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科研进展

光伏电池分片切损修复新方案—钝化液修复技术

添加时间:2022-11-27 14:30:31  浏览次数:

     近期,光伏技术团队陈剑辉课题组在光伏电池分片切损修复新方案方面取得突破,相关工作 “Compensating Cutting Losses by Passivation Solution for Industry Upgradation of TOPCon and SHJ Solar Cells” 发表在《Adv. Energy Sustainability Res.》(2022, 2200154),研究生李文恒、王笑和教师郭建新博士第一作者; 张旭宁和陈剑辉老师为共同通讯作者。
       超高效光伏电池,包括正在更新迭代的TOPCon和SHJ电池,以及未来发展的钙钛矿硅叠层电池,最终走向大规模应用必须制备成组件才能产品化,尤其是叠瓦技术,是高效电池技术的理想搭档。但是,TOPCon和SHJ组件效率面临严重的切割损失问题。钝化液修复技术将是解决这一产业痛点问题的有效新方案。
 
1. 钝化液修复技术
 
图1:钝化液修复技术
       喷涂钝化液至切割的子电池侧边,抑制侧面复合,增加电池效率。以10等分的SHJ电池为例,切割前效率24.7%,分片后降低到22.7%, 喷涂钝化液修复后回复到24.4%,修复率98%。
 
2. 边缘钝化研究的方法论
(1)   边缘复合修复因子K的定义
       切割分片之后的电池—边缘比表面积增加,造成了边缘复合损失,引起开路电压的降低,进而导致晶体硅太阳电池效率损失,增加企业生产成本,为了评估电池的切损影响,定义边缘复合修复因子K。
                   K = Sedge/Stotal * 100
其中:
                   Sedge —— 切割分片后子电池分片新增的侧面面积,单位为cm2
                   Stotal —— 切割分片后子电池分片的总表面积,单位为cm2
       例如:对SHJ电池进行切割分片后,计算出其对应的K值,进而通过K值可以判断电池片性能的损失情况,如下图
                   1/2 对应的K=0.11 %
                   1/3片 — K=0.32 %
                   1/4片 — K=0.43 %
                   1/5片 — K=0.54 %
                   1/6片 — K=0.64 %
                   1/8片 — K=0.86 %
       K值对应切割等分比,可以方便地用来评估各类电池的切割损失情况。
 
图2:电池切割过程以及K值定义和相应效率损失
(2)   光伏特性的原位表征方法
       电池切割造成的边缘复合损失,取决于不同的切割等分比(1/2~1/8),开路电压损失通常在3-10 mV, 电池效率损失通常在0.3-2%。由于变化甚微,常规的表征方法不易研究,针对这一问题,提出了“测试—原位钝化—原位再测试”的研究方法,如下图所示。
 
图3:原位钝化示意图及电池钝化前后性能参数对比
(3)   边缘PL mapping测试
       钝化液高质量钝化效果的直接效果,可以通过测试多片边缘叠加的侧面光致发光(PL)强度清晰地展现出来。如下图所示,钝化前PL强度较低,钝化后的侧边PL强度显著增强,而在去掉钝化薄膜后,PL强度再次降低。
 
图4:喷涂工艺示意图及其侧边钝化效果
 
3. 稳定性机制揭示及其解决方案
       研究表明,材料在干燥的氧、光环境均可实现长期稳定,但由于H3O+对高分子钝化功能基团的影响,器件需要良好的封装才可实现长期稳定。
图5:湿度对钝化效果的影响及钝化机理
       该工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北大学“生命科学与绿色发展学科群”青年人才资助经费、河北大学高层次人才引进经费和河北大学超算中心的资助和支持。
 
        原文链接:https://doi.org/10.1002/aesr.202200154 
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