Mga TOPCon Cell sa Ilalim ng Damp Heat: Bakit Nauuna ang Pagkabigo ng Likod na Bahagi
Talaan ng Nilalaman
Panimula
Ang TOPCon ay pumalit sa karamihan ng high-efficiency c-Si market, ngunit ang pangmatagalang field reliability ay isa pa ring moving target. Isang mahinang punto ang patuloy na lumalabas sa damp-heat studies: ang rear passivation stack. Isang kamakailang pag-aaral (Tong et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188) ang nagpahiwatig kung ano talaga ang nangyayari kapag ang sodium salts ay dumapo sa cell surface at nananatili sa ilalim ng 85°C/85% RH. Ang maikling bersyon — ang rear SiNₓ layer ang mahinang bahagi, at isang manipis na ALD AlOₓ film ang nag-aayos ng karamihan dito.
Mga pangunahing natuklasan
Ang rear SiNₓ layer ang damp-heat weak point. Ang sodium acetate (CH₃COONa) ay nagpababa ng rear open-circuit voltage (Voc) ng 5.8% at nagpataas ng series resistance (Rₛ) ng 450%.
Pinapabilis ng sodium salts ang surface oxidation at nitrogen loss. Ipinakita ng XPS na ang rear Si/N atomic ratio ay tumaas mula 1.3 hanggang 23, at O/N mula 1.6 hanggang 53.
Ang isang 10nm ALD Al₂O₃ barrier ay gumawa ng malaking pagkakaiba — ang PCE loss sa ilalim ng CH₃COONa contamination ay bumaba mula 16% hanggang 0.4% lamang.
Ang front passivation ay mas matibay. Ang AlOₓ/SiOᵧNᵣ multilayer ay humaharang sa sodium diffusion, kaya ang contamination doon ay nagdulot lamang ng 0.87% PCE loss.
Ang dalawang contaminants ay kumikilos nang magkaiba: ang sodium acetate ay umaatake sa metal contact, habang ang sodium chloride (NaCl) ay pangunahing nag-o-oxidize ng passivation layer.
Background
Ang pangunahing tanong ay simple sabihin, ngunit mas mahirap sagutin: bakit bumababa ang performance ng TOPCon cells sa ilalim ng damp heat kapag may sodium salts, at bakit ang rear passivation ang mas malala ang epekto (Kyranaki et al., 2022)?
Kung saan ang mga gaps
Karamihan sa mga naunang pag-aaral ay nakatuon sa kaagnasan ng metal contact (Iqbal et al., 2023), ngunit walang sistematikong tumingin sa chemical breakdown ng mismong passivation layer. Ang front at rear stacks ay iba ang pagkakagawa — ang front ay AlOₓ/SiNₓ/SiOᵧNᵣ, ang rear ay SiNₓ sa ibabaw ng doped poly-Si — at ang kanilang corrosion resistance ay hindi kailanman direktang inihambing (Feldmann et al., 2014). Bukod pa rito, ang dalawang karaniwang contaminants (CH₃COONa vs. NaCl) ay inaakalang pareho ang kilos, ngunit hindi (Li et al., 2021).
Ang pagkuha ng tama nito ay mahalaga para sa tunay na pera. Ang mga PV plant ay ibinebenta sa isang 25-taong pangako ng habang-buhay (Peters et al., 2021), at ang rear-side failure mode na lumalabas sa ilalim ng humidity ay eksaktong uri ng bagay na kumakain doon.
Pamamaraan
Ang workflow ay pinanatiling malapit sa tunay na production flow: industrial TOPCon cells → local spray ng sodium salt sa front o rear surface → accelerated damp heat (85°C/85% RH) → electrical at chemical characterization → test ng ALD AlOₓ barrier → alamin ang protection mechanism.
Ano ang bago dito
Sa teorya, ito ang unang pag-aaral na tumuturo sa nitrogen loss sa rear SiNₓ layer bilang pangunahing driver ng Voc drop. Sa praktikal na bahagi, ang 10nm AlOₓ layer ay tumatakbo sa standard industrial ALD tooling at nagkakahalaga lamang ng mga 0.01% sa absolute efficiency. At metodolohikal, ang team ay bumuo ng cell-level DH test kung saan ang 20 oras ay kumakatawan sa ilang taon ng outdoor aging (Sen et al., 2023).
Ang logic chain ay madaling sundan: ang rear contamination ay nagdudulot ng matalim na Voc drop, na direktang tumuturo sa passivation failure. Kinukumpirma ng XPS ang SiNₓ oxidation reaction at ang sodium diffusion path na binubuksan nito. Idagdag ang AlOₓ layer, harangan ang sodium, at kinukumpirma ng PL imaging na ang mga defects ay nasugpo.
Mga Paraan
Paghahanda ng sample
| Item | Detalye |
|---|---|
| Istraktura ng cell | n-type TOPCon. Front: boron-diffused emitter + AlOₓ/SiNₓ/SiOᵧNᵣ, ARC. Rear: SiO₂/phosphorus-doped poly-Si + SiNₓ, ARC |
| Contaminant | 0.155 mol/L CH₃COONa o NaCl solution, 0.3 g bawat sample, local spray |
| ALD barrier | 10nm AlOₓ, idineposito sa 150°C (Leadmicro QL200) |
| Damp heat | 85°C/85% RH, 20 oras (ASLi environmental chamber) |
Paano ito sinukat
I-V parameters (Pmax, Voc, FF, Jsc) sa pamamagitan ng LOANA system (pv-tools).
Passivation quality sa pamamagitan ng effective minority carrier lifetime (τ_eff).
Kimika ng ibabaw sa pamamagitan ng XPS at SEM-EDS.
Mga resulta at talakayan
Pagkasira ng kuryente
Ang likurang bahagi ay malinaw na sensitibo. Ang CH₃COONa sa likuran ay nagpababa ng Voc ng 5.8%, nagtaas ng Rₛ ng 450% (Talahanayan 1), at nagbawas ng intensity ng PL ng 37.3% (Fig. 3a). Ang parehong paggamot sa harapan ay nagdulot lamang ng 0.87% PCE. Parehong asin, ibang-iba ang resulta depende sa kung aling mukha ito tumama.
Pagkasira ng kemikal ng passivation
Ipinakita ng XPS sa likurang ibabaw ang pagtaas ng bahagi ng Si-O bond (Fig. 5b), na ang O/N atomic ratio ay mula 1.6 sa kontrol hanggang 53 sa pangkat ng CH₃COONa. Ang mekanismo ay pagkawala ng nitrogen — ang damp heat ay nag-hydrolyze ng SiNₓ at sumisira sa surface passivation.
Ano ang ginagawa ng AlOₓ barrier
Sa pagkakaroon ng 10nm ALD AlOₓ, ang pagkawala ng PCE sa ilalim ng rear CH₃COONa contamination ay bumaba mula 16% hanggang 0.4%, at nanatili ang Voc (Fig. 6a). Ipinakita ng SEM-EDS na ang sodium content ay bumaba ng 86% sa mga sample ng AlOₓ (Fig. 6c), at walang ipinakitang defect activation ang PL (Fig. 6b). Ang barrier ay eksaktong ginagawa ang gusto mo — pinipigilan ang sodium na pumasok.
Konklusyon
Mga pangunahing takeaways
Ang rear SiNₓ layer ay nag-hydrolyze at nag-o-oxidize sa ilalim ng damp heat at sodium salt, na nagpapababa ng Voc at nagpapataas ng Rₛ (suportado ng XPS/EDS, Fig. 4-5). Ang isang 10nm AlOₓ layer ay humaharang sa sodium diffusion at pinapanatili ang DH85 PCE loss na mas mababa sa 1% (Fig. 6a). At ang front AlOₓ/SiOᵧNᵣ multilayer ay intrinsically corrosion-resistant, kaya ang contamination doon ay halos hindi naitala.
Bakit ito kapaki-pakinabang
Ang AlOₓ barrier ay maaaring direktang ilagay sa TOPCon mass production sa mga tool tulad ng Leadmicro QL200. Sa hinaharap, ang pagsasama ng AlOₓ sa SiNₓ sa double-glass module encapsulation ay maaaring pahabain ang buhay ng planta sa mga mahalumigmig na rehiyon.
Kaunting background
TOPCon structure: isang tunnel oxide (SiO₂) at doped poly-Si passivating contact, na nagbabawas ng recombination sa metal (Feldmann et al., 2014).
ALD: layer-by-layer nano-film growth, nagbibigay ng uniform nanometer-scale AlOₓ coverage.
DH testing: 85°C/85% RH accelerated aging upang gayahin ang module degradation sa mahalumigmig na klima.
SiNₓ passivation: hydrogenated silicon nitride, maganda para sa anti-reflection at surface passivation, ngunit may dangling bonds at madaling mag-hydrolyze.
Mga Sanggunian
Tong H. et al., Mitigating contaminant-induced degradation in TOPCon solar cells via ALD AlOₓ barrier, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188
Feldmann F. et al., Passivated rear contacts for high-efficiency n-type Si solar cells, Solar Energy Materials and Solar Cells 120 (2014) 270–274.
Li X. et al., Accelerated damp-heat testing of TOPCon cells using NaCl, Solar Energy Materials and Solar Cells 262 (2023) 112554.
Peters I.M. et al., The value of stability in photovoltaics, Joule 5 (2021) 3137–3153.
Pananaw ng Ooitech
Ang kapansin-pansin dito ay kung gaano kalaki ang bahagi ng kwento ng pagiging maaasahan na nasa rear passivation stack, hindi sa headline ng disenyo ng cell. Sa isang tunay na linya, ang dagdag na 10nm ALD AlOₓ na hakbang ay murang seguro para sa mga proyekto sa mahalumigmig na klima, at ito ay umaangkop sa karaniwang produksyon ng modyul nang walang gaanong abala. Kami ay nagtatayo ng turnkey module lines mula simula hanggang dulo, kaya't binabantayan naming mabuti ang mga natuklasang tulad nito — ang maliliit na pagbabago sa proseso sa itaas ay madalas na nagpapasya kung ang isang planta ay tatagal ng 25 taon. Kung gusto mo ng higit pa mula sa pabrika, ang Ooitech YouTube channel (www.youtube.com/ooitech) ay worth a follow.
