Seli za TOPCon Chini ya Joto na Unyevu: Kwa Nini Upande wa Nyuma Hushindwa Kwanza
Jedwali la Yaliyomo
Utangulizi
TOPCon imechukua sehemu kubwa ya soko la c-Si la ufanisi wa juu, lakini kuegemea kwa muda mrefu shambani bado ni lengo linalobadilika. Sehemu moja dhaifu inaendelea kuonekana katika tafiti za joto la unyevu: mkusanyiko wa upitishaji wa nyuma. Utafiti wa hivi karibuni (Tong et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188) ulibainisha kile kinachotokea hasa wakati chumvi za sodiamu zinapotua kwenye uso wa seli na kukaa chini ya 85°C/85% RH. Toleo fupi — safu ya SiNₓ ya nyuma ni sehemu dhaifu, na filamu nyembamba ya ALD AlOₓ inarekebisha sehemu kubwa yake.
Matokeo muhimu mwanzoni
Safu ya SiNₓ ya nyuma ni hatua dhaifu ya joto la unyevu. Asetati ya sodiamu (CH₃COONa) ilipunguza voltage ya mzunguko wazi wa nyuma (Voc) kwa 5.8% na kuongeza upinzani wa mfululizo (Rₛ) kwa 450%.
Chumvi za sodiamu huharakisha uoksidishaji wa uso na upotezaji wa nitrojeni. XPS ilionyesha uwiano wa atomiki wa Si/N wa nyuma kuruka kutoka 1.3 hadi 23, na O/N kutoka 1.6 hadi 53.
Kizuizi cha 10nm ALD Al₂O₃ kilifanya tofauti kubwa — upotezaji wa PCE chini ya uchafuzi wa CH₃COONa ulipungua kutoka 16% hadi 0.4% tu.
Upitishaji wa mbele ni mgumu zaidi. Safu ya AlOₓ/SiOᵧNᵣ inazuia usambaaji wa sodiamu, kwa hivyo uchafuzi huko uligharimu PCE ya 0.87% tu.
Vichafuzi viwili hufanya kazi tofauti: asetati ya sodiamu hushambulia mguso wa chuma, wakati kloridi ya sodiamu (NaCl) hasa huoksidisha safu ya upitishaji.
Usuli
Swali la msingi ni rahisi kusema, ngumu kujibu: kwa nini seli za TOPCon hupoteza utendaji chini ya joto la unyevu wakati chumvi za sodiamu zipo, na kwa nini upitishaji wa nyuma hupigwa zaidi (Kyranaki et al., 2022)?
Ambapo mapungufu yapo
Tafiti nyingi za awali zililenga kutu ya mguso wa chuma (Iqbal et al., 2023), lakini hakuna aliyechunguza kwa utaratibu uharibifu wa kemikali wa safu ya upitishaji yenyewe. Mkusanyiko wa mbele na nyuma hujengwa tofauti — mbele ni AlOₓ/SiNₓ/SiOᵧNᵣ, nyuma ni SiNₓ juu ya poly-Si iliyowekwa dopu — na upinzani wao wa kutu haukuwahi kulinganishwa moja kwa moja (Feldmann et al., 2014). Zaidi ya hayo, vichafuzi viwili vya kawaida (CH₃COONa dhidi ya NaCl) vilifikiriwa kufanya sawa, na havifanyi (Li et al., 2021).
Kupata hili sawa ni muhimu kwa pesa halisi. Mimea ya PV inauzwa kwa ahadi ya maisha ya miaka 25 (Peters et al., 2021), na hali ya kushindwa kwa upande wa nyuma inayoonekana chini ya unyevu ni kitu hasa kinachopunguza hilo.
Mbinu
Mchakato uliwekwa karibu na mtiririko halisi wa uzalishaji: seli za viwandani za TOPCon → kunyunyizia chumvi ya sodiamu mbele au nyuma → joto la unyevu lililoharakishwa (85°C/85% RH) → uchambuzi wa umeme na kemikali → jaribu kizuizi cha ALD AlOₓ → fafanua utaratibu wa ulinzi.
Kipya hapa
Kwa upande wa nadharia, hii ni utafiti wa kwanza kuashiria upotezaji wa nitrojeni kwenye safu ya nyuma ya SiNₓ kama kichochezi kikuu cha kushuka kwa Voc. Kwa upande wa vitendo, safu ya 10nm AlOₓ inaendeshwa kwenye vifaa vya kawaida vya viwandani vya ALD na inagharimu tu karibu 0.01% katika ufanisi kamili. Na kimbinu, timu ilijenga mtihani wa DH katika kiwango cha seli ambapo masaa 20 yanasimama kwa miaka kadhaa ya kuzeeka nje (Sen et al., 2023).
Mlolongo wa mantiki ni rahisi kufuata: uchafuzi wa nyuma husababisha kushuka kwa kasi kwa Voc, ambayo inaelekeza moja kwa moja kwenye kushindwa kwa passivation. XPS kisha inathibitisha mmenyuko wa oksidi ya SiNₓ na njia ya kuenea kwa sodiamu inayofungua. Ongeza safu ya AlOₓ, zuia sodiamu, na upigaji picha wa PL unathibitisha kasoro zimekandamizwa.
Mbinu
Maandalizi ya sampuli
| Kipengee | Maelezo |
|---|---|
| Muundo wa seli | n-type TOPCon. Mbele: emitter ya boroni iliyotawanywa + AlOₓ/SiNₓ/SiOᵧNᵣ, ARC. Nyuma: SiO₂/poly-Si iliyowekwa fosforasi + SiNₓ, ARC |
| Kichafuzi | Suluhisho la 0.155 mol/L CH₃COONa au NaCl, 0.3 g kwa sampuli, kunyunyizia ndani |
| Kizuizi cha ALD | 10nm AlOₓ, iliyowekwa kwa 150°C (Leadmicro QL200) |
| Joto la unyevu | 85°C/85% RH, masaa 20 (chumba cha mazingira cha ASLi) |
Jinsi ilivyopimwa
Vigezo vya I-V (Pmax, Voc, FF, Jsc) kupitia mfumo wa LOANA (pv-tools).
Ubora wa passivation kupitia muda mzuri wa maisha ya wabebaji wachache (τ_eff).
Kemia ya uso kupitia XPS na SEM-EDS.
Matokeo na majadiliano
Uharibifu wa umeme
Upande wa nyuma ni dhahiri kuwa ni nyeti. CH₃COONa nyuma ulipunguza Voc kwa 5.8%, uliongeza Rₛ kwa 450% (Jedwali 1), na kupunguza nguvu ya PL kwa 37.3% (Mchoro 3a). Matibabu sawa mbele iligharimu tu 0.87% PCE. Chumvi sawa, matokeo tofauti sana kulingana na uso unaoguswa.
Uchambuzi wa kemikali wa passivation
XPS kwenye uso wa nyuma ulionyesha sehemu ya dhamana ya Si-O ikipanda juu (Mchoro 5b), na uwiano wa atomiki wa O/N ukitoka 1.6 katika kikundi cha udhibiti hadi 53 katika kikundi cha CH₃COONa. Utaratibu ni upotevu wa nitrojeni — unyevu na joto huharibu SiNₓ na kuharibu passivation ya uso.
Kile kizuizi cha AlOₓ hufanya
Kwa AlOₓ ya ALD ya 10nm ikiwa mahali, upotevu wa PCE chini ya uchafuzi wa CH₃COONa nyuma ulipungua kutoka 16% hadi 0.4%, na Voc ilibaki imara (Mchoro 6a). SEM-EDS ilionyesha maudhui ya sodiamu yakiwa chini kwa 86% katika sampuli za AlOₓ (Mchoro 6c), na PL haikuonyesha uanzishaji wa kasoro (Mchoro 6b). Kizuizi kinafanya kile unachotaka — kuzuia sodiamu isiingie.
Hitimisho
Mambo makuu ya kuchukua
Safu ya nyuma ya SiNₓ hupata hidrolisisi na oxidation chini ya unyevu na joto pamoja na chumvi ya sodiamu, ambayo inapunguza Voc na kuongeza Rₛ (inathibitishwa na XPS/EDS, Mchoro 4-5). Safu ya AlOₓ ya 10nm inazuia usambaaji wa sodiamu na kuweka upotevu wa PCE wa DH85 chini ya 1% (Mchoro 6a). Na safu ya mbele ya AlOₓ/SiOᵧNᵣ yenye tabaka nyingi ni sugu kwa kutu kwa asili, kwa hivyo uchafuzi huko haujulikani sana.
Kwa nini ni muhimu
Kizuizi cha AlOₓ kinaweza kwenda moja kwa moja katika uzalishaji wa wingi wa TOPCon kwenye vifaa kama Leadmicro QL200. Kuangalia zaidi, kuweka AlOₓ pamoja na SiNₓ katika ufungaji wa moduli ya kioo mara mbili kunaweza kuongeza maisha ya mimea katika maeneo yenye unyevu.
Historia kidogo
Muundo wa TOPCon: oksidi ya handaki (SiO₂) pamoja na mawasiliano ya passivating ya poly-Si iliyopakwa dopant, ambayo hupunguza recombination kwenye chuma (Feldmann et al., 2014).
ALD: ukuaji wa filamu ya nano kwa safu, ikitoa kifuniko cha AlOₓ cha nanomita sawa.
Upimaji wa DH: kuzeeka kwa kasi kwa 85°C/85% RH kuiga uharibifu wa moduli katika hali ya hewa yenye unyevu.
Passivation ya SiNₓ: nitridi ya silikoni iliyo na hidrojeni, nzuri kwa kupambana na kuakisi na passivation ya uso, lakini ina vifungo vya dangling na hupata hidrolisisi kwa urahisi.
Marejeo
Tong H. et al., Mitigating contaminant-induced degradation in TOPCon solar cells via ALD AlOₓ barrier, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188
Feldmann F. et al., Passivated rear contacts for high-efficiency n-type Si solar cells, Solar Energy Materials and Solar Cells 120 (2014) 270–274.
Li X. et al., Upimaji wa kasi wa joto-mvua wa seli za TOPCon kwa kutumia NaCl, Solar Energy Materials and Solar Cells 262 (2023) 112554.
Peters I.M. et al., Thamani ya uthabiti katika teknolojia ya photovoltaic, Joule 5 (2021) 3137–3153.
Maoni ya Ooitech
Kinachojitokeza hapa ni kiasi gani cha hadithi ya kuegemea kiko kwenye safu ya nyuma ya ulinzi, si kichwa cha muundo wa seli. Kwenye mstari halisi wa uzalishaji, hatua ya ziada ya 10nm ALD AlOₓ ni bima ya gharama nafuu kwa miradi ya hali ya hewa yenye unyevu, na inaingia kwa urahisi katika uzalishaji wa kawaida wa moduli bila matatizo mengi. Tunajenga mistari kamili ya uzalishaji wa moduli tangu mwanzo hadi mwisho, kwa hiyo tunafuatilia kwa karibu matokeo kama haya — marekebisho madogo ya mchakato juu ya mstari mara nyingi huamua kama kiwanda kitadumu kwa miaka 25. Ikiwa unataka zaidi kutoka kwenye sakafu ya kiwanda, kituo cha YouTube cha Ooitech (www.youtube.com/ooitech) inafaa kufuatwa.
