TOPCon күн элементтеріндегі UVID: Байланыссыз IV сынағы пассивацияның деградациясын және 6.72% тиімділік жоғалтуын бақылайды
Мазмұны
Кіріспе
TOPCon күн элементтері күшті беттік пассивация мен тасымалдаушы-селективті контактілердің арқасында қазір ФЭ нарығында үстемдік етеді. Бірақ ашық аспан астында пайдалану нақты әлсіз жерді ашады: УК индукцияланған деградация, немесе UVID. UV60 сәулеленуінен кейін тиімділік 6.72% -ға дейін төмендейді.
Бұрынғы зерттеулердің көбі UVID-ді жоғары энергиялы фотондардың Si–H байланыстарын үзіп, бос сутегін босатуымен байланыстырды. Бұл оқиғаның тек бір бөлігі ғана. Күннің УК спектрі 3.1–4.43 эВ энергия диапазонын қамтиды, сондықтан оның алдыңғы бет қабаттарымен әрекеттесуі бір Si–H үзілу жолынан әлдеқайда кең. Ал алдыңғы Al₂O₃ / SiNₓ қабаты артқы жағына қарағанда УК-ге әлдеқайда әлсіз.
Байланыссыз IV тестері мұнда көп көмектеседі. Ол зақымдамайды, шығын материалдарын қажет етпейді, миллисекунд жылдамдықта жұмыс істейді, BC және шинасыз конструкциялармен үйлеседі және бір ретте IV, EQE және PL параметрлерін алады.
Бұл зерттеу UV60-ден кейін Al₂O₃ / SiNₓ қабаттарындағы элементтердің таралуы мен химиялық байланыстардың өзгеруін бақылау үшін ToF-SIMS және тереңдік профильді XPS қолданады. Нәтиже: N–H байланысының үзілуі Si–H қасындағы екінші сутегі көзі болып табылады. Аморфты Al₂O₃-тегі Al–O байланыстары УК әсерінен үзіліп, көптеген оттегі вакансияларын тудырады. Сутегі мен оттегі механизмдері қабаттасып, беттік рекомбинацияны нашарлатады, бұл пассивация сенімділігін жақсартудың нақты бағытын береді.
Эксперименттік Әдіс
(a) TOPCon күн элементінің құрылымдық схемасы (b) симметриялы алдыңғы құрылым үлгісі (c) симметриялы артқы құрылым үлгісі
Симметриялы алдыңғы құрылым үлгілері (SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ) және симметриялы артқы құрылым үлгілері (SiOₓ/n⁺-poly-Si қабатымен) дайындалды. УК қартаюы модуль деңгейінде жүргізілді. Жарық көзі негізінен УК-А болды, шамамен 11% УК-В, 60°C және 30% ылғалдылықта.
УК жарық көзінің спектрлік сәулеленуі
Алдыңғы және артқы құрылым: УК төзімділігін салыстыру
УК әсері кезінде симметриялы алдыңғы және артқы құрылым үлгілері үшін (a) 1×10¹⁵ см⁻³ инъекциялық тасымалдаушы концентрациясындағы τeff, (b) iVoc және (c) бір жақты J₀ өзгерістері
Симметриялық артқы құрылым 60 кВт·сағ·м⁻² УК сәулеленуінен кейін әрең деградацияланды. Оның 120 нм қалың поли-Si қабаты УК жарығының барлығын дерлік жұтып, тиімді қорғанысты қамтамасыз етеді.
Алдыңғы құрылым басқаша көрініс көрсетті. τeff 2895.6 мкс-тен 1552.8 мкс-ке төмендеді. iVoc 735.5 мВ-тан 715.2 мВ-қа түсті. Бір жақты J₀ 18.4 фА·см⁻²-ге дейін көтерілді, бұл бастапқы мәннен шамамен үш есе көп. Al₂O₃ / SiNₓ пассивациясы қатты деградацияланды.
Химиялық құрамның эволюциясы
УК60-ға дейін және одан кейін жылтыратылған симметриялық алдыңғы құрылым үлгісіндегі (а) сутегі мен (б) оттегінің қарқындылық тереңдік профильдері, ToF-SIMS арқылы өлшенген
ToF-SIMS УК сәулеленуінен кейін сутегі концентрациясының айқын өскенін көрсетеді, әсіресе SiNₓ қабатының ішінде. N 1s XPS тереңдік профильдеуі SiNₓ / Al₂O₃ интерфейсінде N–H байланыс үлесі 9.64%-дан 5.97%-ға төмендегенін көрсетеді. Сонымен, N–H байланысының үзілуі Si–H-тан басқа екінші сутегі көзі болып табылады. Босаған сутегі SiNₓ беткі аймағына қарай диффузияланып, сол жерде кремниймен қайта қосылады, сондықтан N–H үлесі сол бетке жақын жерде шын мәнінде жоғарылайды.
Оттегі де бірдей маңызды оқиғаны айтады. Al₂O₃ қабатындағы оттегі сәл төмендеді, ал SiNₓ/Al₂O₃ және Al₂O₃/Si интерфейстеріндегі оттегі артты. Бұл Al–O байланыстарының үзіліп, бос оттегінің сыртқа қарай көшетінін көрсетеді. Идеал кристалдағы Al–O байланыс энергиясы шамамен 5.3 эВ. Бірақ аморфты Al₂O₃-те төмен координацияланған алюминий иондары мен оттегі вакансиялары электрондарды ұстап, теріс зарядталып, көршілес Al–O байланысының үзілуінің активтену энергиясын шамамен 2.4 эВ-қа дейін төмендетеді. Бұл 400 нм УК жарығы (3.1 эВ) оларды үзуге жеткілікті екенін білдіреді.
УК60-ға дейін және одан кейін Al₂O₃/SiNₓ қабатының әртүрлі интерфейстеріндегі N 1s тереңдік профильді XPS спектрлері, N–Si (397.5 эВ) және N–H (399.5 эВ) байланыстары үшін сәйкестендірілген қисықтармен
O 1s XPS торлы оттегінің (OI) оттегі вакансияларына (OII) айналуын көрсетеді. Al 2p спектрлерінде Al₂O₃ үлесі 69.99%-дан 60.36%-ға төмендеп, Al–OH 30.01%-дан 39.64%-ға өсті. Si 2p спектрлерінде Si²⁺ артып, жоғары валентті кремний төмендеді. Оттегі вакансиялары пайда болғанда бөлінетін электрондар кремнийді жоғары тотығу дәрежелерінен төмендетеді. Бірге алғанда, оттегі, алюминий және кремний байланыстарындағы бұл өзгерістер Al₂O₃ қабықшасының сапасының зардап шеккенін көрсетеді.
Электрлік өнімділіктің нашарлауы
УК60-ға дейін және одан кейін TOPCon күн элементінің EQE және шағылысу қисықтары
УК60 әсері кезінде TOPCon күн элементінің алдыңғы контакт кедергісінің өзгеруі
UV60 кезінде шағылысу коэффициенті іс жүзінде өзгеріссіз қалды. EQE 500 нм төмен қысқа толқынды аймақта орташа төмендеуді көрсетті, бұл алдыңғы беттің күштірек рекомбинациясына сәйкес келеді. Алдыңғы контактінің меншікті кедергісі УК дозасымен сызықтық дерлік өсіп, 4,1 мОм·см²-ге жетті, бұл шамамен 8,6 есе жоғары. Себебі: пассивация қабатында пайда болған бос сутегі мен оттегі электрод интерфейсіне диффузияланып, тотығу-тотықсыздану реакцияларына қатысады. УК сондай-ақ күміс бетіндегі су молекулаларын гидроксил радикалдарына айналдырады және олар бірге металл электродты коррозияға ұшыратады.
UV60 әсері кезіндегі электрлік өнімділіктің нашарлау қарқыны: (a) Voc (b) Jsc (c) FF (d) Eff
Voc салыстырмалы түрде 3,46%-ға төмендеді, бұған алдыңғы беттің пассивациясының нашарлауы мен J₀-дің артуы себеп болды. FF 2,82%-ға төмендеді, бұған алдыңғы контактінің меншікті кедергісінің жоғарылауы себеп болды. Jsc тек 0,64%-ға төмендеді, өйткені қысқа толқынды EQE жоғалуы шектеулі болды. Соңғы фотоэлектрлік түрлендіру тиімділігінің жоғалуы 6,72%-ды құрады.
Қорытынды
TOPCon элементтерінің алдыңғы SiNₓ/Al₂O₃ құрылымы УК сәулеленуіне артқы құрылымға қарағанда әлдеқайда әлсіз. УК әсерінен Si–H және N–H байланыстары ретімен үзіліп, бос сутегі бөлінеді. Аморфты Al₂O₃-тегі Al–O байланыстары УК әсерінен үзіліп, бос оттегі бөлінеді және көптеген оттегі вакансиялары пайда болады. Al₂O₃ Al–OH бағытына ауысады және кремний валенттілігі өзгереді. Сутегі мен оттегінің бұл екі деградация механизмі қабаттасып, беттік рекомбинацияны нашарлатады. Алдыңғы контактінің меншікті кедергісінің күрт өсуін қосқанда, нәтижесінде тиімділік 6,72%-ға жоғалады. Бұл жұмыс TOPCon UVID түсінуге және пассивация қабаттарының ұзақ мерзімді сенімділігін арттыруға пайдалы анықтама береді.
Ooitech көзқарасы
UVID алдыңғы қабат сенімділік сыналатын жер екенін үнемі дәлелдейді, сондықтан модуль желісінде SiNₓ/Al₂O₃ тұндыру мен инкапсуляцияны қалай құру және бақылау элемент рецепті сияқты маңызды. Біздің кілттік TOPCon және PERC модуль желілерінде біз дәл осы сабақты layup, лампинация және EL жағында көреміз, шағын процестік таңдаулар панельдердің жылдар бойы ашық ауада төзімділігін шешеді. Зауыт алаңынан қосымша практикалық көзқарастар алғыңыз келсе, Ooitech YouTube арнасы www.youtube.com/ooitech - қарауға тұрарлық.
