Utafiti wa UVID wa Seli za TOPCon: Upimaji wa IV Usio wa Mawasiliano Hufuatilia Uharibifu wa Passivation na Hasara ya Ufanisi ya 6.72%
Jedwali la Yaliyomo
UVID wa Seli ya TOPCon na Upimaji wa IV Usio wa Mawasiliano
Seli za jua za TOPCon zimepata nafasi ya kuongoza katika soko la photovoltaic kutokana na upitishaji wao thabiti wa uso na mawasiliano ya kuchagua wabebaji. Uendeshaji wa nje, hata hivyo, huzifanya kwenye uharibifu unaosababishwa na miale ya 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 za nishati ya juu kuvunja vifungo vya Si–H na kutoa hidrojeni inayohamishika. Wigo wa urujuanimno wa jua unashughulikia anuwai pana 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 dhamana ya Si–H pekee. Mkusanyiko wa Al₂O₃/SiNₓ wa mbele pia unaonyesha upinzani dhaifu zaidi wa UV kuliko muundo wa upande wa nyuma.
Kipima IV kisicho cha mawasiliano cha Millennial Solar hutoa upimaji usioharibu bila matumizi na kasi ya kipimo cha millisecond. Inaoana na miundo ya seli ya mawasiliano ya nyuma na isiyo na busbar na inaweza kupata vigezo vya multidimensional vya IV, EQE na PL katika mlolongo mmoja wa majaribio.
Utafiti huu ulitumia spectrometry ya molekuli ya ioni ya pili ya wakati wa kuruka, au ToF-SIMS, pamoja na spectroscopy ya picha ya eksirei ya wasifu wa kina, au XPS, kufuatilia usambazaji wa elementi na mabadiliko ya dhamana ya kemikali katika tabaka za Al₂O₃/SiNₓ kabla na baada ya mfiduo wa UV60. Matokeo yanaonyesha kuwa kuvunjika kwa dhamana ya N–H hufanya kama chanzo cha pili cha hidrojeni pamoja na kuvunjika kwa dhamana ya Si–H. Mfiduo wa UV pia huharibu vifungo vya Al–O katika Al₂O₃ isiyo na fuwele, na kuunda idadi kubwa ya nafasi za oksijeni. Mbinu za pamoja za hidrojeni na oksijeni huongeza muunganisho wa uso na kutoa msingi wazi zaidi wa kuboresha uaminifu wa safu ya upitishaji.
Mbinu ya Majaribio
Millennial Solar
(a) Muundo wa skimu wa seli ya jua ya TOPCon; (b) sampuli ya muundo wa mbele uliosawazishwa; (c) sampuli ya muundo wa nyuma uliosawazishwa.
Sampuli mbili za muundo uliosawazishwa zilitayarishwa. Muundo wa mbele ulikuwa SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ. Muundo wa nyuma ulijumuisha tabaka za SiOₓ/n⁺-poly-Si. Uchakavu wa UV ulifanywa katika kiwango cha moduli kwa kutumia chanzo cha mwanga kinachotawaliwa na UV-A chenye takriban 11% UV-B. Masharti ya jaribio yalikuwa 60°C na unyevu wa 30%.
| Kipengele cha jaribio | Hali au usanidi |
|---|---|
| Sampuli ya mbele yenye ulinganifu | SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ |
| Sampuli ya nyuma yenye ulinganifu | Muundo unaojumuisha tabaka za SiOₓ/n⁺-poly-Si |
| Chanzo cha UV | Hasa UV-A, chenye takriban 11% UV-B |
| Joto la jaribio | 60°C |
| Unyevu wa jamaa | 30% |
| Kiwango cha juu cha UV kilichoripotiwa | 60 kWh·m⁻², kinachojulikana kama UV60 |
| Mbinu kuu za uchambuzi | ToF-SIMS na XPS ya wasifu wa kina |
Mwangaza wa spectral wa chanzo cha mwanga wa ultraviolet.
Upinzani wa UV wa Miundo ya Mbele na Nyuma
Millennial Solar
Mabadiliko katika sampuli za mbele na nyuma zenye ulinganifu wakati wa mwanga wa UV: (a) muda mzuri wa wabebaji, τeff, katika mkusanyiko wa wabebaji ulioingizwa wa 1 × 10¹⁵ cm⁻³; (b) voltage ya mzunguko wazi iliyodokezwa, iVoc; na (c) msongamano wa sasa wa kueneza upande mmoja, J₀.
Muundo wa nyuma wenye ulinganifu ulionyesha uharibifu mdogo tu baada ya 60 kWh·m⁻² ya mwanga wa UV. Tabaka lake la poly-Si la 120 nm lilinyonya karibu mionzi yote ya UV iliyoanguka na kutoa ulinzi mzuri kwa kiolesura cha chini.
Muundo wa mbele wenye ulinganifu uliharibika kwa kasi zaidi:
Muda mzuri wa wabebaji, τeff, ulipungua kutoka 2,895.6 μs hadi 1,552.8 μs.
Voltage ya mzunguko wazi iliyodokezwa, 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 uliharibika kwa kiasi kikubwa.
Matokeo haya yanathibitisha kwamba mkusanyiko wa SiNₓ/Al₂O₃ wa mbele una hatari zaidi kwa mwanga wa ultraviolet kuliko muundo wa nyuma wa SiOₓ/poly-Si.
Mageuzi ya Muundo wa Kemikali
Millennial Solar
Profaili za kina za ToF-SIMS za (a) hidrojeni na (b) oksijeni katika sampuli za muundo wa mbele zilizong'arishwa 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. Uchambuzi wa profaili ya kina ya ishara ya XPS ya N 1s 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 vifungo vya N–H ni chanzo kingine muhimu cha hidrojeni pamoja na kuvunjika kwa vifungo vya Si–H.
Baadhi ya hidrojeni iliyotolewa ilienea kuelekea uso wa SiNₓ na kuungana tena na silikoni. Hii inaelezea kwa nini uwiano wa ndani wa N–H karibu na uso uliongezeka badala ya kuendelea kupungua.
Mageuzi 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 na kuvunjika kwa vifungo vya Al–O ilienea nje kutoka kwa filamu ya Al₂O₃.
Nishati ya kifungo cha Al–O katika fuwele bora ni takriban 5.3 eV. Al₂O₃ isiyo na fuwele ni tofauti. Ioni za alumini zilizo na uratibu duni na nafasi za oksijeni zenye chaji hasi zinaweza kupunguza nishati ya uanzishaji ya 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.
Mifumo ya XPS ya profaili ya kina ya N 1s kwenye kiolesura tofauti cha Al₂O₃/SiNₓ kabla na baada ya mfiduo wa UV60, ikijumuisha vifungo vya N–Si vilivyowekwa kwa 397.5 eV na vifungo vya N–H kwa 399.5 eV.
Matokeo ya XPS ya O 1s yalionyesha ubadilishaji kutoka oksijeni ya kimiani, iliyotambuliwa kama OI, kuelekea vipengele vinavyohusiana na nafasi za oksijeni, vilivyotambuliwa kama OII. Katika mifumo ya Al 2p, uwiano wa Al₂O₃ ulipungua kutoka 69.99% hadi 60.36%, wakati Al–OH iliongezeka kutoka 30.01% hadi 39.64%.
Mifumo ya Si 2p pia ilionyesha ongezeko la Si²⁺ na kupungua kwa hali za juu za uoksidishaji wa silikoni. Elektroni zilizotolewa wakati wa uundaji wa nafasi za oksijeni zilipunguza silikoni kutoka hali za juu za uoksidishaji. Mabadiliko haya yaliyoratibiwa katika ufungaji wa oksijeni, alumini na silikoni yanaonyesha uharibifu mpana kwa filamu ya Al₂O₃ badala ya mmenyuko mmoja wa kuvunja kifungo uliotengwa.
Kushuka kwa Utendaji wa Umeme
Millennial Solar
Mikondo ya EQE na uakisi wa seli ya jua ya TOPCon kabla na baada ya mwanga wa UV60.
Uakisi ulibakia karibu bila mabadiliko baada ya mwanga wa UV60. EQE ilionyesha kupungua kwa wastani katika eneo la mawimbi mafupi chini ya 500 nm, ambalo linalingana na kuungana tena kwa nguvu kwenye uso wa mbele.
Mabadiliko ya upinzani wa mguso wa mbele wa seli ya jua ya TOPCon wakati wa mwanga wa UV60.
Upinzani wa mguso wa mbele uliongezeka karibu kwa mstari na kipimo cha UV, kufikia 4.1 mΩ·cm², takriban mara 8.6 ya thamani yake ya awali. Utaratibu uliopendekezwa unahusishwa na hidrojeni na oksijeni zinazohamishika zinazozalishwa ndani ya tabaka za upitishaji. Spishi hizi huenea kuelekea kwenye kiolesura cha elektrodi na kushiriki katika athari za uoksidishaji-upunguzaji.
Mionzi ya UV pia inaweza kubadilisha molekuli za maji kwenye uso wa fedha kuwa radikali za hidroksili. Kwa pamoja, athari hizi zinakuza kutu ya elektrodi ya chuma na kuongeza upinzani wa mguso.
Kupungua kwa utendaji wa umeme wa seli ya jua ya TOPCon wakati wa mwanga wa UV60: (a) Voc; (b) Jsc; (c) FF; na (d) ufanisi.
Hasara za mwisho za umeme zilisambazwa kwa vigezo kadhaa:
Voc ilipungua kwa 3.46%, hasa kutokana na kuzorota kwa upitishaji wa uso wa mbele na ongezeko la J₀.
FF ilipungua kwa 2.82%, hasa kutokana na ongezeko kubwa la upinzani wa mguso wa mbele.
Jsc ilipungua kwa 0.64% tu, kwani hasara ya EQE ilikuwa mdogo hasa katika eneo la mawimbi mafupi.
Ufanisi wa ubadilishaji ulipungua kwa 6.72% baada ya mwanga wa UV60.
Muundo wa mbele wa SiNₓ/Al₂O₃ wa seli ya jua ya TOPCon kwa hivyo una upinzani mdogo zaidi wa urujuanimno kuliko muundo wa nyuma. Chini ya mwanga wa UV, vifungo vya Si–H na N–H vinavunjika na kutolea hidrojeni inayohamishika. Vifungo vya Al–O katika Al₂O₃ isiyo na fuwele pia vinaharibiwa, vikitoa oksijeni na kuzalisha msongamano mkubwa wa nafasi za oksijeni. Wakati huo huo, Al₂O₃ inaelekea kwenye Al–OH na usambazaji wa hali ya uoksidishaji wa silikoni hubadilika.
Utaratibu wa kuzorota unaohusishwa na hidrojeni na oksijeni hufanya kazi pamoja ili kuongeza kuungana tena kwa uso. Kuongezeka kwa upinzani wa mguso wa mbele kunatoa hasara tofauti ya umeme, na kusababisha kupungua kwa ufanisi kwa 6.72%. Matokeo haya yanatoa marejeleo muhimu kwa kuelewa UVID wa TOPCon na kuboresha uaminifu wa muda mrefu wa safu za upitishaji upande wa mbele.
Maoni ya Ooitech
Jambo kuu ni kwamba UVID wa TOPCon hauwezi kuchukuliwa kama tatizo rahisi la dhamana ya Si–H. Kemia ya upitishaji, udhibiti wa nafasi za oksijeni na uthabiti wa metali zinahitaji kutathminiwa pamoja, hasa wakati wa kuhakiki michakato ya uzalishaji wa moduli kwa huduma ndefu ya nje. Ufuatiliaji usio wa mguso wa IV, EQE na PL unaweza kusaidia kutambua hasara hizi mapema bila kuongeza uharibifu wa mguso wa mitambo kwenye miundo ya seli inayozidi kuwa nyeti.
