Vad är HJT-teknologi för solmoduler?

Vad är HJT-teknologi?

• HJT-solceller utmärks av sin bifaciala struktur som absorberar både direkt och spritt ljus från båda sidor. Genom användning av plasmaassisterad kemisk gasfasavsättning (PECVD) appliceras en extremt tunn intrinsisk silikonpassivskikt på ovansidan av N-typ monokristallina silikonvåffeln, följt av en P-typ silikondopning efter att ytan har texturerats och rengjorts. Därefter deponeras en liknande tunn skikt och en N-typ silikondopning på den andra sidan.

• Därefter använder vi PVD-magnetron-sputter-beläggningstekniken för att deponera en transparent ledande oxidfilm (TCO) och metallskikt på båda sidor av cellerna.

• Processen avslutas genom att skapa metallgitter på båda sidor med hjälp av vår avancerade metalliseringsteknologi.

Struktur von HJT-Solceller

Strukturen av HJT-cell, känd som Heterojunction with Intrinsic Thin Layer eller även kallad HIT, är en symmetrisk, dubbelriktad cellstruktur. I kärnan finns N-typ kristallinsk kisel. På framsidan deponeras successivt en intrinsisk amorft kiseldunnskikt och en P-typ amorft kiseldunnskikt, vilka tillsammans bildar en P-N-övergång. På baksidan av kiselvafeln appliceras en intrinsisk amorft kiseldunnskikt och en N-typ amorft kiseldunnskikt för att skapa ett baksidesfält. På grund av den dåliga ledningsförmågan hos amorft kisel deponeras Transparenta Ledande Oxider (TCO) på båda sidor av cellen för ledning. Slutligen tillverkas de dubbelriktade elektroderna med hjälp av screentrycksteknik.

Material och komponenter för HJT-solceller

Tre viktiga material används för Heterojunction-solceller: kristallint kisel (c-Si), amorft kisel (a-Si) och indiumtenoxid (ITO).

Kristallint kisel (c-Si)

Kristallint kisel (c-Si) utgör grunden för den snabbt utvecklande fotovoltaikindustrin och används oftast i form av kristallina vafelpuckar för tillverkning av standard-Homojunction-solceller. Det finns två typer av c-Si: polykristallint och monokristallint kisel. För HJT-solceller används dock endast monokristallint kisel eftersom det har högre renhet och därmed högre verkningsgrad.

Amorft kisel (a-Si)

Indiumtenoxid (ITO) är det föredragna materialet för den transparenta ledande oxidskiktet (TCO) i Heterojunction-solceller. Teknologin för deposition av transparenta ledande oxidfilmer (TCO) är avgörande för högpresterande optoelektroniska enheter. Reflektions- och ledningsförmågsegenskaperna hos ITO gör det till ett idealiskt kontaktlager och ytterlager för HJT-solceller.

Indiumtenoxid (ITO)

På 1970-talet upptäcktes att amorft kisel (a-Si) var lämpligt för tunnfilmstekniken inom fotovoltaik och kunde användas som halvledare i solceller. Det är det näst viktigaste materialet vid tillverkning av Heterojunction-solceller. Även om a-Si i sig har täthetsdefekter kan dessa åtgärdas genom väteprocesser. Det resulterar i vätehaltigt amorft kisel (a-Si:H), som på grund av dess enkla dopbarhet och bredare bandgap är särskilt lämpligt för tillverkning av HJT-celler.

Tillverkningsprocessen för HJT-celler är jämförelsevis kort. Den omfattar huvudsakligen fyra steg: texturering, avsättning av amorft kisel, avsättning av TCO (transparent ledande oxid) och screentryck. Detta är betydligt mindre jämfört med PERC (10 steg) och TOPCON (12-13 steg). Avsättningen av amorft kisel görs huvudsakligen genom PECVD (Plasmaunderstödd kemisk gasfasavsättning). För TCO-filmbeläggning finns för närvarande två metoder: Reaktiv plasmaavsättning (RPD) och Fysikalisk gasfasavsättning (PVD).

Hur fungerar HJT-solceller?

Principen för Heterojunction-solceller liknar andra fotovoltaiska moduler. Under fotovoltaisk effekt är huvudskillnaden användningen av en trelagersabsorbator som kombinerar tunnfilm- och traditionell fotovoltaisk teknologi. Processen innebär att ansluta en belastning till modulanslutningarna, där fotoner omvandlas till elektrisk energi och genererar en ström som flödar genom lasten.

För att generera ström träffar fotoner absorberaren vid P-N-övergången och exciterar elektroner som rör sig mot ledningsbandet. Detta skapar elektron-hål-par (e-h).

De exciterade elektronerna samlas av anslutningarna kopplade till P-dotterad skiktet, vilket skapar en ström genom lasten.

Efter att strömmen har flutit genom lasten återvänder elektronerna till cellens bakre kontakt och rekombineras där med hålen, vilket avslutar det respektive e-h-paret. Under tiden modulen genererar ström upprepas denna process kontinuerligt.

I standard-c-Si-fotovoltaikmoduler uppstår ett fenomen känt som "ytrekombination" och begränsar effektiviteten hos dessa moduler. I denna process rekombineras de av ljus upphetsade elektronerna med hål vid materialytan, vilket får dem att förena sig igen och elektronerna samlas inte som elektrisk ström och ledas.

För att minska ytrekombinationen använder Heterojunction-celler passiverande tunnfilms halvledare för att separera de starkt rekombinerande aktiva (Ohmska) kontaktorna från wafer-baserade skikt. Dessa filmer består av a-Si:H med en bredare bandgap. Denna buffertskikt möjliggör en långsam, men tillräcklig laddningsflöde för att generera hög spänning och är samtidigt tillräckligt snabb för att förhindra rekombination av elektronerna innan de samlas, vilket ökar effektiviteten hos Heterojunction-celler.

I processen av ljusabsorption absorberar alla tre halvledarskikt fotonerna och omvandlar dem till elektrisk energi.

De först ankommande fotonerna absorberas av den yttre a-Si:H-skiktet och omvandlas till elektrisk energi. De flesta fotoner omvandlas dock av c-Si-skiktet, vilket har den högsta omvandlingseffektiviteten i cellen. De återstående fotonerna omvandlas slutligen av a-Si:H-skiktet på baksidan av modulen. Denna tre-stegsprocess är grunden för över 26,7% effektivitet hos ensidiga HJT-celler.

Fördelar med Heterojunction (HJT)-teknologi

• Hög effektivitet: Med högeffektiva Heterojunction (HJT) solceller och avancerad halvcellsteknologi uppnås en moduleffektivitet över 22,87%.
• Stora celler: Med effektiva HJT 210 mm solceller finns det en större yta för ljusmottagning och högre energiproduktion. Strukturen är också tät.
• Låg degradation: HJT-celler förhindrar LID-, LeTID- och PID-effekter genom en icke-polariserande TCO-skikt, vilket resulterar i mindre än 11,5% förlust av prestanda över 30 år och därmed säkerställer långsiktigt stabil energiproduktion.
• Färre tillverkningsprocesser: Tillverkningen omfattar främst fyra steg: texturering, avsättning av amorft kisel, TCO-avlagring och screentryck; betydligt färre än PERC (10 steg) och TOPCON (12-13 steg).
• Tunnfilmsteknologi: Högpresterande silikon-heterojunction (HJT) kombinerar fördelarna med kristallint silikon och tunnfilmsteknologi av amorft silikon, vilket möjliggör enastående ljusabsorption och passivering.
• Stabil prestanda vid höga temperaturer: Temperaturkoefficient -0,24%/°C garanterar stabil energiproduktion i varmare miljö med minimal förlust av prestanda och konstant ökning av avkastningen.

• Ytterligare effektförstärkning: HJT-celler med symmetrisk fram- och baksida samt gitterdesign har bifacialitet över 95%, vilket ger en över 30% högre effektförstärkning jämfört med PERC och TOPCON.
• Överlägset svagt ljus-beteende: Genom att införa en intrinsisk tunnfilm i-a-Si:H mellan kristallint och dopat tunnfilmsilikon passiverar HJT-celler effektivt ytteffekterna hos kristallint silikon. Detta leder till en högre tomgångsspänning, ett bredare ljusabsorptionsspektrum och en snabbare uppstart under svagt ljusförhållanden.
• Lågtemperaturprocess: HJT-celler använder en silikonbaserad tunnfilm för att bilda pn-övergången, med lödningstemperaturer under 250°C, vilket minskar termisk stress och höga temperaturpåverkan på cellerna.
• Oskurna solceller: Hela halvcellstillverkningsprocessen utan skärning av celler minimerar påverkan av mikroriss.
• Hög flexibilitet: Den unika cellstrukturen hos HJT-celler förbättrar avsevärt cellernas flexibilitet, minskar risken för dolda sprickor under transport och installation och ökar kraftverkens tillförlitlighet.

Jämförelse av HJT-, TOPCon- och PERC-teknologi

Heterojunction (HJT)-solmoduler uppvisar hög bifacialitet och en låg temperaturkoefficient, vilket ökar effektiviteten och strömavkastningen och därmed effektivt minskar kostnaderna för elektricitet. De är särskilt lämpliga för regioner med högre temperaturer på sommaren och är idealiska för Agri-PV, bilportar och solstängsel.

Framtidsprognos för HJT-solceller

Med tanke på de många fördelarna med Heterojunction (HJT) är det sannolikt att fler företag kommer att fortsätta att anta denna teknik inom en snar framtid. Eftersom tillverkningsprocessen för HJT omfattar 6 steg mindre än PERC-teknologin kan denna teknik potentiellt minska produktionskostnaderna. Även om PERC har varit det populära valet inom PV-branschen under många år, kan dess komplexa tillverkningsprocess inte konkurrera med HJT. Dessutom har HJT en bättre temperaturkoefficient jämfört med PERC.

Enligt ITRPV-rapporten 2019 förväntas Heterojunction (HJT)-celler ha en marknadsandel på 12% fram till 2026 och en andel på 15% fram till 2029.

Referenser:

https://www.kanekaenergysolutions.com/what-is-heterojunction-technology-hjt-in-the-solar-industry

https://solarmagazine.com/solar-panels/heterojunction-solar-panels/#Looking_into_the_future_of_heterojunction_technology

HJT-solmoduler från Maysun Solar

Relaterade artiklar om HJT Technology