การเสื่อมสภาพจากอุณหภูมิและพลศาสตร์ LeTID ในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด n-Type แบบ Back-Contact

แนะนำผลิตภัณฑ์

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด interdigitated back-contact (IBC) ย้ายหน้าสัมผัสโลหะทั้งสองขั้วไปไว้ด้านหลัง ด้านหน้าไม่มีเงาจากเส้นกริด ดังนั้นข้อดีทางแสงของการทำพื้นผิวและสารเคลือบป้องกันการสะท้อนจึงแสดงออกมาเต็มที่ เมื่อรวมกับกระบวนการพาสซิเวชันและหน้าสัมผัสที่ดี เซลล์ n-type IBC สามารถมีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและความหนาแน่นกระแสสูงมาก

ข้อแลกเปลี่ยนคือความไวต่อโครงสร้างที่ออกแบบไว้ เจ้าหน้าที่พาหะส่วนน้อยที่เกิดจากแสงต้องเดินทางตามขวางผ่านฐานก่อนที่ตัวปล่อย interdigitated ด้านหลังจะเก็บได้ ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับอายุการใช้งานของวัสดุและคุณภาพการพาสซิเวชันด้านหลังอย่างมาก เมื่อการรวมตัวใหม่ที่อินเทอร์เฟซด้านหลังหรือการรั่วไหลของหน้าสัมผัสถูกกระตุ้นด้วยความร้อน ความหนาแน่นกระแสอิ่มตัวในความมืด J0 จะเพิ่มขึ้นอย่างไม่สมส่วน และ Voc จะได้รับผลกระทบ

นั่นคือจุดเริ่มต้นของงานนี้ บนเซลล์ n-type IBC มีหลักฐานสามชุดถูกวางในสภาพแวดล้อมความร้อนเดียวกันเพื่อให้สอดคล้องกัน: การวัด illuminated J-V ตั้งแต่ 25 ถึง 85°C การทดลองความเครียด LeTID ภายใต้แสงหนึ่งดวงอาทิตย์ที่ 45 ถึง 85°C นานสูงสุด 960 นาที และการวิเคราะห์ dark I-V ในช่วงอุณหภูมิเดียวกัน

การออกแบบการทดลอง

แผนผังภาพตัดขวางของเซลล์ n-type IBC: หน้าสัมผัส p+ emitter และ n+ BSF แบบ interdigitated ด้านหลัง, การทำพื้นผิวและ ARC ด้านหน้า

เซลล์ทดสอบมีพื้นที่ 258.3 ซม.² ความหนาของเวเฟอร์ 151 ± 6 μm คาบ interdigitated ด้านหลังประมาณ 480 μm และความกว้างของนิ้ว emitter และ BSF ประมาณ 250 μm และ 90 μm การวัดภายใต้แสงดำเนินการที่ AM1.5G, 100 mW/cm² ที่แต่ละจุดอุณหภูมิ หลังจากการรักษาเสถียรภาพทางความร้อน ค่าเฉลี่ยจากการสแกนห้าครั้งถูกนำมาใช้ ความเครียด LeTID วัดโดยตรงที่อุณหภูมิความเครียด โดยไม่ทำให้เย็นลงระหว่างการทดสอบ และบันทึกที่ช่วงเวลาแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล 1, 2, 4, 8 นาที และต่อไปเรื่อยๆ พารามิเตอร์แต่ละตัวถูกทำให้เป็นปกติด้วยค่าเริ่มต้น ซึ่งแยกพลศาสตร์การเสื่อมสภาพที่แท้จริงออกจากผลของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิชั่วขณะ

ความไวต่ออุณหภูมิในสภาวะคงตัว

พารามิเตอร์สี่ตัวมีการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนแบบปกติเทียบกับค่าที่ 25°C ของตัวเอง

ที่ 25°C เซลล์แสดง Jsc ประมาณ 38.6 mA/cm², Voc ประมาณ 0.743 V, FF ประมาณ 79% และประสิทธิภาพประมาณ 22.7% เมื่อให้ความร้อนถึง 85°C, Jsc เพิ่มขึ้นเพียงประมาณ 3% (+0.0203 mA·cm⁻²·K⁻¹, ประมาณ +0.05%/K) Voc ลดลงเป็นเส้นตรงที่ −1.4 mV/K (ประมาณ −0.2%/°C) ประสิทธิภาพลดลงประมาณ 9% และ FF แทบไม่เปลี่ยนแปลง

การเพิ่มขึ้นของกระแสเล็กน้อยมาจากการแคบลงของแถบพลังงาน ภายใต้ความสัมพันธ์ของ Varshni ขอบการดูดกลืนเลื่อนไปทางความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น ดังนั้นการสร้างโฟโตเจนเนอเรชันจึงเพิ่มขึ้นเล็กน้อย การสลายตัวอย่างรวดเร็วของแรงดันไฟฟ้ามาจากการเติบโตแบบเอกซ์โปเนนเชียลของ J0(T) ซึ่งควบคุมโดยความเข้มข้นของตัวพาภายในและกิจกรรมการรวมตัวใหม่ Voc ปรับตาม ln(Jsc/J0) ดังนั้นการเพิ่มขึ้นปานกลางของ J0 ก็เพียงพอที่จะทำให้เกิดการสูญเสียที่วัดได้

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมินี้อยู่ในช่วง −1.3 ถึง −1.6 mV/K ซึ่งพบได้ทั่วไปในอุปกรณ์ซิลิคอนผลึกคุณภาพสูง มันบ่งชี้ว่าเซลล์ถูกจำกัดด้วยการรวมตัวใหม่ มากกว่าที่จะถูกจำกัดด้วยความต้านทานหรือการขนส่ง หลังจากการทำให้เป็นปกติ การจัดอันดับก็ชัดเจนเช่นกัน: ที่ 85°C Voc ลดลงประมาณ 15%, ประสิทธิภาพประมาณ 9%, FF อยู่ในช่วง ±1% และ Jsc เพิ่มขึ้นจริงประมาณ 3%

พลศาสตร์ของ LeTID

พลศาสตร์การเสื่อมสภาพของ LeTID

การวัดในสภาวะคงที่ตอบเพียงว่า "ร้อนแค่ไหน" การทดลองความเครียด LeTID เติมเต็มในส่วน "มันเปลี่ยนแปลงตามเวลาอย่างไร" ที่ 85°C, Voc ลดลงอย่างรวดเร็วใน 10 ถึง 30 นาทีแรก จากนั้นค่อยๆ เข้าใกล้การอิ่มตัวกึ่งหนึ่ง ที่อุณหภูมิต่ำกว่าการสลายตัวจะเบากว่ามาก หลังจาก 960 นาที Voc ลดลงเหลือประมาณ 0.69 V, Jsc อยู่ในช่วง ±2% ตลอดเวลา, FF แกว่งเล็กน้อย และไม่มีการฟื้นตัวปรากฏภายในกรอบเวลาการทดลอง เนื่องจากการวัดทำที่อุณหภูมิความเครียดหลังจากการรักษาเสถียรภาพทางความร้อน การลดลงของแรงดันไฟฟ้าในช่วงแรกควรเกิดจากการกระตุ้นสถานะข้อบกพร่องอย่างรวดเร็ว มากกว่าการสมดุลทางความร้อนชั่วคราว Jsc ที่คงที่บ่งชี้ว่าการสร้างโฟโตเจนเนอเรชันและการดึงกระแสลัดวงจรไม่ได้รับผลกระทบ ดังนั้นการสูญเสียหลักจึงไม่ได้ถูกจำกัดด้วยการสร้าง ผู้เขียนยังสังเกตข้อจำกัด: ไม่มีการทดลองควบคุมการอบในที่มืด ดังนั้นจึงไม่สามารถตัดทอนผลกระทบทางความร้อนบริสุทธิ์ได้อย่างสมบูรณ์

การตรวจสอบในสภาวะมืด

พฤติกรรมไฟฟ้าในสภาวะมืดและช่องทางการรั่วไหล: (a) เส้นโค้ง J-V ในที่มืด, (b) ความต้านทานเชิงอนุพันธ์, (c) ความต้านทานแบบแบ่งและอนุกรมที่สกัดได้, (d) การวิเคราะห์ Arrhenius ของค่าการนำไฟฟ้าแบบแบ่งให้ Ea ≈ 1.10 eV

การวิเคราะห์ I-V ในที่มืดเข้าถึงปัญหาเดียวกันจากภายนอกช่วงการส่องสว่าง กระแสไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนตามอุณหภูมิ ความชันที่ไบอัสต่ำแสดงให้เห็นว่าความต้านทาน shunt ลดลงอย่างชัดเจน ในขณะที่บริเวณกระแสสูงเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานที่ขับเคลื่อนด้วยอุณหภูมิจึงถูกครอบงำโดยการกระตุ้นการรั่วไหล ไม่ใช่การเสื่อมของความต้านทานอนุกรม ค่า ideality factor คงที่ที่ 1.05 ถึง 1.25 หมายความว่าการรวมตัวแบบ diffusion ครอบงำ โดยอาจมีการมีส่วนร่วมของ SRH ที่อุณหภูมิสูง

การวิเคราะห์ Arrhenius ของค่าการนำ shunt ให้ความพอดีเชิงเส้นที่ดีของ ln(1/Rsh) เทียบกับ 1/T (R² = 0.97) โดยมีพลังงานกระตุ้น 1.10 ± 0.08 eV ซึ่งเทียบได้กับแถบพลังงานของซิลิคอน (ประมาณ 1.12 eV) และอยู่ในช่วง LeTID ที่รายงานไว้ที่ 0.8 ถึง 1.2 eV พลังงานกระตุ้นระดับแถบพลังงานมักเชื่อมโยงกับการนำไฟฟ้าที่ช่วยโดยข้อบกพร่องระดับลึก แต่ไม่สามารถตัดทิ้งการมีส่วนร่วมของความเข้มข้นพาหะภายในได้ ดังนั้นจึงสนับสนุนพฤติกรรมการรั่วไหลที่ถูกกระตุ้นด้วยความร้อนโดยไม่ระบุชนิดข้อบกพร่องเฉพาะ

กรอบแนวคิดแบบรวมและการคาดการณ์ภาคสนาม

หลักฐานสามแนวมาบรรจบกันเป็นกรอบแนวคิดเชิงปรากฏการณ์เดียว: J0(t, T) = J0,intr(T) + A·Ndef(t, T) บนกระแสอิ่มตัวภายในมีส่วนของข้อบกพร่องที่ถูกกระตุ้นด้วยความร้อนซึ่งเปลี่ยนแปลงตามเวลาและอุณหภูมิ จากนั้นแปลงเป็นการสูญเสียแรงดันผ่าน Voc = (nkT/q)·ln(Jsc/(J0 + 1)) การเพิ่มการรวมตัวและการกระตุ้นการรั่วไหลทำงานคู่ขนานภายในนิพจน์เดียวกัน ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิในสภาวะคงที่ พลศาสตร์ LeTID และวิวัฒนาการการรั่วไหลในที่มืดจึงเชื่อมโยงกัน กรอบแนวคิดนี้ไม่ได้ระบุชนิดข้อบกพร่องเฉพาะ

การคาดการณ์ไปยังการทำงานกลางแจ้ง: ภายใต้ความเข้มแสงสูง อุณหภูมิเซลล์ของโมดูลมักอยู่ที่ 50 ถึง 65°C การใช้ค่า −1.4 mV/K ที่ 60°C เทียบกับ 25°C หมายถึงการสูญเสียแรงดันประมาณ 49 mV และ LeTID ที่เร่งด้วยอุณหภูมิเพิ่มการสูญเสียที่ขึ้นกับเวลาอีกชั้นหนึ่ง ข้อสรุปใช้ได้เฉพาะกับเซลล์ที่วัดเท่านั้น สำหรับ TOPCon แบบ back-contact และ HJT แบบ back-contact ข้อสรุปนี้เป็นเพียงการอ้างอิงเชิงคุณภาพ: ขนาดการเสื่อม พลังงานกระตุ้น และพลศาสตร์การฟื้นฟูขึ้นอยู่กับรูปแบบการสัมผัสแบบ passivating คุณภาพอินเทอร์เฟซ การกระจายไฮโดรเจน และความเสถียรทางความร้อนของแต่ละแบบ และสมควรได้รับการศึกษาเปรียบเทียบโดยเฉพาะ สำหรับอุปกรณ์ back-contact ประสิทธิภาพสูงในสภาพอากาศร้อน ความทนทานต่อแรงดันและผลผลิตพลังงานระยะยาวท้ายที่สุดขึ้นอยู่กับความเสถียรของการ passivation ด้านหลังและการจัดการข้อบกพร่อง

มุมมองของ Ooitech

สิ่งที่สะดุดตาสำหรับเราที่นี่คือการสูญเสียกลางแจ้ง 49 mV นั้นส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ด้านหลัง ซึ่งคุณภาพของการพาสซิเวชันและการสัมผัสเป็นตัวกำหนดว่า Voc ในระยะยาวจะดีหรือไม่ บนสายการผลิตโมดูลก็เป็นเรื่องเดียวกัน: วิธีที่คุณตัด จัดเรียง และเคลือบเซลล์ IBC จะเป็นตัวกำหนดว่าความเสถียรด้านหลังนั้นจะอยู่รอดในภาคสนามหรือไม่ เนื่องจากเราได้สร้างสายการผลิตแบบเทิร์นคีย์สำหรับรูปแบบ IBC และ HPBC เราจึงมองว่าความทนทานต่อ LeTID เป็นปัญหาทั้งด้านกระบวนการและวัสดุ ไม่แพ้ปัญหาด้านเซลล์ น่าติดตามช่อง YouTube ของเรา www.youtube.com/ooitech หากคุณต้องการเห็นว่าโมดูลแบบแบ็คคอนแทคถูกสร้างขึ้นจริงอย่างไร