Utafiti wa UVID wa Seli za TOPCon: Upimaji wa IV Bila Kugusa Unafuatilia

Jibu la haraka: UVID, uharibifu unaosababishwa na urujuanimno, ni mfumo wa kuegemea katika seli za TOPCon ambao vipimo vya kawaida vya nishati hauvioni kwa sababu hukua taratibu chini ya mwanga badala ya kuonekana kama upotevu wa papo hapo. Upimaji wa IV usio na mguso hutumika kuufuatilia: seli hupimwa bila kugusa metali, hivyo seli hiyo hiyo inaweza kupimwa tena mara kwa mara kupitia mfiduo ulioharakishwa bila kuanzisha uharibifu wa mguso ambao ungechanganya matokeo. Mazingira ya mkazo katika utafiti huu yanahusisha mfiduo wa UV kwa 60 °C, na vipimo katika safu za spectral karibu na 120 nm, 400 nm na 500 nm, kwa kutumia seti za sampuli zilizoandikwa UV60. Thamani ya upimaji usio na mguso ni kwamba hubadilisha UVID kutoka uchunguzi wa mwisho wa jaribio unaoharibu hadi mkunjo unaoweza kuangaliwa, ambayo ndiyo inaruhusu mabadiliko ya mchakato kutathminiwa badala ya kukubaliwa au kukataliwa tu.

Utengenezaji wa Moduli za PV · na Jerry, Ooitech

TOPCon Upimaji wa UVID wa Seli na IV Bila Kugusa

Seli za jua za TOPCon zimepata nafasi ya kuongoza katika soko la photovoltaic kutokana na upitishaji wao imara wa uso na mawasiliano yanayochagua wabebaji. Hata hivyo, utendakazi wa nje unazifanya kukabiliwa na uharibifu unaosababishwa na urujuanimno, au UVID. Katika utafiti huu, ufanisi wa ubadilishaji ulipungua kwa 6.72% baada ya mfiduo wa UV60.

Kazi za awali mara nyingi zilihusisha UVID hasa na fotoni zenye nishati nyingi zinazovunja vifungo vya Si–H na kutoa hidrojeni inayohamishika. Wigo wa urujuanimno wa jua unashughulikia anuwai pana zaidi ya nishati ya fotoni ya 3.1–4.43 eV, kwa hivyo mwingiliano wake na nyenzo za uso wa mbele hauwezi kuelezewa na kuvunjika kwa kifungo cha Si–H pekee. Mkusanyiko wa Al₂O₃/SiNₓ wa mbele pia unaonyesha upinzani dhaifu sana wa UV kuliko muundo wa upande wa nyuma.

Kipimaji cha IV bila mguso cha Millennial Solar kinatoa upimaji usioharibu bila matumizi na kasi ya upimaji ya kiwango cha millisekunde. Kinaendana na miundo ya seli ya mawasiliano ya nyuma na bila busbar na kinaweza kupata vigezo vya IV, EQE na PL vya multidimensional katika mfululizo mmoja wa upimaji.

Utafiti huu ulitumia spectrometry ya molekuli za sekondari ya muda wa kukimbia, au ToF-SIMS, pamoja na spectroscopy ya photoelectron ya X-ray ya kina cha wasifu, au XPS, kufuatilia usambazaji wa elementi na mabadiliko ya vifungo vya kemikali katika tabaka za Al₂O₃/SiNₓ kabla na baada ya mfiduo wa UV60. Matokeo yanaonyesha kuwa kuvunjika kwa kifungo cha N–H hufanya kazi kama chanzo cha pili cha hidrojeni pamoja na kuvunjika kwa kifungo cha Si–H. Mfiduo wa UV pia huharibu vifungo vya Al–O katika Al₂O₃ isiyo na umbo la kioo, na kuunda idadi kubwa ya nafasi za oksijeni. Mbinu zilizounganishwa za hidrojeni na oksijeni huongeza muunganiko wa uso na kutoa msingi wazi zaidi wa kuboresha uaminifu wa tabaka la upitishaji.

Mbinu ya Majaribio

Millennial Solar

(a) Muundo wa kimkakati wa seli ya jua ya TOPCon; (b) sampuli ya muundo wa mbele wenye ulinganifu; (c) sampuli ya muundo wa nyuma wenye ulinganifu.

Miundo miwili ya sampuli yenye ulinganifu ilitayarishwa. Muundo wa mbele ulikuwa SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ. Muundo wa nyuma ulijumuisha tabaka za SiOₓ/n⁺-poly-Si. Uzee wa UV ulifanyika katika kiwango cha moduli kwa kutumia chanzo cha mwanga kinachotawaliwa na UV-A na takriban 11% UV-B. Masharti ya jaribio yalikuwa 60°C na unyevu wa hewa wa 30%.

Mng'ao wa spectral wa chanzo cha mwanga wa ultraviolet.

Upinzani wa UV wa Miundo ya Mbele na Nyuma

Millennial Solar

Mabadiliko katika sampuli linganifu za muundo wa mbele na nyuma wakati wa mfiduo wa UV: (a) maisha ya efektif ya wabebaji, τeff, katika mkusanyiko wa wabebaji walioingizwa wa 1 × 10¹⁵ cm⁻³; (b) voltage ya mzunguko wazi inayodokezwa, iVoc; na (c) msongamano wa sasa wa kueneza wa upande mmoja, J₀.

Muundo linganifu wa nyuma ulionyesha uharibifu mdogo tu baada ya 60 kWh·m⁻² ya mfiduo wa UV. Tabaka lake la poly-Si la 120 nm lilifyonya karibu mionzi yote ya UV iliyoingia na likatoa ulinzi mzuri kwa kiolesura kilicho chini.

Muundo linganifu wa mbele uliharibika kwa kiasi kikubwa zaidi:

• Maisha ya efektif ya wabebaji, τeff, yalishuka kutoka 2,895.6 μs hadi 1,552.8 μs.

• Voltage ya mzunguko wazi inayodokezwa, iVoc, ilipungua kutoka 735.5 mV hadi 715.2 mV.

• J₀ ya upande mmoja iliongezeka hadi 18.4 fA·cm⁻², takriban mara tatu ya thamani yake ya awali.

• Utendaji wa upitishaji wa Al₂O₃/SiNₓ ulizorota kwa kiasi kikubwa.

Matokeo haya yanathibitisha kwamba mkusanyiko wa SiNₓ/Al₂O₃ wa mbele unahatarishwa zaidi na mfiduo wa ultraviolet kuliko muundo wa nyuma wa SiOₓ/poly-Si.

Mabadiliko ya Muundo wa Kemikali

Millennial Solar

Profaili za kina za ToF-SIMS za (a) hidrojeni na (b) kiwango cha oksijeni katika sampuli linganifu zilizong'olewa za muundo wa mbele kabla na baada ya mfiduo wa UV60.

ToF-SIMS ilionyesha ongezeko la wazi la mkusanyiko wa hidrojeni baada ya mfiduo wa urujuanimno, hasa ndani ya safu ya SiNₓ. Uchanganuzi wa profaili ya kina wa ishara ya N 1s XPS uligundua kuwa uwiano wa vifungo vya N–H kwenye kiolesura cha SiNₓ/Al₂O₃ ulipungua kutoka 9.64% hadi 5.97%. Hii inathibitisha kuwa kuvunjika kwa kifungo cha N–H ni chanzo kingine muhimu cha hidrojeni pamoja na kutenganishwa kwa kifungo cha Si–H.

Baadhi ya hidrojeni iliyotolewa ilienea kuelekea uso wa SiNₓ na kuungana tena na silikoni. Hii inaeleza kwa nini uwiano wa ndani wa N–H karibu na uso uliongezeka badala ya kuendelea kupungua.

Mabadiliko ya oksijeni pia yalikuwa muhimu. Mkusanyiko wa oksijeni ndani ya safu ya Al₂O₃ ulipungua kidogo, wakati uliongezeka kwenye kiolesura cha SiNₓ/Al₂O₃ na Al₂O₃/Si. Usambazaji huu unaonyesha kuwa oksijeni iliyotolewa kwa kuvunjika kwa kifungo cha Al–O ilienea kuelekea nje kutoka kwenye filamu ya Al₂O₃.

Nishati ya kifungo cha Al–O katika kioo bora ni takriban 5.3 eV. Al₂O₃ isiyo na umbo la kioo ni tofauti. Ioni za alumini zisizo na uratibu kamili na nafasi tupu za oksijeni zenye chaji hasi zinaweza kupunguza nishati ya kuwezesha kwa kuvunja vifungo vya Al–O vilivyo karibu hadi karibu 2.4 eV. Fotoni ya urujuanimno ya 400 nm hubeba takriban 3.1 eV, ambayo tayari inatosha kuanzisha mchakato huu.

Spektra za XPS za profaili ya kina ya N 1s kwenye kiolesura tofauti cha Al₂O₃/SiNₓ kabla na baada ya mfiduo wa UV60, ikiwa ni pamoja na vifungo vilivyolinganishwa vya N–Si kwa 397.5 eV na vifungo vya N–H kwa 399.5 eV.

Matokeo ya O 1s XPS yalionyesha mabadiliko kutoka oksijeni ya kimiani, inayotambulika kama OI, kuelekea vipengele vinavyohusiana na nafasi tupu za oksijeni, vinavyotambulika kama OII. Katika spektra za Al 2p, uwiano wa Al₂O₃ ulipungua kutoka 69.99% hadi 60.36%, wakati Al–OH uliongezeka kutoka 30.01% hadi 39.64%.

Spektra za Si 2p pia zilionyesha ongezeko la Si²⁺ na kupungua kwa hali za juu za uoksidishaji wa silikoni. Elektroni zilizotolewa wakati wa kuundwa kwa nafasi tupu za oksijeni zilipunguza silikoni kutoka hali za juu za uoksidishaji. Mabadiliko haya yaliyoratibiwa katika ufungaji wa oksijeni, alumini na silikoni yanaonyesha uharibifu mkubwa wa filamu ya Al₂O₃ badala ya mmenyuko mmoja uliotengwa wa kuvunja kifungo.

Kudorora kwa Utendaji wa Umeme

Millennial Solar

Mikondo ya EQE na uakisi wa seli ya jua ya TOPCon kabla na baada ya kufichuliwa na UV60.

Uakisi ulibaki karibu bila kubadilika baada ya kufichuliwa na UV60. EQE ilionyesha kushuka kwa wastani katika eneo la urefu mfupi wa mawimbi chini ya 500 nm, ambayo inalingana na muunganiko mkubwa zaidi kwenye uso wa mbele.

Mabadiliko ya upinzani wa mawasiliano ya mbele wa seli ya jua ya TOPCon wakati wa kufichuliwa na UV60.

Upinzani wa mawasiliano ya mbele uliongezeka karibu kwa mstari na kipimo cha UV, ukifikia 4.1 mΩ·cm², karibu mara 8.6 ya thamani yake ya awali. Utaratibu uliopendekezwa unahusiana na hidrojeni na oksijeni zinazohamishika zinazozalishwa ndani ya tabaka za passivation. Viumbe hivi huenea kuelekea kwenye kiolesura cha elektrodi na kushiriki katika athari za oksidi-reduction.

Mionzi ya UV inaweza pia kubadilisha molekuli za maji kwenye uso wa fedha kuwa radicals za hydroxyl. Kwa pamoja, athari hizi huchochea kutu ya elektrodi ya chuma na kuongeza upinzani wa mawasiliano.

Kuzorota kwa utendaji wa umeme wa seli ya jua ya TOPCon wakati wa kufichuliwa na UV60: (a) Voc; (b) Jsc; (c) FF; na (d) ufanisi.

Hasara za mwisho za umeme ziligawanywa katika vigezo kadhaa:

• Voc ilipungua kwa 3.46%, hasa kutokana na kuzorota kwa passivation ya uso wa mbele na ongezeko la J₀.

• FF ilipungua kwa 2.82%, hasa kwa sababu ya ongezeko kubwa la upinzani wa mawasiliano ya mbele.

• Jsc ilipungua kwa 0.64% tu, kwani hasara ya EQE ilikuwa ndogo hasa katika eneo la urefu mfupi wa mawimbi.

• Ufanisi wa ubadilishaji ulipungua kwa 6.72% baada ya kufichuliwa na UV60.

Muundo wa mbele wa SiNₓ/Al₂O₃ wa seli ya jua ya TOPCon kwa hivyo una upinzani mdogo sana wa ultraviolet kuliko muundo wa nyuma. Chini ya mfiduo wa UV, vifungo vya Si–H na N–H huvunjika na kutoa hidrojeni inayohamishika. Vifungo vya Al–O katika Al₂O₃ isiyo na umbo pia huharibiwa, kutoa oksijeni na kuzalisha msongamano mkubwa wa nafasi za oksijeni. Wakati huo huo, Al₂O₃ huelekea Al–OH na usambazaji wa hali ya oksidi ya silicon hubadilika.

Mbinu za kuzorota zinazohusiana na hidrojeni na oksijeni hufanya kazi pamoja ili kuongeza muunganiko wa uso. Ongezeko linaloambatana la upinzani wa mawasiliano ya mbele linaongeza hasara tofauti ya umeme, na kusababisha kipimo cha kuzorota kwa ufanisi kwa 6.72%. Matokeo haya yanatoa rejeleo muhimu kwa kuelewa TOPCon UVID na kuboresha uaminifu wa muda mrefu wa tabaka za passivation za upande wa mbele.

Maoni ya Ooitech

Jambo la msingi ni kwamba TOPCon UVID haiwezi kuchukuliwa kama tatizo rahisi la dhamana ya Si–H. Kemia ya passivation, udhibiti wa nafasi ya oksijeni na uthabiti wa metallization vinahitaji kutathminiwa pamoja, hasa wakati wa kuhitimu michakato ya uzalishaji wa moduli kwa matumizi ya muda mrefu ya nje. Ufuatiliaji wa IV usio na mguso, EQE na PL unaweza kusaidia kutambua hasara hizi mapema bila kuongeza uharibifu wa mguso wa mitambo kwa miundo ya seli inayozidi kuwa dhaifu.

Inayohusiana: TOPCon UVID na mgawanyiko wa r-UVID / ir-UVID hutenganisha hasara ambayo loweka nyepesi hurudisha na hasara ambayo hubaki.

Usomaji zaidi na data ya usuli

Nyenzo za marejeleo za umma kuhusu mada hii, zilizochapishwa na mashirika yanayosimamia ramani ya teknolojia na data ya soko ya sekta hii:

• Fraunhofer ISE — Ripoti ya Photovoltaics
• Idara ya Nishati ya Marekani — Photovoltaics
• VDMA — Ramani ya Kimataifa ya Teknolojia kwa Photovoltaic (ITRPV)