Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Deutschland untersuchten die Gallium-Dotierung in Siliziumwafern vom p-Typ als Weg zu besserer Leistung. Durch das Testen dieser speziell hergestellten p-Typ-Wafer in TOPCon- und Heterojunction-Zellarchitekturen, die mehrere große Hersteller von Photovoltaikzellen zur Herstellung auf teureren n-Typ-Wafern vorbereiten, fanden die Wissenschaftler heraus, dass p-Typ-Scheiben mit Gallium-Dotierung ähnliche Ergebnisse erzielen können oder sogar bessere Zellwirkungsgrade als bisher mit n-Typ-Scheiben erreicht.
Seit mehreren Jahren erforschen die weltweit führenden Silizium-PV-Hersteller n-Typ-Technologien als Weg zu Produkten mit höherer Leistung. Diese waren in der Regel teurer in der Herstellung, haben aber das Potenzial für eine höhere Effizienz und eine geringere Anfälligkeit für verschiedene Abbaumechanismen, die die Leistung im Laufe der Zeit beeinträchtigen, und somit für höhere Energieerträge.
Und im Jahr 2022, wenn sich die Kostenlücke zwischen n-Typ- und p-Typ-Modulen verringert und weitere Verbesserungen der p-Typ-PERC-Technologie in der Massenproduktion schwer zu erreichen sind, beginnen die Hersteller von PV im großen Maßstab, auf n-Typ umzusteigen Technologie.
Neue Forschungsergebnisse des Fraunhofer ISE in Deutschland deuten jedoch darauf hin, dass p-Typ-Plättchen mit einer kleinen Modifikation ihrer Herstellung eine ähnliche Leistung wie n-Typ-Plättchen erreichen können, wenn sie in die neuesten Zellarchitekturen integriert werden.
„Große Waferhersteller sehen die grundlegenden Gründe, warum Cz-Si-Wafer vom n-Typ teurer bleiben werden als ihre Gegenstücke vom p-Typ“, stellen die Forscher fest. „Dieser Beitrag weist darauf hin, dass die Umstellung des Dotierungsniveaus und der Dotierungsspezies von Cz-Si-Wafern vom p-Typ auf höhere Widerstände und eine Ga-Dotierung eine Alternative bietet, die im Vergleich zu Material vom n-Typ wirtschaftlich attraktiv sein könnte.“
Gallium-Doping
PV-Hersteller begannen um 2019 damit, die Bordotierung durch Gallium zu ersetzen, als Lösung für lichtinduzierten Abbau, der durch eine Reaktion zwischen Bor und Sauerstoff verursacht wird. Aber diese Änderung hat andere Fragen über die Wirkung von Gallium aufgeworfen, und es wird noch viel mehr geforscht.
In dieser Untersuchung arbeitete das Fraunhofer ISE mit einem großen Silizium-Ingot-Hersteller zusammen, um einen Gallium-dotierten Silizium-Ingot in voller Größe herzustellen, der nach den genauen Spezifikationen des ISE hergestellt wurde, um einen Widerstandsbereich zu erreichen, der um eine Größenordnung größer ist als bei üblichen kommerziellen Produkten. Die Gruppe wählte dann Wafer aus, die die gesamte Länge dieses Ingots darstellen, und verwendete sie zur Herstellung von Zellen, die auf Architekturen basieren, die denen ähneln, die mit n-Typ-Wafern in den Fertigungsstrom übergehen. Diese Zellen wurden dann einer Reihe von Leistungs- und Zuverlässigkeitstests unterzogen und mit identisch behandelten TOPCon n-Typ- und Heterojunction (HJT)-Zellen verglichen.
Die Ergebnisse dieser Tests wurden in „Langlebiges Ga-dotiertes Cz-Si für Solarzellen mit trägerselektivem Übergangdie kürzlich in erschienen ist RRL-Solar. Bei einer Back-Emitter-Zelle mit Tunneloxid-passiviertem Kontakt, ähnlich der TOPCon-Architektur, die kommerzielle Zugkraft gewinnt, zeigten die besten Zellen vom Pa-Typ einen Effizienzvorteil von 0,2 %, während die in HJT-Zellen verwendeten Zellen 0,36 % weniger effektiv waren.
Die Forscher stellten auch fest, dass die Zellen mit Prozessen hergestellt wurden, die für Zellen vom n-Typ optimiert waren, und dass Anpassungen die Effizienz vom p-Typ erhöhen könnten. In Bezug auf TOPCoRE-Zellen zeigen diese Ergebnisse bereits einen signifikanten wirtschaftlichen Vorteil durch niedrigere Waferkosten und höhere Effizienz.
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