UVID katika Seli za Jua za TOPCon: Upimaji wa IV Usio na Mawasiliano Hufuatilia Uharibifu wa Passivation na Upotevu wa Ufanisi wa 6.72%

Utangulizi

Seli za jua za TOPCon sasa zinaongoza soko la PV kutokana na upitishaji dhabiti wa uso na mawasiliano ya kuchagua wabebaji. Lakini uendeshaji wa nje unaonyesha udhaifu halisi: uharibifu unaosababishwa na UV, au UVID. Baada ya mionzi ya UV60, ufanisi hupungua kwa hadi 6.72%.

Kazi nyingi za awali zilihusisha UVID na fotoni za nishati ya juu kuvunja dhamana za Si–H na kutoa hidrojeni huru. Hiyo ni sehemu tu ya hadithi. Wigo wa UV wa jua unajumuisha anuwai ya nishati ya 3.1–4.43 eV, kwa hivyo mwingiliano wake na tabaka za uso wa mbele unapita zaidi ya njia moja ya kuvunjika kwa Si–H. Na mkusanyiko wa mbele wa Al₂O₃ / SiNₓ ni dhaifu zaidi dhidi ya UV kuliko upande wa nyuma.

Kifaa cha majaribio cha IV kisicho cha kugusa husaidia sana hapa. Hakiharibu, hakitumii vifaa vya matumizi, hufanya kazi kwa kasi ya millisecond, hufanya kazi na miundo ya BC na isiyo na busbar, na hutoa vigezo vya IV, EQE na PL kwa pigo moja.

Utafiti huu unatumia ToF-SIMS na XPS ya kina kufuatilia usambazaji wa vipengele na mabadiliko ya dhamana za kemikali katika tabaka za Al₂O₃ / SiNₓ kabla na baada ya UV60. Matokeo: kuvunjika kwa dhamana ya N–H ni chanzo cha pili cha hidrojeni pamoja na Si–H. Dhamana za Al–O katika Al₂O₃ isiyo na fuwele huvunjwa na UV na kuzalisha idadi kubwa ya nafasi za oksijeni. Mifumo ya hidrojeni na oksijeni hujumlisha na kuzidisha upotevu wa uso, ikitoa mwelekeo wazi wa kuboresha kuegemea kwa upitishaji.

Mbinu ya Majaribio

(a) Mchoro wa muundo wa seli ya jua ya TOPCon (b) sampuli ya mbele yenye muundo wa ulinganifu (c) sampuli ya nyuma yenye muundo wa ulinganifu

Sampuli za mbele zenye muundo wa ulinganifu (SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ) na sampuli za nyuma zenye muundo wa ulinganifu (zilizo na safu ya SiOₓ/n⁺-poly-Si) zilitayarishwa. Kuzeeka kwa UV kulifanyika katika kiwango cha moduli. Chanzo cha mwanga kilikuwa hasa UV-A na takriban 11% UV-B, chini ya 60°C na unyevu wa 30%.

Mionzi ya spectral ya chanzo cha mwanga cha UV

Muundo wa Mbele dhidi ya Nyuma: Ulinganisho wa Ustahimilivu wa UV

Mabadiliko ya (a) τeff katika mkusanyiko wa wabebaji wa 1×10¹⁵ cm⁻³, (b) iVoc, na (c) J₀ ya upande mmoja kwa sampuli za mbele na nyuma zenye muundo wa ulinganifu wakati wa mionzi ya UV

Muundo wa nyuma wenye ulinganifu haukuharibika sana baada ya mionzi ya UV ya 60 kWh·m⁻². Safu yake ya poly-Si yenye unene wa nm 120 inachukua karibu mwanga wote wa UV na hutoa kinga bora.

Muundo wa mbele ulisimulia hadithi tofauti. τeff ilipungua kutoka 2895.6 μs hadi 1552.8 μs. iVoc ilipungua kutoka 735.5 mV hadi 715.2 mV. J₀ ya upande mmoja iliruka hadi 18.4 fA·cm⁻², takriban mara tatu ya thamani ya awali. Ukingaji wa Al₂O₃ / SiNₓ uliharibika sana.

Mageuzi ya Muundo wa Kemikali

Viwango vya kina vya nguvu vya (a) hidrojeni na (b) oksijeni katika sampuli iliyong'arishwa ya muundo wa mbele wenye ulinganifu kabla na baada ya UV60, iliyopimwa na ToF-SIMS

ToF-SIMS inaonyesha mkusanyiko wa hidrojeni ukiongezeka wazi baada ya mionzi ya UV, hasa ndani ya safu ya SiNₓ. Uchunguzi wa kina wa XPS wa N 1s unaonyesha kwamba kwenye kiolesura cha SiNₓ / Al₂O₃, sehemu ya dhamana ya N–H ilipungua kutoka 9.64% hadi 5.97%. Kwa hiyo kuvunjika kwa dhamana ya N–H ni chanzo cha pili cha hidrojeni zaidi ya Si–H. Hidrojeni iliyotolewa husambaa kuelekea eneo la uso wa SiNₓ na kuungana tena na silicon huko, ndiyo maana sehemu ya N–H inaongezeka karibu na uso huo.

Oksijeni inasimulia hadithi muhimu sawa. Oksijeni katika safu ya Al₂O₃ ilipungua kidogo, wakati oksijeni kwenye viungo vya SiNₓ/Al₂O₃ na Al₂O₃/Si iliongezeka. Hii inaashiria dhamana za Al–O zinavunjika na oksijeni huru kuhama nje. Nishati ya dhamana ya Al–O katika fuwele bora ni takriban 5.3 eV. Lakini katika Al₂O₃ isiyo na fuwele, ioni za alumini zisizo na uratibu kamili na mapungufu ya oksijeni hunasa elektroni na kuwa na chaji hasi, ikipunguza nishati ya uanzishaji ya kuvunjika kwa dhamana ya Al–O iliyo karibu hadi takriban 2.4 eV. Hiyo inamaanisha mwanga wa UV wa nm 400 (3.1 eV) unatosha kuzivunja.

Viwango vya XPS vya kina vya N 1s kwenye viungo tofauti vya safu ya Al₂O₃/SiNₓ kabla na baada ya UV60, na mikondo iliyowekwa kwa dhamana za N–Si (397.5 eV) na N–H (399.5 eV)

XPS ya O 1s inaonyesha oksijeni ya kimiani (OI) ikibadilika kuwa mapungufu ya oksijeni (OII). Katika viwango vya Al 2p, sehemu ya Al₂O₃ ilipungua kutoka 69.99% hadi 60.36% wakati Al–OH iliongezeka kutoka 30.01% hadi 39.64%. Katika viwango vya Si 2p, Si²⁺ iliongezeka wakati silicon yenye valence ya juu ilipungua. Elektroni zinazotolewa wakati mapungufu ya oksijeni yanapoundwa hupunguza silicon kutoka hali za juu za uoksidishaji. Kwa pamoja, mabadiliko haya katika uhusiano wa oksijeni, alumini na silicon yanaonyesha ubora wa filamu ya Al₂O₃ tayari umeharibika.

Kushuka kwa Utendaji wa Umeme

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

Mabadiliko ya upinzani wa mguso wa mbele wa seli ya jua ya TOPCon wakati wa mionzi ya UV60

Uakisi ulibakia bila mabadiliko baada ya UV60. EQE ilionyesha kushuka kwa wastani katika eneo la wavelength fupi chini ya 500 nm, ikilingana na uunganishaji wa uso wa mbele wenye nguvu zaidi. Upinzani wa mawasiliano ya mbele ulipanda karibu kwa mstari na kipimo cha UV, kufikia 4.1 mΩ·cm², takriban mara 8.6 zaidi. Sababu: hidrojeni huru na oksijeni zinazozalishwa kwenye safu ya passivation zinaenea kwenye kiunganishi cha electrode na kushiriki katika athari za redox. UV pia hubadilisha molekuli za maji kwenye uso wa fedha kuwa radicals za hydroxyl, na kwa pamoja zinaharibu electrode ya chuma.

Viwango vya kushuka kwa utendaji wa umeme wakati wa mfiduo wa UV60: (a) Voc (b) Jsc (c) FF (d) Eff

Voc ilishuka kwa 3.46% jamaa, ikisukumwa na kushuka kwa passivation ya uso wa mbele na kuongezeka kwa J₀. FF ilishuka kwa 2.82%, ikisukumwa na upinzani wa juu wa mawasiliano ya mbele. Jsc ilishuka tu kwa 0.64%, kwani upotevu wa EQE katika wavelength fupi ulikuwa mdogo. Upotevu wa mwisho wa ufanisi wa ubadilishaji wa picha-elektroniki ulifikia 6.72%.

Hitimisho

Muundo wa mbele wa SiNₓ/Al₂O₃ wa seli za TOPCon ni dhaifu zaidi dhidi ya UV kuliko muundo wa nyuma. Chini ya UV, vifungo vya Si–H na N–H vinavunjika kwa mfuatano na kutoa hidrojeni huru. Vifungo vya Al–O katika Al₂O₃ isiyo na fuwele vinavunjika chini ya UV, vikitoa oksijeni huru na kuunda idadi kubwa ya nafasi za oksijeni. Al₂O₃ inabadilika kuelekea Al–OH na valence ya silicon inabadilika. Taratibu hizi mbili za uharibifu, hidrojeni na oksijeni, zinajikusanya na kuzidisha uunganishaji wa uso. Ongeza kuongezeka kwa kasi kwa upinzani wa mawasiliano ya mbele, na matokeo ni upotevu wa ufanisi wa 6.72%. Kazi hii inatoa marejeleo muhimu kwa kuelewa UVID ya TOPCon na kuboresha kuegemea kwa muda mrefu kwa safu za passivation.

Maoni ya Ooitech

UVID inaendelea kuthibitisha kwamba muundo wa mbele ndio mahali ambapo kuegemea kunajaribiwa kweli, kwa hivyo jinsi unavyojenga na kudhibiti uwekaji wa SiNₓ/Al₂O₃ na encapsulation kwenye mstari wa moduli ni muhimu kama mapishi ya seli. Kwenye mistari yetu ya moduli za TOPCon na PERC za turnkey, tunaona somo lile lile likijitokeza kwenye upande wa layup, lamination na EL, uchaguzi mdogo wa mchakato unaamua kama paneli zitashikilia nje kwa miaka. Ikiwa unataka maoni zaidi ya vitendo kutoka kwenye sakafu ya kiwanda, kituo cha YouTube cha Ooitech kwenye www.youtube.com/ooitech kinafaa kufuatwa.