PERC¶

PERC — технология производства солнечных элементов, при которой на тыльной стороне кремниевой пластины формируется пассивирующий слой, улучшающий отражение света обратно в полупроводник и снижающий рекомбинацию носителей заряда. Название является аббревиатурой от английского Passivated Emitter and Rear Cell (пассивированный эмиттер и тыльный контакт). PERC-элементы представляют собой модификацию классических солнечных элементов на основе кристаллического кремния и занимают значительную долю мирового рынка фотовольтаики.

¶История развития

Технология PERC была разработана в 1983 году австралийским учёным Мартином Грином и его коллегами из Университета Нового Южного Уэльса. Первоначально исследования велись в академических целях для повышения эффективности кремниевых фотоэлементов. В 1989 году группа Грина продемонстрировала лабораторный образец с КПД более 22 %, что стало рекордом для того времени.

Промышленное освоение технологии началось лишь в 2010-х годах, когда производители столкнулись с необходимостью снижения стоимости вырабатываемой электроэнергии. К 2015 году крупнейшие китайские компании (LONGi, JA Solar, Trina Solar) запустили массовое производство PERC-элементов. К 2019 году доля PERC на мировом рынке превысила 50 %, а к 2022 году достигла примерно 80–90 %, вытеснив стандартные элементы с полностью алюминиевым тыльным контактом (BSF).

¶Устройство и принцип работы

Стандартный PERC-элемент изготавливается на основе монокристаллической или мультикристаллической кремниевой пластины p-типа. Ключевые отличия от традиционной структуры:

• Тыльный пассивирующий слой — диэлектрическая плёнка (обычно оксид алюминия Al₂O₃, покрытый нитридом кремния SiNₓ), наносимая на заднюю поверхность пластины. Она насыщает дефекты кремния водородом и снижает скорость поверхностной рекомбинации.
• Локальные тыльные контакты — в пассивирующем слое лазером прожигаются отверстия (технология LCO — Laser Contact Opening), через которые формируются точечные алюминиевые контакты. Это уменьшает площадь металлизации и сокращает потери на рекомбинацию.
• Тыльный отражатель — слой нитрида кремния в сочетании с алюминием отражает инфракрасное излучение, не поглощённое кремнием, обратно в пластину, увеличивая путь света и вероятность генерации электронно-дырочных пар.

Фронтальная сторона элемента сохраняет стандартную структуру: текстурированная поверхность, эмиттер n-типа, пассивирующий слой и серебряные контактные пальцы.

¶Характеристики и эффективность

Основные преимущества PERC-элементов:

• Более высокий КПД — серийные элементы достигают эффективности 21–23 %, тогда как у BSF-элементов она составляла 18–20 %. Лабораторные образцы показывают КПД до 25 %.
• Улучшенная работа при повышенных температурах — PERC-элементы демонстрируют меньший температурный коэффициент потерь мощности (около −0,29 %/°C против −0,40 %/°C у BSF).
• Более высокая чувствительность в ближнем инфракрасном диапазоне — благодаря тыльному отражателю длинноволновый свет используется эффективнее.
• Совместимость с двусторонними (бифациальными) модулями — тыльная сторона PERC-элемента способна воспринимать отражённый свет, что позволяет увеличить выработку энергии на 5–25 % в зависимости от условий установки.

К недостаткам технологии относят повышенную чувствительность к деградации под воздействием света и повышенных температур (светоиндуцированная деградация LID и термоиндуцированная деградация LeTID), что требует дополнительных мер стабилизации при производстве.

¶Технология производства

Процесс изготовления PERC-элементов включает дополнительные операции по сравнению с BSF:

1. Текстурирование и очистка кремниевой пластины.
2. Формирование эмиттера (диффузия фосфора).
3. Удаление фосфоросиликатного стекла и изоляция краёв.
4. Нанесение пассивирующего слоя на тыльную сторону (методом атомно-слоевого осаждения ALD или плазмохимического осаждения PECVD).
5. Лазерное открытие окон в пассивирующем слое.
6. Нанесение алюминиевой пасты на тыльную сторону и серебряной пасты на фронтальную.
7. Контактный обжиг в печи.
8. Тестирование и сортировка.

Переоборудование существующих линий BSF под PERC требует относительно небольших капитальных затрат, что ускорило переход отрасли на новую технологию.

¶Применение

PERC-элементы используются в производстве фотоэлектрических модулей для:

• солнечных электростанций промышленного масштаба (наземных и наземных трекерных);
• коммерческих и промышленных крышных установок;
• частных домохозяйств (в составе стандартных и бифациальных модулей);
• автономных энергосистем и гибридных установок.

Бифациальные PERC-модули особенно востребованы на объектах с высоким альбедо (снежный покров, светлый грунт, белые кровли), где дополнительная выработка от тыльной стороны достигает 30 %.

¶Перспективы

Технология PERC считается переходным этапом к более совершенным структурам — TOPCon (туннельный оксидный пассивированный контакт) и HJT (гетеропереход). По состоянию на середину 2020-х годов производители постепенно смещают акцент на TOPCon, который обеспечивает КПД на 1–2 процентных пункта выше. Тем не менее PERC остаётся доминирующей технологией в действующих производственных мощностях, а её модификации (PERC+, PERL, PERT) продолжают использоваться в массовом производстве благодаря отработанности процессов и низкой себестоимости.

¶Источники

• Green M. A. The Passivated Emitter and Rear Cell (PERC): From conception to mass production // Solar Energy Materials and Solar Cells, 2015.
• ITRPV — International Technology Roadmap for Photovoltaic, 2023.
• Отчёты аналитических агентств BloombergNEF и Wood Mackenzie о структуре мирового рынка фотовольтаики.