzania do<10 minut="" i="" wydłużają="" żywotność="" kąpieli="" do="">100 przebiegów.

Proces teksturowania wafli monokrystalicznych jest zwykle wykonywany w „partiach”, co oznacza, że ​​wafle są ładowane na nośnik ze szczelinami do przechowywania wafli (100 szczelin w nośniku), a następnie partia jest przetwarzana sekwencyjnie w kąpielach dla teksturowanie, czyszczenie, etapy obróbki mające na celu usunięcie pozostałości organicznych i zanieczyszczeń metalami oraz suszenie przetworzonych wafli. Nośniki są zazwyczaj powlekane PVDF, który ma bardzo dobrą odporność na różne chemikalia, ścieranie i zużycie mechaniczne. Typowy nośnik do obsługi wafli monokrystalicznych pokazano na rysunku 6. Narzędzie do teksturowania wsadowego ma dedykowane wanny dla każdego etapu ze zbiornikami dozującymi chemikalia stosowane w kąpieli. Narzędzie przetwarza wiele nośników jednocześnie i może osiągnąć przepustowość&6000 wafli/h przy jednoczesnej obróbce czterech nośników.

4.2 Teksturowanie płytek krzemu wielokrystalicznego

Wafle multikrystaliczne oferują przewagę kosztową w porównaniu z waflami monokrystalicznymi i dlatego są szerzej stosowane. Jednak chemia alkaliczna stosowana do teksturowania wafli monokrystalicznych nie działa dobrze w przypadku wafli multikrystalicznych ze względu na obecność różnych orientacji ziarna. Opracowano alternatywną chemię kwasową opartą na HF i HNO3, aby usunąć uszkodzenia piły i jednocześnie teksturować wafle multikrystaliczne [17,18]. Teksturowanie na bazie roztworów kwasowych działa w temperaturach poniżej temperatury pokojowej, a tym samym prowadzi do zmniejszonej emisji gazów reakcyjnych, mniejszego wytwarzania ciepła, większej stabilności roztworu trawiącego i lepszej kontroli szybkości trawienia [18]. Porównanie teksturowania alkalicznego i teksturowania kwaśnego dla wafli multikrystalicznych przedstawiono na rysunku 7.

Kwaśny proces teksturowania wielokrystalicznych wafli można przeprowadzić w znacznie skróconym czasie w porównaniu z zasadowym procesem teksturowania, a zatem można go wdrożyć w konfiguracji „w linii”, w której wafle przechodzą przez wałki zanurzone w kąpieli trawiącej. Reprezentatywny obraz procesu inline wraz z typowym procesem teksturowania kwasowego pokazano na rysunku 8. W przypadku konfiguracji z pięcioma liniami, narzędzie inline może mieć przepustowość do 4000 wafli/h. Należy zauważyć, że powierzchnia wafla skierowana w dół w roztworze trawiącym ma lepszą teksturę niż górna strona i jest „słoneczną stroną” do dalszego przetwarzania. Kwaśny proces teksturowania prowadzi do powstania na teksturowanej powierzchni krzemu porowatego, który pochłania światło, a także zwiększa rekombinację powierzchni [18]. Stąd krzem porowaty usuwa się za pomocą rozcieńczonego roztworu alkalicznego. Następnie przeprowadza się czyszczenie kwasem (HF+HCl) w celu usunięcia tlenków i zanieczyszczeń metalicznych z powierzchni płytek.

Należy zauważyć, że omówiony powyżej proces kwaśnego teksturowania jest odpowiedni dla płytek wielokrystalicznych piłowanych drutem w zawiesinie (SWS). W ciągu ostatnich kilku lat, ze względu na korzyści technologiczne i ekonomiczne, cięcie drutem diamentowym (DWS) zastąpił cięcie szlamowe drutem [19]. Uszkodzenie piłą wafli multikrystalicznych SWS jest większe niż w przypadku wafli DWS, które mają głębokie proste rowki i znacznie gładszą powierzchnię niż wafle piłowane drutem szlamowym [19]. Uszkodzenia płytek SWS spowodowane piłą odgrywają ważną rolę w inicjowaniu procesu teksturowania, co nie występuje w przypadku płytek DWS.

Zaproponowano różne metody teksturowania wielokrystalicznych wafli DWS, które podsumowano w Tabeli 2 [20]. Dostrajając różne metody, można uzyskać współczynnik odbicia bliski 0% i stąd termin „czarny krzem” został użyty w procesie teksturowania płytek wielokrystalicznych DWS. RIE była pierwszą metodą wytwarzania czarnego krzemu i wykorzystuje sześciofluorek siarki (SF6) do reakcji z Si i gazami, takimi jak Cl2 i O2 w celu pasywacji i ograniczenia reakcji [20]. Ostatnio zademonstrowano komercyjne wielowarstwowe ogniwa słoneczne PERC o średniej wydajności 21,3% z procesem teksturowania opartym na RIE [21]. Jednak ponieważ RIE jest procesem opartym na próżni, przepustowość jest niska w porównaniu z typowym procesem inline, a ponadto wymagane jest dodatkowe przetwarzanie wstępne i przetwarzanie końcowe, aby usunąć odpowiednio uszkodzenia piły i uszkodzenia spowodowane bombardowaniem jonowym. W komercyjnym narzędziu wdrożono wariant metody RIE niewymagający próżni ani plazmy [22].

Jednym z podejść do teksturowania wielokrystalicznych wafli DWS jest ulepszenie istniejącej chemii opartej na teksturowaniu kwasowym dodatkami [23,24,25]. Takie podejście może potencjalnie mieć niższy CoO w porównaniu z podejściem opartym na MACE [23]. Wykazano, że współczynnik odbicia takiego podejścia opartego na dodatkach jest podobny do konwencjonalnego rozwiązania izoteksturowania z wydajnością ogniw słonecznych 18,7% dla struktury opartej na Al-BSF [24].

Teksturowanie oparte na MACE jest podobne do konwencjonalnej metody trawienia kwasowego z dodatkowym etapem katalitycznego osadzania metalu. Przebieg procesu składa się z SDR, osadzania metalu katalizatora, trawienia chemicznego i obróbki końcowej. Wydajność 19,2% uzyskano dla komercyjnych ogniw wielo Al-BSF przy użyciu procesu teksturowania MACE typu wsadowego [26]. Zademonstrowano komercyjne narzędzie typu inline oparte na MACE z możliwością dostrojenia reflektancji w zakresie 12–23% i uzyskania średniej wydajności dla struktury Al-BSF i PERC odpowiednio 18,8 i 20,2% [27]. Reprezentatywne obrazy teksturowanej powierzchni opartej na procesie MACE pokazano na rysunku 9. Koszt posiadania (CoO) inline procesu MACE jest potencjalnie niższy w porównaniu z procesem MACE opartym na partiach, z możliwością dalszej redukcji poprzez recykling Ag z kąpieli teksturującej [27].

4.3 Izolacja krawędzi oparta na chemii mokrej

Obszar emitera w ogniwie słonecznym jest wytwarzany w procesie dyfuzji w wysokiej temperaturze (do omówienia w następnych rozdziałach). Podczas procesu dyfuzji na wafel osadza się szkło fosforokrzemianowe (PSG), które należy usunąć przed nałożeniem warstwy ARC. Jak pokazano na Figurze 10, po etapie dyfuzji, obszar typu n jest również obecny na krawędziach i tylnej stronie wafla. Warstwa typu n na krawędziach i tylnej stronie spowoduje zwarcie emitera z podłożem podstawowym, dlatego ważne jest wytrawienie tych obszarów i odizolowanie emitera na FS od podłoża podstawowego, jak pokazano na rysunku 10 (c).

Proces izolacji krawędzi można przeprowadzić w sposób inline podobny do procesu teksturowania omówionego w poprzedniej sekcji. Wyjątkiem w tym przypadku jest to, że substancja chemiczna powinna wytrawiać tylko tylną stronę i krawędzie bez interakcji z FS. Reprezentatywny obraz procesu izolacji krawędzi pokazano na rysunku 11. Należy zauważyć, że rolki znajdują się tylko od spodu, aby uniknąć kontaktu roztworu trawiącego z przednią stroną. Kolejne kroki po trawieniu RS są podobne do tych w maszynie do teksturowania w linii.

5.1 Dyfuzja emitera

Dyfuzja emitera jest jednym z kluczowych etapów termicznych w przemysłowej produkcji ogniw słonecznych. Emiter typu n krystalicznych krzemowych ogniw słonecznych typu p powstaje w wyniku dyfuzji fosforu (P). W procesie dyfuzji płytki Si są przesyłane do pieca i poddawane działaniu chlorku fosforylu (POCl3) i O2 w temperaturze 800-900°C, co powoduje osadzanie się PSG na powierzchni płytek Si. Ten etap nazywa się osadzaniem wstępnym, w którym PSG [28] działa jako źródło domieszek fosforu (P), które dyfundują do płytki Si. Kolejnym krokiem jest wbicie, w którym następuje odcięcie dopływu gazów domieszkowych i dyfundowanie P z warstwy PSG w głąb płytki Si. Hannes et. [29] ilustruje, dla optymalnej wykonalności procesu dla zastosowań fotowoltaicznych, należy wziąć pod uwagę trzy różne efekty. Po pierwsze, indyfuzja P z PSG i jego obecność w stanie elektrycznie aktywnym i nieaktywnym w płytce Si, co zwiększa rekombinację Shockley-Read-Hall (SRH). Po drugie, przedostawanie się zanieczyszczeń do warstwy Si w kierunku warstwy PSG. Wreszcie, formowanie kontaktu metalu z emiterem Si domieszkowanym P powoduje odciągnięcie generowanej mocy.

Proces dyfuzji jest określany ilościowo na podstawie rezystancji warstwowej, która zależy od głębokości złącza pn i profilu stężenia P. Rezystancja powierzchniowa ma jednostki Ω/cm (zwykle mierzona jako Ω/□) i jest mierzona za pomocą czteropunktowego systemu sondy. Definicję rezystancji powierzchniowej przedstawiono w równaniu. (1).

R=ρlA=ρlW∗D=ρD=ρarkuszE1

gdzie R=opór przekroju prostokątnego (Ω);ρ=opór (Ω cm);l=długość przekroju prostokątnego (cm);A=powierzchnia przekroju prostokątnego (cm2);W=szerokość przekroju prostokątnego (cm );D=głębokość przekroju prostokątnego (cm) iρark=wytrzymałość dla danej głębokości (D), gdy l=W (Ω/□).

Wcześniejsze wartości rezystancji arkusza emitera wynosiły 30–60 Ω/□ przy głębokościach złącza pn>400 nm i wysokim stężeniu powierzchniowym P. Dzięki ulepszeniom w paście kontaktowej ze srebra (Ag) na przedniej stronie, rezystancja arkusza emitera mieści się teraz w zakresie 90–110 Ω/□ przy głębokości złącza około 300 nm i niższym stężeniu powierzchniowym P. Przejście na większą rezystancję arkusza pozwala wychwycić więcej światła w widmie UV i niebieskim, jednocześnie zmniejszając rekombinację powierzchni w celu poprawy Voc. Należy zauważyć, że proces dyfuzji zachodzi na FS (bezpośrednio wystawionym na działanie gazów), a także na krawędziach i RS. Jeśli proces izolacji krawędzi nie zostanie przeprowadzony (jak omówiono w rozdziale 4.3), emiter zostanie zwarty z podłożem.

Rysunek 12 przedstawia proces dyfuzji POCl3 w zamkniętym układzie rurek kwarcowych. POCl3 jest źródłem cieczy dostarczanym do rury procesowej przez barbotowanie jej gazem nośnym N2. MieszającO2z POCl3 nastąpi epitaksjalny wzrost warstwy PSG, jak wskazano w równaniu. (2)[30].

4POCl3+3O2→2P2O5PSG+6Cl2E2

Na powierzchni Si2P2O5jest redukowany do fosforu elementarnego podczas etapu wjazdu, jak pokazano w równaniu. (3)[30].

2P2O5+5Si→4P+5SiO2E3

Chlor, który jest produktem ubocznym podczas osadzania wstępnego, czyści wafle i rurkę kwarcową tworząc kompleksy z metalami. PSG jest używany jako źródło do wbijania atomów P w powierzchnię Si. Podczas procesu wprowadzania POCl3 jest wyłączany i dodawany jest tylko O2, aby zbudować cienką warstwę tlenku pod PSG, aby zwiększyć dyfuzję atomów P na powierzchnię Si.

Wewnątrz rury dyfuzyjnej znajduje się pięć stref grzewczych, jak pokazano na rysunku 13. Strefy to:

• Strefa załadunku (LZ) – obszar, z którego wafle są ładowane do tuby.

• Środkowa strefa załadunku (CLZ) — obszar pomiędzy strefą załadunku a strefą środkową.

• Strefa środkowa (CZ) — obszar środkowy tuby.

• Centralna strefa gazowa (CGZ) – obszar pomiędzy strefą centralną a strefą gazową.

• Strefa gazowa (GZ) – obszar, z którego gazy wychodzą przez układ wydechowy.

Zazwyczaj temperatury każdej strefy grzewczej są dostosowywane w celu uzyskania równej rezystancji arkusza emitera dla wszystkich płytek na łodzi.

Środowisko procesu dyfuzji powinno być bardzo czyste, dlatego na rurki stosuje się materiał kwarcowy. Czystość rur i konserwacja obszaru załadunku również ma wpływ na wyniki procesu. Ponieważ w przypadku dyfuzji w fazie gazowej nie ma pozostałości w rurze, proces ten jest czystszy. Poprzez obciążenie połowy skoku w warunkach niskiego ciśnienia (LP) [31] można zwiększyć przepustowość. Zwykle 1000 wafli jest ładowanych w jednej rurze, a przy pięciu rurach dyfuzyjnych w systemie dyfuzyjnym typu wsadowego można osiągnąć przepustowość do 3800 wafli na godzinę w produkcji ogniw słonecznych.

W produkcji komercyjnej wykorzystano również inline system dyfuzyjny, w którym wafle transportowane są na taśmie z kwasem fosforowym jako źródłem domieszek P [32]. Jednak w porównaniu z procesem inline, proces wsadowy jest bardziej czysty, efektywny i wydajny. W przypadku ogniw słonecznych typu n lub zaawansowanych koncepcji ogniw słonecznych, takich jak PERT, dyfuzja wsadowa typu p opiera się na źródłach domieszek boru (B), takich jak tribromek boru (BBr3) [33,34].

5.2 Osadzanie powłoki antyrefleksyjnej (ARC)

Czysta powierzchnia Si odbija> 30% padającego światła. Jak omówiono w sekcji 4, proces teksturowania poprawia przechwytywanie światła. Pożądane jest dalsze zmniejszenie współczynnika odbicia, który uzyskuje się przez osadzanie warstwy ARC. TiOx był jednym z najwcześniejszych materiałów stosowanych jako warstwa ARC w ogniwach słonecznych, jednak ponieważ nie był w stanie zapewnić odpowiedniej pasywacji powierzchni, został ostatecznie zastąpiony przez SiNx:H [37]. Wyhodowany termicznie tlenek krzemu (SiO2) został również wykorzystany jako materiał pasywujący w bijących rekordy prędkościach ogniwach PERL z pasywowanym emiterem [37]. Wysoki budżet cieplny i długi czas procesu sprawiły, że pasywacja na bazie SiO2 nie nadaje się do masowej produkcji ogniw słonecznych [37]. Wyczerpujący przegląd różnych materiałów ARC i pasywacji do zastosowań w ogniwach słonecznych omówiono w [37].

Proces chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą (PECVD) nadaje się do osadzania warstwy ARC z SiNx:H, która nie tylko zmniejsza odbicie, ale także pasywuje przedni emiter typu n i masę, poprawiając w ten sposób wydajność ogniwa słonecznego [36, 37]. Schemat systemu PECVD typu wsadowego pokazano na Rysunku 14. Wafle są ładowane do łodzi grafitowej z przednimi stronami skierowanymi do siebie. Plazma RF oparta na gazach procesowych amoniak (NH3) i silanie (SiH4) pracująca w temperaturze 400–450°C osadza uwodornioną warstwę SiNx:H zgodnie z perEq. (4)[35]. Wodór zawarty w warstwie SiNx:H dyfunduje do masy podczas etapu wypalania (omówionego w następnej sekcji) i pasywuje zwisające wiązania, aby poprawić wydajność ogniwa słonecznego [36, 37].

3SiH4+2NH3+N2→Si3N4+9H2E4

Współczynnik załamania (RI) warstewki SiNx:H jest kontrolowany przez stosunek SiH4/NH3gas, natomiast grubość zależy od czasu osadzania. ARC oparty na SiNx:H może zminimalizować odbicie dla pojedynczej długości fali, a grubość fali jest podana przez [38],

t=λ04n1E5

gdzie=grubość warstwy SiNx:H ARC,λ0=długość fali padającego światła andn1=współczynnik załamania warstwy SiNx:H.

W oparciu o tę zależność ARC jest również określane jako „ARC o ćwiartce długości fali”. W przypadku ogniw słonecznych RI i grubość dobiera się tak, aby zminimalizować odbicie przy długości fali 600 nm, ponieważ jest to szczyt widma słonecznego. Grubość i RI ARC dobiera się jako średnią geometryczną materiałów po obu stronach, tj. szkło/powietrze i Si. Typowa grubość SiNx:H ARC wynosi 80-85 nm z RI 2,0-2,1, co nadaje ogniwie słonecznemu kolor od niebieskiego do fioletowo-niebieskiego. Reprezentatywny obraz teksturowanego wielokrystalicznego ogniwa słonecznego osadzonego za pomocą SiNx:H pokazano na rysunku 15 (a), podczas gdy zmienność koloru SiNx: H na podstawie jego grubości pokazano na rysunku 15 (b). Należy zauważyć, że istnieje zależność od tekstury powierzchni i koloru ARC dla danych parametrów osadzania. Istnieje wiele modułów słonecznych, w których kolor ogniw słonecznych jest ciemniejszy niż typowy kolor niebieski. Typowy etap osadzania ARC w linii produkcyjnej ogniw słonecznych składa się z dwóch systemów PECVD, każdy z czterema rurkami i przepustowością do 3500 wafli/h.

SiNx:H nie nadaje się do pasywacji Si typu p, a zatem dielektryki, takie jak Al2O3, są używane do pasywacji RS w architekturze ogniw, takiej jak ogniwa PERC [8] lub do emiterów typu p w ogniwach słonecznych typu n. W przypadku ogniw słonecznych PERC warstwa pasywująca Al2O3 jest pokryta warstwą SiNx:H, aby chronić ją przed pastą Al podczas procesu wypalania, a także służy jako wewnętrzny reflektor dla światła o dużej długości fali. Dostępne są komercyjne systemy oparte na PECVD i atomowej depozycji warstwowej (ALD) do osadzania Al2O3 z przepustowością do 4800 wafli/h [39].

6.1 Metalizacja oparta na sitodruku

Ostatnim etapem przetwarzania przy produkcji ogniw słonecznych jest metalizacja FS i RS w celu pobrania energii przy minimalnych stratach rezystancyjnych. Ag jest dobrym materiałem kontaktowym dla emitera typu n, podczas gdy Al ma bardzo dobry kontakt z podłożem typu p. Kombinacja pasty Ag/Al jest używana do drukowania nakładek na RS, aby ułatwić wzajemne połączenie ogniw słonecznych w module. Sitodruk to prosty, szybki i stale ewoluujący proces metalizacji ogniw słonecznych.

Schematyczne przedstawienie procesu sitodruku pokazano na Figurze 16. Sitodruki mają powleczoną emulsją siatkę ze stali nierdzewnej z otworami zgodnie z pożądanym wzorem metalizacji, jak pokazano na Figurze 17(a). Pasta metalowa jest rozprowadzana po sicie poprzez zalewanie i ruch rakli, który osadza pastę na ogniwie słonecznym w oparciu o wzór sita. Oderwanie to odległość ekranu i ogniwa słonecznego. Nacisk rakli i odległość odrywania to krytyczne parametry, które determinują nałożenie pasty i geometrię palców Ag FS.

Typowe nakładanie pasty dla wkładek Ag/Al RS, RS Al i FS Ag wynosi odpowiednio 35–45 mg, 1,1–1,4 g i 100–120 mg, odpowiednio dla 6-calowego multikrystalicznego ogniwa słonecznego Al-BSF. Przykładowy wzór metalizacji Ag FS pokazano na Figurze 17(b). Otwarcie palca Ag zmniejszyło się do poniżej 30 μm, podczas gdy obecnie coraz częściej stosuje się 5 szynoprzewodów. Przy takim parametrze ekranu i dobrym rozłożeniu pasty należy uzyskać spójne FF wynoszące>80% dla ogniw słonecznych Al-BSF ze stratą zacienienia optycznego&6%.

6.2 Suszenie i szybkie wypalanie past metalizacyjnych

Pasty metalizujące składają się z proszku metalicznego, rozpuszczalników i spoiw organicznych. W przypadku pasty FS Ag, pasta zawiera również frytę szklaną podczas trawienia warstwy SiNx:H i stykania się z emiterem typu n [41]. Pasty metalowe są suszone po drukowaniu, a na koniec przesyłane do pieca do szybkiego wypalania w celu spiekania i tworzą kontakt RS Al-BSF i FS Ag. Przykład takiego pieca do szybkiego wypalania z profilem temperatury pokazano na rysunku 18. Proces spiekania palcowego FS Ag zilustrowano na rysunku 19. Gdy ogniwo słoneczne przechodzi przez piec do szybkiego wypalania, spoiwa organiczne są spalane, a następnie topione fryty szklanej i wreszcie tworzenie krystalitów Ag stykających się z emiterem typu n. Profil wypalania należy dostroić w oparciu o określone rodzaje past metalizacyjnych i profil dyfuzji emitera. Na przykład, szczytowa temperatura wypalania może być niska, aby nie utworzyć dobrego kontaktu omowego na FS, podczas gdy zbyt wysoka temperatura może prowadzić do dyfuzji Ag przez złącze i bocznikowania złącza pn. Obraz kompletnego multikrystalicznego ogniwa słonecznego Al-BSF pokazano na rysunku 20.

6.3 Metalizacja front-side oparta na poszyciu

Koszty różnych czynników w przetwarzaniu ogniw słonecznych spadły na przestrzeni lat, podczas gdy udział frontu Ag jest nadal najbardziej znaczący [42]. Wykonano wiele pracy, aby zastąpić Ag metalem alternatywnym, takim jak miedź (Cu), który ma wartość przewodnictwa bardzo zbliżoną do Ag, a także oferuje potencjalną znaczną przewagę kosztową [43,44]. Cu ma wysoką dyfuzyjność i rozpuszczalność w Si, a zatem warstwa barierowa, taka jak nikiel (Ni), jest osadzana na Si przed powlekaniem Cu [42]. Platerowanie indukowane światłem (LIP), które wywodzi się z platerowania konwencjonalnego, wykorzystuje efekt fotowoltaiczny światła do powlekania pożądanego metalu i ma wiele zalet w porównaniu z platerowaniem konwencjonalnym [43,44].

Metalizacja front-side oparta na Ni-Cu wymaga dodatkowego etapu modelowania front-side ARC w przeciwieństwie do metalizacji opartej na pastach Ag, a w większości przypadków również dodatkowego etapu spiekania Ni w celu zmniejszenia rezystancji styku i dobrej przyczepności stosu metalu [42] ]. Komercyjne ogniwa słoneczne mc-Si cięte DWS oparte na stosie platerowanym Ni-Cu-Ag zostały zademonstrowane z szerokością palca 22μm, współczynnikiem kształtu zbliżonym do 0,5 i podobną wydajnością jak w przypadku referencyjnych ogniw słonecznych na bazie Ag z nadrukiem sitowym [45 ].

Ciągłe doskonalenie past Ag FS wraz z prostotą, niezawodnością i wysoką wydajnością procesu sitodruku utrudniło metalizacji opartej na Ni-Cu konkurowanie z metalizacją FS opartą na Ag. Jednak koncepcje wysokiej wydajności ogniw słonecznych, takie jak dwufazowe ogniwa słoneczne z heterozłączem, w których Cu może być bezpośrednio powlekany na przezroczystym przewodzącym tlenku, proces powlekania jest uproszczony i wymaga tylko jednego narzędzia [39]. Podobnie koncepcje o wysokiej wydajności, które wymagają zmniejszonej ilości metalu, mogą to samo osiągnąć przy użyciu metalizacji opartej na platerowaniu [42,46].

6.4 IV testowanie i charakterystyka ogniw słonecznych

Ostatnim krokiem jest IV testowanie kompletnych ogniw słonecznych zgodnie ze standardowymi warunkami testowymi (STC), tj. AM 1,5G, 1000W/m2 za pomocą symulatora słonecznego klasy AAA. Przykład sondowania FS ogniwa słonecznego pokazano na Rysunku 21. Typowe parametry uzyskane z testera IV przedstawiono w Tabeli 3. Testery IV posiadają wiele parametrów charakteryzacyjnych, które mogą być pomocne w diagnostyce wad ogniwa słonecznego. Reprezentatywny obraz elektroluminescencyjny (EL) i termiczny IR ogniwa słonecznego z pewnymi defektami pokazano na rysunkach 22(a)-(c). Obraz EL dobrego ogniwa słonecznego o jednolitej intensywności pokazano na rysunku 22 (a), podczas gdy w przypadku ogniwa słonecznego, w którym palce FS nie są drukowane równomiernie, ciemniejszy kontrast można zobaczyć na rysunku 22 (b). ) przedstawia termiczny obraz w podczerwieni ogniwa słonecznego z zlokalizowanym bocznikiem, który został utworzony podczas jednego z etapów przetwarzania. Na koniec ogniwa słoneczne są sortowane w różnych pojemnikach wydajnościowych w oparciu o wybraną klasyfikację.