Degradacja temperaturowa i dynamika LeTID w n-typu ogniwach słonecznych z tylnym kontaktem

Wprowadzenie produktu

Ogniwa słoneczne z międzycyfrowym kontaktem tylnym (IBC) przenoszą oba metalowe kontakty polaryzacji na tył. Przednia strona nie ma cieniowania od linii siatki, więc zalety optyczne teksturowania i powłoki antyrefleksyjnej są w pełni wykorzystane. W połączeniu z dobrą pasywacją i procesem kontaktu, n-typu IBC może osiągnąć bardzo wysokie napięcie obwodu otwartego i gęstość prądu.

Kompromisem jest wrażliwość strukturalna wbudowana w projekt. Fotogenerowane nośniki mniejszościowe muszą przemieszczać się bocznie przez bazę, zanim tylny międzycyfrowy emiter może je zebrać. Wydajność urządzenia w dużej mierze zależy od czasu życia nośników w objętości i jakości pasywacji tylnej. Gdy rekombinacja na tylnej granicy lub upływ kontaktowy zostaną aktywowane termicznie, ciemna gęstość prądu nasycenia J0 wzrasta nieproporcjonalnie, a Voc ponosi straty.

To jest dokładnie punkt wejścia tej pracy. Na n-typu ogniwie IBC, trzy zestawy dowodów są umieszczone w tym samym środowisku termicznym, aby się ze sobą powiązały: oświetlone pomiary J-V od 25 do 85°C, eksperyment naprężeniowy LeTID prowadzony przy jednym słońcu w temperaturze 45 do 85°C przez maksymalnie 960 minut oraz analiza ciemnego I-V w tym samym zakresie temperatur.

Projekt eksperymentalny

Schemat przekroju n-typu ogniwa IBC: tylne międzycyfrowe złącze p+ emitera i kontakty n+ BSF, przednie teksturowanie i ARC.

Badane ogniwo ma powierzchnię 258,3 cm², grubość płytki 151 ± 6 μm, tylny okres międzycyfrowy około 480 μm oraz szerokości palców emitera i BSF wynoszące odpowiednio około 250 μm i 90 μm. Pomiary oświetlone prowadzono przy AM1.5G, 100 mW/cm². W każdym punkcie temperaturowym, po stabilizacji termicznej, uśredniono pięć skanów. Naprężenie LeTID mierzono bezpośrednio w temperaturze naprężenia, bez schładzania w trakcie testu, i rejestrowano w odstępach wykładniczych co 1, 2, 4, 8 minut i tak dalej. Każdy parametr znormalizowano do jego wartości początkowej, co oddziela wewnętrzną dynamikę degradacji od chwilowego efektu współczynnika temperaturowego.

Czułość termiczna w stanie ustalonym

Znormalizowana ewolucja termiczna czterech parametrów względem ich własnych wartości w 25°C.

W 25°C ogniwo wykazuje Jsc około 38,6 mA/cm², Voc około 0,743 V, FF około 79% i sprawność około 22,7%. Po podgrzaniu do 85°C, Jsc wzrasta tylko o około 3% (+0,0203 mA·cm⁻²·K⁻¹, mniej więcej +0,05%/K). Voc spada liniowo o −1,4 mV/K (około −0,2%/°C). Sprawność spada o około 9%, a FF prawie się nie zmienia.

Niewielki wzrost prądu wynika ze zwężenia pasma wzbronionego. Zgodnie z zależnością Varshniego krawędź absorpcji przesuwa się w kierunku dłuższych fal, więc fotogeneracja nieznacznie wzrasta. Szybki spadek napięcia wynika z wykładniczego wzrostu J0(T), kontrolowanego przez koncentrację nośników samoistnych i aktywność rekombinacji. Voc skaluje się z ln(Jsc/J0), więc umiarkowany wzrost J0 wystarczy, aby spowodować mierzalną stratę.

Ten współczynnik temperaturowy mieści się w zakresie od −1,3 do −1,6 mV/K, typowym dla wysokiej jakości krystalicznych ogniw krzemowych. Wskazuje na ogniwo ograniczone rekombinacją, a nie rezystancją lub transportem. Po normalizacji ranking jest równie jasny: w 85°C Voc spada o około 15%, sprawność o około 9%, FF pozostaje w granicach ±1%, a Jsc faktycznie wzrasta o około 3%.

Dynamika LeTID

Dynamika degradacji LeTID.

Pomiar stanu ustalonego odpowiada tylko na pytanie „jak gorąco”. Eksperyment naprężeniowy LeTID uzupełnia odpowiedź na pytanie „jak to się zmienia w czasie”. W 85°C Voc spada szybko w pierwszych 10–30 minutach, a następnie powoli zbliża się do quasi-nasycenia. W niższych temperaturach spadek jest znacznie łagodniejszy. Po 960 minutach Voc spada do około 0,69 V, Jsc pozostaje w granicach ±2% przez cały czas, FF nieznacznie się waha, a w oknie eksperymentalnym nie pojawia się regeneracja. Ponieważ pomiary przeprowadzono w temperaturze naprężenia po ustabilizowaniu termicznym, wczesny spadek napięcia należy przypisać szybkiej aktywacji stanów defektowych, a nie przejściowej równowadze termicznej. Stabilne Jsc wskazuje, że fotogeneracja i ekstrakcja w zwarciu nie zostały naruszone, więc dominująca strata nie jest ograniczona generacją. Autorzy zauważają również ograniczenie: nie przeprowadzono kontrolnego eksperymentu z wyżarzaniem w ciemności, więc nie można całkowicie wykluczyć udziału czystego efektu termicznego.

Weryfikacja w stanie ciemnym

Ciemne zachowanie elektryczne i kanały upływu: (a) ciemne krzywe J-V, (b) rezystancja różniczkowa, (c) ekstrahowana rezystancja bocznikowa i szeregowa, (d) analiza Arrheniusa przewodności bocznikowej dająca Ea ≈ 1,10 eV.

Ciemna charakterystyka I-V podchodzi do tego samego problemu z zewnątrz obszaru oświetlonego. Prąd przewodzenia wyraźnie rośnie wraz z temperaturą. Nachylenie przy niskim napięciu pokazuje wyraźny spadek rezystancji bocznikowej, podczas gdy obszar wysokiego prądu zmienia się niewiele. Zatem ewolucja rezystancji napędzana temperaturą jest zdominowana przez aktywację prądów upływu, a nie degradację rezystancji szeregowej. Współczynnik idealności utrzymuje się na poziomie 1,05 do 1,25, co oznacza, że dominuje rekombinacja dyfuzyjna, z możliwym udziałem SRH w wysokiej temperaturze.

Analiza Arrheniusa przewodności bocznikowej daje dobrą liniową zależność ln(1/Rsh) od 1/T (R² = 0,97), z energią aktywacji 1,10 ± 0,08 eV. Jest to porównywalne z przerwą energetyczną krzemu (około 1,12 eV) i mieści się w zakresie 0,8 do 1,2 eV raportowanym dla LeTID. Energia aktywacji na poziomie przerwy energetycznej jest często związana z przewodnictwem wspomaganym przez defekty głębokich poziomów, ale nie można wykluczyć udziału koncentracji nośników samoistnych. Wspiera to zatem termicznie aktywowane zachowanie upływu bez wskazania konkretnego rodzaju defektu.

Ujednolicone Ramy i Ekstrapolacja Polowa

Trzy linie dowodów zbiegają się w jednym fenomenologicznym modelu: J0(t, T) = J0,intr(T) + A·Ndef(t, T). Na samoistny prąd nasycenia nakłada się termicznie aktywowany wkład defektów, który ewoluuje w czasie i temperaturze. Przekłada się to następnie na stratę napięcia poprzez Voc = (nkT/q)·ln(Jsc/(J0 + 1)). Wzmocnienie rekombinacji i aktywacja prądów upływu działają równolegle w tym samym wyrażeniu. W ten sposób stacjonarny współczynnik temperaturowy, dynamika LeTID i ewolucja ciemnego upływu są ze sobą powiązane. Model nie identyfikuje konkretnego rodzaju defektu.

Ekstrapolacja do pracy na zewnątrz: przy wysokim napromieniowaniu temperatury ogniw modułów często wynoszą 50 do 65°C. Używając −1,4 mV/K, 60°C względem 25°C oznacza około 49 mV straty napięcia, a przyspieszony temperaturą LeTID dodaje dodatkową stratę zależną od czasu. Wnioski dotyczą tylko zmierzonego ogniwa. Dla ogniw TOPCon z kontaktem tylnym i HJT z kontaktem tylnym są one jedynie jakościowym odniesieniem: wielkość degradacji, energia aktywacji i dynamika regeneracji zależą od schematu pasywującego kontaktu każdego z nich, jakości interfejsu, dystrybucji wodoru i stabilności termicznej, i zasługują na dedykowane badania porównawcze. Dla wysokowydajnych ogniw z kontaktem tylnym w ciepłych klimatach, odporność napięciowa i długoterminowy uzysk energii ostatecznie zależą od stabilności pasywacji tylnej i zarządzania defektami.

Opinia Ooitech

To, co nas tutaj uderza, to jak duża część tych 49 mV strat na zewnątrz występuje po stronie tylnej, gdzie jakość pasywacji i kontaktu decyduje o długoterminowym Voc. Na linii modułów historia jest taka sama: sposób cięcia, łączenia i laminowania ogniwa IBC decyduje o tym, czy ta stabilność tylnej strony przetrwa w terenie. Budując linie pod klucz dla układów IBC i HPBC, postrzegamy odporność na LeTID jako problem procesowy i materiałowy, a nie tylko ogniwowy. Warto śledzić nasz kanał na YouTube www.youtube.com/ooitech jeśli chcesz zobaczyć, jak faktycznie buduje się moduły z tylnymi kontaktami.