Ang responsibilidad sa editoryal para sa artikulong ito ay nasa Wuhan Ooi Photoelectric Technology Co., Ltd. Isinulat at sinuri ng pangkat editoryal ng Ooitech. Tingnan ang aming patakaran sa editoryal para sa kung paano kami nagsusulat, saan ginagamit ang mga AI tool, at kung paano humiling ng pagwawasto.
UVID sa TOPCon Solar Cells: Non-Contact IV Testing
Talaan ng Nilalaman
Mabilis na sagot: Ang pananaliksik sa UVID ng TOPCon cells ay gumagamit ng non-contact IV testing dahil ang degradation ay lumalala sa paglipas ng exposure time at ang pagsukat mismo ay hindi dapat magbago sa sinusukat. Ang pagprobe sa isang cell upang kumuha ng IV reading ay bahagyang nakakasira sa metallisation, na magpapatong-patong sa paulit-ulit na pagsukat at gagawing hindi mabasa ang degradation curve. Ang mga non-contact na pamamaraan ay nagbabasa ng cell sa optikal na paraan, kaya ang parehong sample ay maaaring subaybayan sa buong UV exposure sequence. Ang mga stress conditions sa gawaing ito ay gumagamit ng UV exposure sa 60 °C sa 120 nm, 400 nm at 500 nm spectral ranges, na may mga sample na itinalagang UV60. Ang kalamangan ng TOPCon kumpara sa mga naunang arkitektura ay nagmumula sa surface passivation at carrier selectivity nito, at ang UVID ang mekanismong umaatake nang eksakto sa mga katangiang iyon, kaya ito ay sinusubaybayan nang hiwalay mula sa damp-heat performance.
PV Module Manufacturing · ni Jerry, Ooitech
Introduction
TOPCon solar cells na ngayon ang nangingibabaw sa PV market dahil sa matibay na surface passivation at carrier-selective contacts. Ngunit ang outdoor operation ay naglalantad ng tunay na kahinaan: UV induced degradation, o UVID. Pagkatapos ng UV60 irradiation, bumaba ang efficiency nang hanggang 6.72%.
Karamihan sa mga naunang gawain ay sinisi ang UVID sa high-energy photons na sumisira sa Si–H bonds at naglalabas ng free hydrogen. Bahagi lamang iyon ng kuwento. Ang solar UV spectrum ay sumasaklaw sa malawak na 3.1–4.43 eV energy range, kaya ang interaksyon nito sa front-surface layers ay lumalampas sa isang Si–H rupture pathway. At ang front Al₂O₃ / SiNₓ stack ay mas mahina laban sa UV kaysa sa rear side.
Malaki ang naitutulong ng non-contact IV tester dito. Ito ay non-destructive, gumagamit ng zero consumables, tumatakbo sa millisecond speed, gumagana sa BC at busbar-free designs, at kumukuha ng IV, EQE at PL parameters sa isang shot.
Gumagamit ang pag-aaral na ito ng ToF-SIMS at depth-profiling XPS upang subaybayan ang element distribution at chemical bond changes sa Al₂O₃ / SiNₓ layers bago at pagkatapos ng UV60. Ang natuklasan: ang N–H bond breaking ay pangalawang hydrogen source kasama ng Si–H. Ang Al–O bonds sa amorphous Al₂O₃ ay nasisira ng UV at lumilikha ng malaking bilang ng oxygen vacancies. Ang hydrogen at oxygen mechanisms ay nagpapatong-patong at nagpapalala sa surface recombination, na nagbibigay ng malinaw na direksyon para sa pagpapabuti ng passivation reliability.
Experimental Method
(a) TOPCon solar cell structure schematic (b) symmetric front-structure sample (c) symmetric rear-structure sample
Ang symmetric front-structure samples (SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ) at symmetric rear-structure samples (na may SiOₓ/n⁺-poly-Si layer) ay inihanda. Ang UV aging ay isinagawa sa module level. Ang light source ay pangunahing UV-A na may humigit-kumulang 11% UV-B, sa ilalim ng 60°C at 30% humidity.
Spectral irradiance ng UV light source
Front vs Rear Structure: Paghahambing ng UV Resistance
Mga pagbabago sa (a) τeff sa injection carrier concentration na 1×10¹⁵ cm⁻³, (b) iVoc, at (c) single-side J₀ para sa symmetric front- at rear-structure samples sa panahon ng UV exposure
Ang symmetric rear structure ay halos hindi nagdegrade pagkatapos ng 60 kWh·m⁻² ng UV exposure. Ang 120 nm makapal na poly-Si layer nito ay sumisipsip ng halos lahat ng UV light at nagbibigay ng epektibong shielding.
Iba ang kuwento ng front structure. Bumaba ang τeff mula 2895.6 μs hanggang 1552.8 μs. Bumaba ang iVoc mula 735.5 mV hanggang 715.2 mV. Tumalon ang single-side J₀ hanggang 18.4 fA·cm⁻², humigit-kumulang tatlong beses ang initial value. Ang Al₂O₃ / SiNₓ passivation ay labis na nagdegrade.
Ebolusyon ng Chemical Composition
Intensity depth profiles ng (a) hydrogen at (b) oxygen sa polished symmetric front-structure sample bago at pagkatapos ng UV60, na sinusukat ng ToF-SIMS
Ipinapakita ng ToF-SIMS na ang hydrogen concentration ay malinaw na tumataas pagkatapos ng UV exposure, lalo na sa loob ng SiNₓ layer. Ang N 1s XPS depth profiling ay nagpapakita na sa SiNₓ / Al₂O₃ interface, ang N–H bond fraction ay bumaba mula 9.64% hanggang 5.97%. Kaya ang N–H bond breaking ang pangalawang hydrogen source bukod sa Si–H. Ang na-release na hydrogen ay nagdidi-puso patungo sa SiNₓ surface region at muling nagsasama sa silicon doon, kaya ang N–H fraction ay tumataas malapit sa surface na iyon.
Ang oxygen ay may pantay na mahalagang kuwento. Bahagyang bumaba ang oxygen sa Al₂O₃ layer, habang tumaas ang oxygen sa SiNₓ/Al₂O₃ at Al₂O₃/Si interfaces. Ito ay nagtuturo sa Al–O bonds na nasisira at free oxygen na lumalabas. Ang Al–O bond energy sa ideal crystal ay humigit-kumulang 5.3 eV. Ngunit sa amorphous Al₂O₃, ang under-coordinated aluminum ions at oxygen vacancies ay nagtatrap ng electrons at nagiging negatively charged, na nagpapababa sa activation energy para sa katabing Al–O bond rupture sa humigit-kumulang 2.4 eV. Ibig sabihin, ang 400 nm UV light (3.1 eV) ay sapat na upang basagin ang mga ito.
N 1s depth-profiling XPS spectra sa iba't ibang interfaces ng Al₂O₃/SiNₓ layer bago at pagkatapos ng UV60, na may fitted curves para sa N–Si (397.5 eV) at N–H (399.5 eV) bonds
Ipinapakita ng O 1s XPS ang lattice oxygen (OI) na nagko-convert sa oxygen vacancies (OII). Sa Al 2p spectra, bumaba ang Al₂O₃ fraction mula 69.99% hanggang 60.36% habang tumaas ang Al–OH mula 30.01% hanggang 39.64%. Sa Si 2p spectra, tumaas ang Si²⁺ habang bumaba ang higher-valence silicon. Ang mga electron na inilabas kapag nabuo ang oxygen vacancies ay nagpapababa sa silicon mula sa mas mataas na oxidation states. Sa kabuuan, ang mga pagbabagong ito sa oxygen, aluminum at silicon bonding ay nagpapakita na ang kalidad ng Al₂O₃ film ay nagdusa na.
Pagkasira ng Electrical Performance
EQE at reflectance curves ng TOPCon solar cell bago at pagkatapos ng UV60
Pagbabago sa front contact resistivity ng TOPCon solar cell sa panahon ng UV60 exposure
Ang reflectance ay nanatiling halos hindi nagbago pagkatapos ng UV60. Ang EQE ay nagpakita ng katamtamang pagbaba sa short-wavelength region sa ibaba 500 nm, na tumutugma sa mas malakas na front-surface recombination. Ang front contact resistivity ay tumaas nang halos linear sa UV dose, na umabot sa 4.1 mΩ·cm², humigit-kumulang 8.6 beses na mas mataas. Ang dahilan: ang free hydrogen at oxygen na nabuo sa passivation layer ay nagdidi-puso sa electrode interface at nakikibahagi sa redox reactions. Ginagawa rin ng UV ang water molecules sa silver surface na hydroxyl radicals, at magkasama silang kinakalawang ang metal electrode.
Mga rate ng pagbaba ng electrical performance sa panahon ng UV60 exposure: (a) Voc (b) Jsc (c) FF (d) Eff
Bumaba ang Voc ng 3.46% relative, dahil sa front-surface passivation degradation at tumataas na J₀. Bumaba ang FF ng 2.82%, dahil sa mas mataas na front contact resistivity. Bumaba lamang ang Jsc ng 0.64%, dahil limitado ang short-wavelength EQE loss. Ang huling photoelectric conversion efficiency loss ay umabot sa 6.72%.
Konklusyon
Ang front SiNₓ/Al₂O₃ na istruktura ng TOPCon cells ay mas mahina laban sa UV kaysa sa rear na istruktura. Sa ilalim ng UV, ang Si–H at N–H na mga bono ay nasisira nang sunod-sunod at naglalabas ng libreng hydrogen. Ang Al–O na mga bono sa amorphous Al₂O₃ ay nasisira sa ilalim ng UV, naglalabas ng libreng oxygen at lumilikha ng malaking bilang ng oxygen vacancies. Ang Al₂O₃ ay nagbabago tungo sa Al–OH at nagbabago ang valence ng silicon. Ang dalawang mekanismo ng degradation na ito, hydrogen at oxygen, ay nagsasama-sama at nagpapalala ng surface recombination. Idagdag pa ang matalim na pagtaas ng front contact resistivity, at ang resulta ay 6.72% na pagkawala ng efficiency. Ang pag-aaral ay nag-aalok ng kapaki-pakinabang na sanggunian para sa pag-unawa sa TOPCon UVID at para sa pagpapabuti ng pangmatagalang pagiging maaasahan ng passivation layers.
Pananaw ng Ooitech
Patuloy na pinapatunayan ng UVID na ang front stack ang lugar kung saan talagang sinusubok ang pagiging maaasahan, kaya kung paano mo itatayo at kokontrolin ang SiNₓ/Al₂O₃ deposition at encapsulation sa isang module line ay kasinghalaga ng cell recipe. Sa aming turnkey TOPCon at PERC module lines, nakikita namin ang parehong aral sa layup, lamination at EL side, ang maliliit na pagpili sa proseso ang nagtatakda kung ang mga panel ay makakayanan sa labas nang maraming taon. Kung gusto mo ng mas hands-on na pananaw mula sa factory floor, ang Ooitech YouTube channel sa www.youtube.com/ooitech ay sulit i-follow.
Kaugnay: TOPCon UVID at ang r-UVID / ir-UVID split nagpapaliwanag kung bakit nagbabasa nang iba ang parehong module depende sa kung kailan kinuha ang pagsukat.
Karagdagang pagbabasa at datos sa background
Pampublikong sangguniang materyal sa paksang ito, na inilathala ng mga organisasyong nagpapanatili ng technology roadmap at market data ng industriya:
