Le SiNx de film avant TOPCon gagne gros : 3-4W de puissance module en plus
Table des matières
Réponse rapide : L'épaisseur du nitrure de silicium en film avant sur une cellule TOPCon s'avère valoir une puissance de module mesurable. Une comparaison en ligne entre deux groupes de cellules avec différentes recettes de film avant a produit une différence de 3 W à 4 W en sortie de module, la meilleure recette gagnant environ 2,8 W. Le SiNx agit à la fois comme revêtement antireflet et comme source de passivation par l'hydrogène, et ces deux fonctions tirent l'épaisseur optimale dans des directions différentes : trop mince et la réflectance augmente, trop épais et le comportement optique et de passivation du film change. Les recettes en question se situaient dans la plage de 15 nm à 45 nm, avec plusieurs couches entre 20 nm et 30 nm. Comme la couche est déposée dans la même étape PECVD dans les deux cas, le gain ne coûte rien en équipement — c'est un changement de recette, ce qui explique pourquoi l'optimisation du film avant est l'un des leviers d'efficacité restants les moins coûteux sur une ligne TOPCon.
Fabrication de modules PV · par Jerry, Ooitech
Introduction du produit
Vous avez effectué une comparaison sur la ligne. Deux groupes de TOPCon cellules, recettes de film avant différentes.
Groupe film à gradient: empilement à gradient SiNx/SiOxNy/SiOx (avec des couches SiOx/SiOxNy à faible indice de réfraction)
Groupe SiNx pur: SiNx multicouche pur
Le résultat est revenu à l'envers.
Niveau cellule: le groupe à gradient avait une efficacité supérieure de 0,05 % à 0,1 % par rapport au groupe SiNx pur. Sur la cellule, le film à gradient semblait clairement meilleur.
Niveau module: après laminage en modules 66 cellules 210×210, le groupe SiNx pur était en réalité 3-4W plus élevé en puissance (mesuré sur la ligne).
« Le groupe avec une efficacité de cellule inférieure a fini avec une puissance de module supérieure. » Le contrôle qualité demandait sans cesse pourquoi, et vous ne pouvez pas simplement répondre « gain d'encapsulation ».
Cet article utilise un article solide pour régler ce calcul optique contre-intuitif.
Paramètres techniques
L'efficacité de la cellule ≠ la puissance du module. Le laminage se situe entre les deux.
Gardez une chose bien en tête : l'efficacité de la cellule et la puissance du module ne sont pas une simple multiplication.
En utilisant un module TOPCon 66 cellules 210×210 avec des cellules de qualité 25,7 % comme référence, les données de ligne montrent qu'un écart d'efficacité de cellule de 0,1 % correspond à environ 2,8 W de puissance de module. Par ce coefficient :
| Comparaison | Écart au niveau cellule | Écart attendu au niveau module | Résultat mesuré au niveau module |
|---|---|---|---|
| Film à gradient vs SiNx pur | +0,05 %-0,1 % (gradient supérieur) | +1,4-2,8 W (le gradient devrait gagner) | SiNx pur +3-4W (inversé) |
La direction a complètement basculé. L'avantage au niveau cellule a été englouti lors du laminage.
La puissance du module n'est pas l'efficacité cellulaire multipliée directement. Le verre, encapsulant et feuille arrière apporte un gain de couplage optique (positif) mais aussi une désadaptation de courant et une perte de distribution (négatif). Le net est la puissance mesurée. Différentes recettes antireflet produisent des nets post-lamination très différents, et c'est la racine de « perdre au niveau cellulaire, gagner au niveau module ».
Ce mécanisme a déjà été identifié par Zhang et al. 2019 (Energies, DOI:10.3390/en12061168) sur une plateforme PERC, appuyé par la simulation SunSolve et la mesure du module.
Avantages techniques
Un article sur le PERC explique clairement l'inversion
Zhang 2019 a étudié un revêtement anti-reflet à trois couches avant sur du PERC mono. Les deux premières couches restaient fixes en SiNx (20nm/45nm). Seule la troisième couche changeait.
Plan A: troisième couche 15nm SiNx (indice de réfraction 1.99)
Plan B3: troisième couche 30nm SiOx (indice de réfraction 1.46)
En utilisant la simulation optique SunSolve (texture pyramidale incluse), ils ont calculé la réflectance moyenne pondérée RMP (300-1100nm) :
| Plan | Troisième couche | RMP (300-1100nm) |
|---|---|---|
| A | 15nm SiNx | 3.12% |
| B3 | 30nm SiOx | 2.78% |
| B5 | 50nm SiOx | 2.46% (plus épais, plus bas) |
Au niveau de la cellule, B3 réfléchit moins que A, Isc mesuré 62mA plus élevé, efficacité 21.50% vs 21.35% (+0.15% abs). Le film avec une couche SiOx à faible indice gagne simplement sur la cellule.
Mais au niveau du module, le graphique s'inverse. La section 3.3 le dit clairement :
« Parce que l'encapsulant EVA absorbe la lumière à courte longueur d'onde, l'avantage de réponse spectrale de la cellule 30nm SiOx est partiellement masqué... le gain de puissance du module n'est que de 0.9W... mettre du SiOx dans le module a réduit le gain de performance au niveau de la cellule de 57%. »
Les détails :
Ratio CTM : 30nm SiOx 96.1% vs 15nm SiNx 96.5%. Le SiOx est en fait plus bas.
L'avantage de +0.15% au niveau de la cellule a perdu 57% de son gain après lamination.
Gain de puissance du module seulement 0.9W.
C'est l'explication au niveau du papier pour votre cas. Le groupe à gradient (avec des couches à faible indice SiOx/SiOxNy, comme le B3 de Zhang) gagne 0,05-0,1% au niveau de la cellule grâce à l'anti-reflet dans les courtes longueurs d'onde. Mais après la stratification, l'EVA absorbe la lumière à courtes longueurs d'onde <380nm, l'avantage du groupe à gradient dans les courtes longueurs d'onde est étouffé, le CTM chute, et à même niveau de rendement, le groupe SiNx pur le dépasse.
Application produit
Où se situe l'écart, et son ampleur
① Au niveau de la cellule : le groupe à gradient gagne 0,05%-0,1%, soit environ 1,4-2,8W
Sur la base de la ligne TOPCon 210 à 66 cellules (0,1% de rendement de cellule ≈ 2,8W de puissance de module), le groupe à gradient est supérieur de 0,05%-0,1% au niveau de la cellule, ce qui devrait signifier 1,4-2,8W de plus au niveau du module.
② Au niveau du module : le SiNx pur est en réalité supérieur de 3-4W (mesuré en ligne)
Mesuré, la puissance du module du groupe SiNx pur est 3-4W supérieure à celle du groupe à gradient. En ajoutant le léger désavantage au niveau de la cellule, cela signifie que le groupe SiNx pur contribue 4,4-6,8W de plus rien que dans l'étape d'encapsulation. Par rapport à une base de 720W, cela représente une différence de gain d'encapsulation de 0,61%-0,94%.
③ Appui de la littérature : la « réduction de 57% » de Zhang 2019 (plateforme PERC)
Les résultats PERC de Zhang concordent étroitement : le film avec une troisième couche SiOx gagne +0,15% au niveau de la cellule, mais après stratification, le gain est réduit de 57% et le ratio CTM chute de 0,4 point.
Converti en TOPCon 210 à 66 cellules, l'avantage de 0,1% au niveau de la cellule ne laisse qu'environ 0,04% après stratification, et le module peut tout à fait s'inverser. Même source, même cause que votre résultat en ligne de « SiNx pur supérieur de 3-4W ».
④ Pourquoi le groupe à gradient prend-il du retard au niveau du module ?
Le film à gradient avec SiOx/SiOxNy a sa principale force dans l'anti-reflet des courtes longueurs d'onde 300-500nm. Mais c'est précisément la bande où le verre et l'EVA absorbent le plus dans le module. L'avantage du film à gradient dans les courtes longueurs d'onde est directement mangé par les matériaux d'encapsulation. Pendant ce temps, le SiNx multicouche pur fait son anti-reflet de manière approfondie dans la bande principale >400nm du visible au proche infrarouge (toujours efficace après stratification, où la réponse quantique du silicium est plus élevée), donc il encaisse davantage au niveau du module.
Le mettre en ligne : ne jugez pas uniquement par le rendement de la cellule
① Peut-il tourner en ligne maintenant ?
Les deux peuvent. Le SiNx multicouche pur est une voie mature. Le film en gradient (SiNx/SiOxNy/SiOx) peut également être réalisé sur PECVD tubulaire, avec juste une couche de revêtement supplémentaire et une étape de plus pour le contrôle du rapport N/O et de l'épaisseur des trois couches.
Récemment, l'industrie TOPCon a de nouveau promu l'approche du « film avant SiNx multicouche » pour remplacer le procédé du « film avant oxyde nitreux multicouche ». Les données que vous avez vues sont une preuve au niveau de la ligne de cette tendance. Ce n'est pas que le film en gradient n'est pas bon, c'est qu'il a échoué à l'examen de laminage.
② Est-ce que ça vaut le coup ?
Cela dépend de comment vous comptez. Si on regarde uniquement l'efficacité des cellules, le film en gradient est 0,05-0,1 % plus joli. Mais au niveau du module, le SiNx multicouche pur prend le dessus de 3-4 W, et au prix actuel du watt pour les modules TOPCon, cela représente une vraie marge de prime.
La sélection du film avant doit utiliser une vue à deux indicateurs : efficacité de la cellule plus gain d'encapsulation. Ne fixez pas ce seul chiffre au niveau de la cellule, sinon vous finirez comme le groupe du gradient, gagnant en apparence au niveau de la cellule et perdant en substance au niveau du module.
③ Est-ce stable ?
Cela nécessite sa propre vérification. Les deux sont des films multicouches, et la fiabilité à long terme (stabilité du film sous chaleur humide, compatibilité avec différents encapsulants) doit être mesurée. Les travaux antérieurs de l'équipe Hoex de l'UNSW ont déjà montré que TOPCon est extrêmement sensible aux formulations d'encapsulation. Le film antireflet et l'encapsulant sont couplés. Changez le revêtement et le choix de l'encapsulant peut devoir suivre.
Conseil piège pour les opérateurs de ligne: lors de la comparaison de deux procédés de film avant, ne comparez pas seulement l'efficacité des cellules. Un écart de 0,05-0,1 % au niveau de la cellule semble petit, mais le module peut s'inverser de plusieurs watts. Mesurez à la fois l'efficacité de la cellule et la puissance du module, surtout pour les modules haut de gamme qui recherchent des primes de grade de puissance.
Limites : ce que l'article ne dit pas
Zhang 2019 est une preuve sur plateforme PERC, pas TOPCon. Mais l'optique antireflet avant partage la même origine : l'EVA absorbe les ondes courtes, les films SiOx perdent leur avantage en ondes courtes, le CTM chute. C'est une règle générale de l'optique d'encapsulation, et le film avant TOPCon la suit. Ce cas de ligne est TOPCon, cohérent en direction avec l'article. Recommandation de le re-tester sur votre propre ligne avec la réponse spectrale EQE plus une répartition de la réflexion avant/après laminage.
Le mécanisme est une inférence de cet article, pas un verdict. L'explication physique pour "le SiNx multicouche pur a un gain d'encapsulation plus élevé" (spectre effectif réduit + absorption parasite faible) nécessite des données de réponse spectrale EQE et des données de répartition absorption/réflexion avant/après laminage pour la confirmer. Cette pièce donne le cadre physique et la direction. Quelle bande domine et d'où provient l'absorption parasite attendent des données spectrales de ligne.
L'écart de gain d'encapsulation de 0,61 % à 0,94 % est une estimation d'ordre de grandeur calculée à rebours à partir de 3-4 W et 0,05-0,1 %. Différents encapsulants (EVA/POE/EPE) et différents verres (revêtus/non revêtus) feront varier ce chiffre.
Les modules bifaciaux et l'encapsulant coupant les UV modifient davantage l'utilisation des ondes courtes. L'écart entre les deux groupes peut se redistribuer dans un scénario de double verre + passage UV.
Résumé
Mêmes cellules TOPCon, le groupe gradient gagne 0,1 % au niveau de la cellule, et après encapsulation perd 4 W. La différence n'est pas seulement l'efficacité, c'est que l'examen du film antireflet change au stade du module.
L'examen de la cellule teste les ondes courtes à spectre complet, et le groupe gradient répond bien. L'examen du module teste le spectre effectif après encapsulation, et le groupe SiNx pur inverse la tendance.
Cet article PERC de 2019 le disait déjà : mettez du SiOx dans le module et le gain au niveau de la cellule est réduit de 57 %. L'inversion de 3-4 W mesurée sur la ligne correspond à la conclusion de l'article en direction.
Pour la sélection du film avant, ne laissez pas ce seul chiffre d'efficacité de cellule donner le tempo. Comptez le gain d'encapsulation dans le total.
Point de vue d'Ooitech
L'écart cellule-module ici est exactement le piège que nous surveillons lors de la remise d'une ligne de modules. Un revêtement qui brille sur la cellule peut saigner des watts une fois le verre et l'EVA ajoutés, donc nous disons toujours aux clients de verrouiller le choix antireflet contre de vraies données CTM, pas l'efficacité en laboratoire. Comme Ooitech ne construit que des lignes de production de modules, ce couplage cellule-module est là où notre travail de laminage et de formation aux processus gagne vraiment sa valeur. Si vous voulez voir comment ces choix se déroulent sur une ligne TOPCon en fonctionnement, la chaîne YouTube d'Ooitech (www.youtube.com/ooitech) a beaucoup de séquences d'usine qui valent le suivi.
