UVID katika Seli za Sola za TOPCon: Upimaji wa IV Bila Mguso Hufuatilia Uharibifu wa Passivation na Upotevu wa Ufanisi wa 6.72%

Utangulizi

Seli za sola za TOPCon sasa zinatawala soko la PV kutokana na upitishaji thabiti wa uso na miguso inayochagua wabebaji. Lakini uendeshaji wa nje unafichua udhaifu wa kweli: uharibifu unaosababishwa na UV, au UVID. Baada ya mionzi ya UV60, ufanisi hupungua kwa kiasi cha 6.72%.

Kazi nyingi za awali zilihusisha UVID na fotoni za nishati ya juu zinazovunja vifungo vya Si–H na kutoa hidrojeni huru. Hiyo ni sehemu tu ya hadithi. Wigo wa UV wa sola unachukua anuwai pana ya nishati ya 3.1–4.43 eV, hivyo mwingiliano wake na tabaka za uso wa mbele unapita mbali zaidi ya njia moja ya kuvunjika kwa Si–H. Na mrundikano wa Al₂O₃ / SiNₓ wa mbele ni dhaifu sana dhidi ya UV kuliko upande wa nyuma.

Kipimaji cha IV bila mguso kinasaidia sana hapa. Hakiharibu, kinatumia matumizi sifuri, kinaendesha kwa kasi ya millisekunde, kinafanya kazi na miundo ya BC na isiyo na busbar, na kinatoa vigezo vya IV, EQE na PL kwa picha moja.

Utafiti huu unatumia ToF-SIMS na XPS ya ufuatiliaji wa kina kufuatilia usambazaji wa elementi na mabadiliko ya vifungo vya kemikali katika tabaka za Al₂O₃ / SiNₓ kabla na baada ya UV60. Ugunduzi: kuvunjika kwa kifungo cha N–H ni chanzo cha pili cha hidrojeni pamoja na Si–H. Vifungo vya Al–O katika Al₂O₃ isiyo na umbo maalum huvunjwa na UV na kuzalisha idadi kubwa ya nafasi tupu za oksijeni. Mifumo ya hidrojeni na oksijeni hujirundika na kuzidisha muunganiko wa uso, ikitoa mwelekeo wazi wa kuboresha uaminifu wa upitishaji.

Mbinu ya Majaribio

(a) Mchoro wa muundo wa seli ya sola ya TOPCon (b) sampuli linganifu ya muundo wa mbele (c) sampuli linganifu ya muundo wa nyuma

Sampuli linganifu za muundo wa mbele (SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ) na sampuli linganifu za muundo wa nyuma (zenye tabaka ya SiOₓ/n⁺-poly-Si) zilitayarishwa. Uzee wa UV ulifanyika 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 wa UV

Muundo wa Mbele dhidi ya Nyuma: Upinzani wa UV Ukilinganishwa

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

Muundo wa nyuma wenye ulinganifu haukuharibika sana baada ya mfiduo wa UV wa 60 kWh·m⁻². Tabaka lake la poly-Si lenye unene wa 120 nm hufyonza karibu mwanga wote wa UV na hutoa ulinzi mzuri.

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

Mabadiliko ya Muundo wa Kemikali

Profaili za kina za ukali wa (a) hidrojeni na (b) oksijeni katika sampuli ya muundo wa mbele wenye ulinganifu iliyong'arishwa kabla na baada ya UV60, zilizopimwa kwa ToF-SIMS

ToF-SIMS inaonyesha mkusanyiko wa hidrojeni ukiongezeka waziwazi baada ya mfiduo wa UV, hasa ndani ya tabaka la SiNₓ. Upimaji wa kina wa N 1s XPS unaonyesha kwamba katika kiolesura cha SiNₓ / Al₂O₃, sehemu ya dhamana ya N–H ilishuka kutoka 9.64% hadi 5.97%. Hivyo kuvunjika kwa dhamana ya N–H ni chanzo cha pili cha hidrojeni zaidi ya Si–H. Hidrojeni iliyoachiliwa huenea kuelekea eneo la uso wa SiNₓ na kuungana tena na silikoni huko, ndiyo sababu sehemu ya N–H inapanda karibu na uso huo.

Oksijeni inasimulia hadithi muhimu sawa. Oksijeni katika tabaka la Al₂O₃ ilishuka kidogo, wakati oksijeni katika kiolesura cha SiNₓ/Al₂O₃ na Al₂O₃/Si iliongezeka. Hii inaashiria dhamana za Al–O kuvunjika na oksijeni huru kuhamia nje. Nishati ya dhamana ya Al–O katika kioo bora ni takriban 5.3 eV. Lakini katika Al₂O₃ isiyo na muundo wa kioo, ioni za alumini zisizo na uratibu kamili na nafasi tupu za oksijeni hunasa elektroni na kuwa na chaji hasi, hivyo kupunguza nishati ya uanzishaji kwa kuvunjika kwa dhamana ya Al–O iliyo karibu hadi takriban 2.4 eV. Hiyo inamaanisha mwanga wa UV wa 400 nm (3.1 eV) unatosha kuzivunja.

Spektra za XPS za upimaji wa kina wa N 1s katika kiolesura tofauti za tabaka la Al₂O₃/SiNₓ kabla na baada ya UV60, zikiwa na mikondo iliyowekwa kwa dhamana za N–Si (397.5 eV) na N–H (399.5 eV)

O 1s XPS inaonyesha oksijeni ya kimiani (OI) ikibadilika kuwa nafasi tupu za oksijeni (OII). Katika spektra za Al 2p, sehemu ya Al₂O₃ ilishuka kutoka 69.99% hadi 60.36% wakati Al–OH ilipanda kutoka 30.01% hadi 39.64%. Katika spektra za Si 2p, Si²⁺ iliongezeka wakati silikoni yenye viwango vya juu vya oksidi ilishuka. Elektroni zinazotolewa wakati nafasi tupu za oksijeni zinaundwa hupunguza silikoni kutoka hali za juu za oksidi. Kwa ujumla, mabadiliko haya katika uunganishaji wa oksijeni, alumini na silikoni yanaonyesha ubora wa filamu ya Al₂O₃ tayari umeathirika.

Kudorora 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 mfiduo wa UV60

Uakisi ulibaki bila kubadilika kimsingi baada ya UV60. EQE ilionyesha kushuka kwa wastani katika eneo la urefu mfupi wa mawimbi chini ya 500 nm, ikilingana na muunganiko mkubwa wa uso wa mbele. Upinzani wa mawasiliano ya mbele ulipanda karibu kwa mstari na kipimo cha UV, ukifika 4.1 mΩ·cm², karibu mara 8.6 zaidi. Sababu: hidrojeni na oksijeni huru zinazozalishwa katika safu ya passivation huenea hadi kwenye kiolesura cha elektrodi na kushiriki katika athari za redox. UV pia hubadilisha molekuli za maji kwenye uso wa fedha kuwa radicals za haidroksili, na kwa pamoja huchakaza elektrodi ya chuma.

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

Voc ilishuka kwa 3.46% kwa uwiano, ikisababishwa na kuzorota kwa passivation ya uso wa mbele na kuongezeka kwa J₀. FF ilishuka kwa 2.82%, ikisababishwa na upinzani mkubwa wa mawasiliano ya mbele. Jsc ilishuka kwa 0.64% tu, kwa kuwa hasara ya EQE ya urefu mfupi wa mawimbi ilikuwa ndogo. Hasara ya mwisho ya ufanisi wa ubadilishaji wa photoelectric ilifikia 6.72%.

Hitimisho

Muundo wa mbele wa SiNₓ/Al₂O₃ wa seli za TOPCon ni dhaifu sana dhidi ya UV kuliko muundo wa nyuma. Chini ya UV, vifungo vya Si–H na N–H huvunjika kwa mfululizo na kutoa hidrojeni huru. Vifungo vya Al–O katika Al₂O₃ isiyo na umbo la kioo huvunjika chini ya UV, kutoa oksijeni huru na kuunda idadi kubwa ya nafasi za oksijeni. Al₂O₃ hubadilika kuelekea Al–OH na valence ya silicon hubadilika. Mbinu hizi mbili za kuzorota, hidrojeni na oksijeni, hujilimbikiza na kuzidisha muunganiko wa uso. Ongeza kupanda kwa kasi kwa upinzani wa mawasiliano ya mbele, na matokeo ni hasara ya ufanisi ya 6.72%. Kazi hii inatoa rejeleo muhimu kwa kuelewa UVID ya TOPCon na kwa kuboresha uaminifu wa muda mrefu wa safu za passivation.

Maoni ya Ooitech

UVID inaendelea kuthibitisha kwamba safu ya mbele ndipo uaminifu hujaribiwa kweli, kwa hivyo jinsi unavyounda na kudhibiti uwekaji na ufungaji wa SiNₓ/Al₂O₃ kwenye mstari wa moduli ni muhimu kama vile mapishi ya seli. Kwenye mistari yetu ya turnkey ya TOPCon na PERC tunaona somo hilo hilo likitokea kwenye upangaji, uwekaji wa laminate na upande wa EL, chaguo ndogo za mchakato huamua kama paneli zitahimili nje kwa miaka. Ikiwa unataka maoni zaidi ya vitendo kutoka kwenye sakafu ya kiwanda, chaneli ya YouTube ya Ooitech ipo www.youtube.com/ooitech inafaa kufuatiliwa.