単結晶 PERC モジュールは、ホウ素-酸素（B-O）の複合欠陥により、一般的に初年度に 3%（測定平均 1.92%）の劣化が発生し、ライフサイクル全体にわたって重大な発電損失につながります。-
一方、N- タイプの TOPCon は、リン-をドープしたウェーハを利用し、BO-LID メカニズムを回避し、初年度の劣化を実現します。-<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
銀川の実証データは次のことを示しています。 同等の照射下では、TOPCon モジュールは 6000 時間後に PERC モジュールの 37% 未満しか劣化しません。
TOPCon のトンネル酸化層とポリシリコン パシベーション構造は、表面の再結合を同時に抑制します。その結果、実験室の光による劣化率は 0.26% と低くなります。{0}.
劣化の低減と 24% ～ 26% の変換効率の利点を組み合わせることで、TOPCon は次の目標を達成できます。初期コストの割増をカバーする 3 ～ 5 年の電力増加大規模発電所では、高効率モジュール選択ロジックを再構築しています。-
原因
ホウ素-酸素錯体の形成と活性化
LID の中核となるメカニズムは、照明下でのホウ素-酸素錯体（B-O）の形成です。ホウ素がドープされた P- 型ウェーハでは、ホウ素原子が格子間酸素と結合して不安定な B-O 欠陥を形成します。
· 形成条件: Under illumination intensity >1 mW/cm2 の場合、ホウ素-酸素錯体は活性状態 (状態 B) になり、少数キャリアの寿命が 1000 μs から 500 μs 未満に低下します。
· 温度の影響: 温度が 10 度上昇するごとに、B-O 錯体の形成速度は 2 ～ 3 倍増加します。たとえば、75 度では、PERC モジュールの LID 劣化率は 25 度の 4.7 倍になります。
· 酸素含有量の違い: 石英るつぼを使用して成長させた単結晶シリコン-の酸素含有量は 10{2}}14 ppma と高く、一方、鋳造による多結晶シリコンの酸素含有量はわずか 1-2 ppma です。-これにより、マルチ Si と比較してモノ Si では 2 ～ 3 倍高い LID 劣化が発生します。
プロセスパラメータの増幅による LID への影響
細胞の製造プロセスは、B- 複合体の活性に直接影響します。
·焼結温度: When sintering peak temperature >850 度では、パッシベーション層からの水素がシリコン基板に拡散し、ホウ素と結合して可逆的な欠陥を形成します。実験によると、焼結温度が 50 度上昇するごとに、LeTID の劣化速度は 0.8% 増加します。
·金属汚染: 鉄（Fe）不純物はホウ素と結合して Fe-B ペアを形成し、照明下で Feⁱ と Bⁱ⁰ に分解し、追加の再結合中心を生成します. 1 ppm の鉄汚染により LID の劣化が 0.5% 増加する可能性があります。
·不十分な水素不動態化: パッシベーション層 (AlOx/SiNx など) の水素含有量が<1×10¹⁹ atoms/cm³, it cannot effectively passivate B-O defects. TOPCon requires 40% less hydrogen due to the absence of boron doping, improving defect regeneration efficiency.
細胞構造とLID感度の相関関係
異なる細胞構造は、LID 応答に大きな違いを示します。
·PERCセル: 背面のパッシベーション層は長波長の光の吸収を増加させ、キャリア濃度を高め、B- 活性を高めます。測定によると、PERC LID の劣化は従来のアルミニウム裏面電界 (Al-BSF) セルの 1.8 倍であることが示されています。
·TOPConセル: トンネル酸化層 (SiOx) の厚さを 1.5nm に制御すると、表面再結合速度は<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·ヘテロ接合 (HJT) セル: アモルファス シリコン パッシベーション層により追加の欠陥が導入されますが、界面状態の 90% は水素アニールによって修復でき、LID の劣化は 0.3% 未満に抑えられます。
環境要因と LID の動的応答
屋外環境がLIDを促進するメカニズム:
·紫外線: Ultraviolet light (280-320nm) induces oxygen vacancy generation, which combines with boron to form complexes. Zhangbei demonstration data shows, in regions with annual UV irradiation >2000 kWh/m²、PERC モジュールではさらに 0.7% の LID が発生します。
·高温多湿: 85 度 /85%RH 条件下では、湿気の侵入によりホウ素-酸素錯体の加水分解が引き起こされ、可動イオンが生成され、再結合中心の拡散が加速されます。湿熱試験 (1000 時間) では、PERC モジュールの LID が 1.2% 劣化しました。
·機械的応力: モジュールの封止応力により、ウェーハにマイクロクラックが発生します。-亀裂先端の酸素濃度勾配が局所的なB-O錯体形成を引き起こします。熱サイクル (-40 度 ～ 85 度) テスト中、ひび割れたモジュールは無傷のモジュールより 0.9% 高い LID 劣化を示しました。
データ駆動型 LID 予測モデル-
物理-ベースの LID 予測には、多次元パラメータを統合する必要があります。-
·主要な変数：ホウ素濃度（B）、酸素濃度（O）、実効キャリア濃度（Δn）、温度（T）。
·経験式: LID 劣化率 (%)=0.003×B×O×exp(-Ea/(kT))、ここで Ea=0.85eV (ホウ素-酸素再結合の活性化エネルギー)、k はボルツマン定数です。
·測定の検証: 1000 PERC セルの統計に式の予測誤差が表示される<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
劣化速度の比較
実験室の光-誘発劣化試験の条件とデータ
標準化された LID 臨床検査手順:
·照明線量：5kWh/m²（AM1.5Gスペクトル、強度1000W/m²）
·温度制御：25度一定温度
·テスト期間：100時間連続点灯
技術の向上
ホウ素ドーピングの代替品
根本的な問題: P- タイプ PERC セルは、ホウ素-酸素錯体（BO-LID）により、最初の年に最大 3%（実験室データ）の劣化を受けます。-
ソリューション:
·ガリウム (Ga) ドーピング: ドーパントとしてホウ素をガリウムに置き換え、BO-LID 反応経路を回避します。ガリウムの偏析係数 (0.35) はホウ素の偏析係数 (0.8) よりも低いため、熱場分布の調整が必要です。
o 結晶成長温度: 1450 度 → 1520 度 (Ga の揮発を低減)
o 放射状温度勾配:<5°C/cm (improves crystal quality)
o 測定された効果: LID の劣化は 3% から 0.7% に減少しましたが、抵抗率の変動は ±12% でした。
·インジウム（In）共ドーピング-: ホウ素-インジウム共-ドーピング（B: In=10:1）により、酸素溶解度がさらに低下します。
o 酸素含有量: 10ppma → 5ppma
o 少数キャリア寿命: 500μs → 800μs
o コストの増加: ウェーハ価格が 0.005 ドル/W 増加しました。
アニーリングプロセス:
·低温アニーリング (LTA):
o 温度: 200 度 → 300 度
o 時間: 10分 → 30分
o 効果: 水素不動態化を活性化し、ホウ素-酸素欠陥を修復します
o データ: PERC セルの LID 劣化が 0.5% 減少しました。
パッシベーション層のアップグレード
表面不動態化技術:
·AlOx/SiNx スタック:
o 厚さ制御: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o 表面再結合速度:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
背面パッシベーションの最適化:
·SiNx 厚さの調整:
o 従来: 120nm → 最適化: 150nm
o 効果: ホウ素の後方への拡散を減少させ、LeTID を抑制します。
o 結果: LeTID の分解は 1.17% から 0.3% に減少しました。
変換効率
量産効率25.4%に到達(SunPower Maxeon 7)、検査記録 26.8%に近づいています。28.7% 理論上の限界;
PERCは停滞しています23.5%。 TOPCon の温度係数は-0.29%/度、両面性85%+～によってエネルギー収量を増加させる20%、劣化率<0.4% per year、30年間の電力保持87%.
理論上の限界
単結晶 PERC の物理的境界-
P- タイプのウェーハをベースにした単結晶 PERC セルの理論上の効率限界は 24.5% (Shockley- クワイサー限界) です。
この値は、シリコンのバンドギャップ (1.1 eV) と太陽スペクトルの一致によって決まります。
量産では、ホウ素ドーピングによりホウ素-酸素錯体（B-O）が生成され、光-による劣化（LID）が発生し、最初の-年間効率が 2～3% 低下します。
