Seli za TOPCon Chini ya Joto la Unyevu: Kwa Nini Upande wa Nyuma Hushindwa Kwanza
Jedwali la Yaliyomo
Utangulizi
TOPCon imechukua sehemu kubwa ya soko la c-Si yenye 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 nyuma wa passivation. Utafiti wa hivi karibuni (Tong et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188) ulibainisha kwa usahihi kinachotokea wakati chumvi za sodiamu zinapotua kwenye uso wa seli na kukaa chini ya 85°C/85% RH. Toleo fupi — safu ya nyuma ya SiNₓ ndio sehemu dhaifu, na filamu nyembamba ya ALD AlOₓ inarekebisha sehemu kubwa ya tatizo.
Matokeo muhimu mwanzoni
Safu ya nyuma ya SiNₓ ndio sehemu dhaifu ya joto la unyevu. Asetati ya sodiamu (CH₃COONa) ilipunguza voltage ya mzunguko wazi (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 Si/N nyuma kuruka kutoka 1.3 hadi 23, na O/N kutoka 1.6 hadi 53.
Kizuizi cha 10nm ALD Al₂O₃ kilileta tofauti kubwa — hasara ya PCE chini ya uchafuzi wa CH₃COONa ilishuka kutoka 16% hadi 0.4% tu.
Passivation ya mbele ni ngumu zaidi. Safu ya AlOₓ/SiOᵧNᵣ inazuia uenezaji wa sodiamu, hivyo uchafuzi huko uligharimu PCE 0.87% tu.
Vichafuzi viwili hufanya kazi tofauti: asetati ya sodiamu inashambulia mguso wa chuma, wakati kloridi ya sodiamu (NaCl) inaoksidisha safu ya passivation.
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 passivation ya nyuma inapigwa zaidi (Kyranaki et al., 2022)?
Ambapo mapengo yapo
Kazi nyingi za awali zilizingatia kutu ya mawasiliano ya chuma (Iqbal et al., 2023), lakini hakuna aliyechunguza kwa utaratibu kuharibika kwa kemikali ya safu ya passivation yenyewe. Safu za mbele na nyuma zimejengwa tofauti — mbele ni AlOₓ/SiNₓ/SiOᵧNᵣ, nyuma ni SiNₓ juu ya poly-Si iliyodopwa — na upinzani wao wa kutu haukuwahi kulinganishwa moja kwa moja (Feldmann et al., 2014). Zaidi ya hayo, uchafuzi wawili wa kawaida (CH₃COONa dhidi ya NaCl) walidhaniwa kuwa wanafanya sawa, lakini hawafanyi (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 upande wa nyuma inayoonekana chini ya unyevu ni aina ya kitu kinachopunguza hiyo.
Mbinu
Mtiririko wa kazi uliwekwa karibu na mtiririko halisi wa uzalishaji: seli za kiwandani za TOPCon → kunyunyizia chumvi ya sodiamu kwenye uso wa mbele au nyuma → joto la unyevu lililoharakishwa (85°C/85% RH) → sifa za umeme na kemikali → kupima kizuizi cha ALD AlOₓ → kufafanua utaratibu wa ulinzi.
Kipi kipya hapa
Kwa upande wa nadharia, hii ni utafiti wa kwanza kuashiria upotevu wa nitrojeni kwenye safu ya nyuma ya SiNₓ kama kichocheo kikuu cha kushuka kwa Voc. Kwa upande wa vitendo, safu ya 10nm AlOₓ inaendeshwa kwenye vifaa vya kiwandani vya ALD na inagharimu tu karibu 0.01% kwa ufanisi kamili. Na kimbinu, timu ilijenga jaribio la DH katika kiwango cha seli ambapo masaa 20 yanasimama kwa miaka kadhaa ya kuzeeka nje (Sen et al., 2023).
Msururu 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 uenezaji wa sodiamu inayoifungua. Ongeza safu ya AlOₓ, zuia sodiamu, na upigaji picha wa PL unathibitisha kasoro zimezuiwa.
Mbinu
Maandalizi ya sampuli
| Kipengee | Maelezo |
|---|---|
| Muundo wa seli | n-type TOPCon. Mbele: emitter iliyodopwa boroni + AlOₓ/SiNₓ/SiOᵧNᵣ, ARC. Nyuma: SiO₂/poly-Si iliyodopwa fosforasi + SiNₓ, ARC |
| Uchafuzi | 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 mjadala
Uharibifu wa umeme
Upande wa nyuma ndio nyeti. CH₃COONa nyuma ulipunguza Voc kwa 5.8%, ukapandisha Rₛ kwa 450% (Jedwali 1), na kupunguza nguvu ya PL kwa 37.3% (Mchoro 3a). Matibabu sawa mbele uligharimu PCE 0.87% tu. Chumvi sawa, matokeo tofauti kabisa kulingana na uso unaogusa.
Uharibifu wa kemikali wa passivation
XPS kwenye uso wa nyuma ulionyesha sehemu ya dhamana ya Si-O ikipanda juu (Mchoro 5b), na uwiano wa atomiki O/N kutoka 1.6 kwenye udhibiti hadi 53 kwenye kundi la CH₃COONa. Utaratibu ni upotevu wa nitrojeni — unyevu wa joto huyeyusha SiNₓ na kuharibu passivation ya uso.
Kizuizi cha AlOₓ kinafanya nini
Kwa AlOₓ ya 10nm ALD mahali, upotevu wa PCE chini ya uchafuzi wa CH₃COONa nyuma ulishuka kutoka 16% hadi 0.4%, na Voc ilibaki sawa (Mchoro 6a). SEM-EDS ilionyesha maudhui ya sodiamu yamepungua kwa 86% kwenye sampuli za AlOₓ (Mchoro 6c), na PL haikuonyesha uanzishaji wa kasoro (Mchoro 6b). Kizuizi kinafanya kile unachotaka — kuzuia sodiamu nje.
Hitimisho
Mambo muhimu
Safu ya nyuma ya SiNₓ huyeyuka na kuoksidishwa chini ya unyevu wa 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 DH85 chini ya 1% (Mchoro 6a). Na safu ya mbele ya AlOₓ/SiOᵧNᵣ yenye tabaka nyingi ina upinzani wa asili dhidi ya kutu, hivyo uchafuzi mbele hauna athari kubwa.
Kwa nini ni muhimu
Kizuizi cha AlOₓ kinaweza kwenda moja kwa moja kwenye uzalishaji wa wingi wa TOPCon kwenye zana kama Leadmicro QL200. Kwa mtazamo wa mbali, kuweka AlOₓ pamoja na SiNₓ katika ufungaji wa moduli ya glasi mbili kunaweza kuongeza muda wa maisha ya mitambo katika maeneo yenye unyevu.
Historia kidogo
Muundo wa TOPCon: oksidi ya handaki (SiO₂) pamoja na mawasiliano ya passivation ya poly-Si iliyochangwa, ambayo hupunguza muunganiko kwenye metali (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 iliyotiwa hidrojeni, nzuri kwa kuzuia mwanga na passivation ya uso, lakini ina vifungo vinavyoning'inia na huyeyuka kwa urahisi.
Marejeleo
Tong H. et al., Kupunguza uharibifu unaosababishwa na uchafuzi katika seli za jua za TOPCon kupitia kizuizi cha ALD AlOₓ, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188
Feldmann F. et al., Mawasiliano ya nyuma yaliyopitishwa kwa seli za jua za aina ya n-zenye ufanisi wa juu, Nyenzo za Nishati ya Jua na Seli za Jua 120 (2014) 270–274.
Li X. et al., Upimaji wa kasi wa joto-mvua wa seli za TOPCon kwa kutumia NaCl, Nyenzo za Nishati ya Jua na Seli za Jua 262 (2023) 112554.
Peters I.M. et al., Thamani ya utulivu katika photovoltaic, Joule 5 (2021) 3137–3153.
Maoni ya Ooitech
Kinachojitokeza hapa ni kiasi gani cha hadithi ya kuegemea iko kwenye safu ya nyuma ya ukingo, si kichwa cha muundo wa seli. Kwenye mstari halisi, hatua ya ziada ya 10nm ALD AlOₓ ni bima ya bei nafuu kwa miradi ya hali ya hewa yenye unyevu, na inaingia kwenye uzalishaji wa kawaida wa moduli bila shida nyingi. Tunajenga mistari ya moduli ya turnkey kutoka mwisho hadi mwisho, kwa hivyo tunaangalia matokeo kama haya kwa karibu - marekebisho madogo ya mchakato juu ya mto 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) kinastahili kufuatwa.
