تخریب دمایی و دینامیک LeTID در سلول‌های خورشیدی پشت‌تماسی نوع n

معرفی محصول

سلولهای خورشیدی با تماس پشتی بینانگشتی (IBC) هر دو تماس فلزی با قطبیت مخالف را به پشت منتقل میکنند. جلو هیچ سایه خط شبکه ندارد، بنابراین مزایای نوری بافتدهی و پوشش ضدبازتاب بهطور کامل ظاهر میشود. همراه با فرآیند غیرفعالسازی و تماس خوب، IBC نوع n میتواند به ولتاژ مدار باز و چگالی جریان بسیار بالایی دست یابد.

مبادله، حساسیت ساختاری تعبیهشده در طراحی است. حاملهای اقلیت فوتوتولیدشده باید بهصورت جانبی در سراسر پایه حرکت کنند تا امیتر بینانگشتی پشتی بتواند آنها را جمعآوری کند. عملکرد دستگاه بهشدت به طول عمر توده و کیفیت غیرفعالسازی پشتی وابسته است. هنگامی که بازترکیب رابط پشتی یا نشت تماس از نظر حرارتی فعال میشود، چگالی جریان اشباع تاریک J0 بهطور نامتناسب افزایش مییابد و Voc آسیب میبیند.

دقیقاً این نقطه ورود این کار است. روی یک سلول IBC نوع n، سه مجموعه شواهد در همان محیط حرارتی قرار میگیرند تا با هم قفل شوند: اندازهگیریهای J-V روشن از ۲۵ تا ۸۵ درجه سانتیگراد، آزمایش تنش LeTID که زیر یک خورشید در دمای ۴۵ تا ۸۵ درجه سانتیگراد تا ۹۶۰ دقیقه اجرا شد، و تحلیل I-V تاریک در همان محدوده دما.

طراحی آزمایشی

شماتیک مقطع سلول IBC نوع n: تماسهای پشتی بینانگشتی امیتر p+ و BSF n+، بافتدهی جلو و ARC.

سلول آزمایشی مساحت ۲۵۸.۳ سانتیمتر مربع، ضخامت ویفر ۱۵۱ ± ۶ میکرومتر، دوره بینانگشتی پشتی حدود ۴۸۰ میکرومتر، و عرض انگشت امیتر و BSF به ترتیب تقریباً ۲۵۰ و ۹۰ میکرومتر دارد. اندازهگیریهای روشن در AM1.5G، ۱۰۰ میلیوات بر سانتیمتر مربع انجام شد. در هر نقطه دما، پس از تثبیت حرارتی، پنج اسکن میانگین گرفته شد. تنش LeTID مستقیماً در دمای تنش اندازهگیری شد، بدون خنککردن در میانه آزمایش، و در فواصل نمایی ۱، ۲، ۴، ۸ دقیقه و غیره ثبت شد. هر پارامتر به مقدار اولیه خود نرمال شد، که دینامیک تخریب ذاتی را از اثر ضریب دمای لحظهای جدا میکند.

حساسیت حرارتی حالت پایدار

تکامل حرارتی نرمال‌شده چهار پارامتر نسبت به مقادیر ۲۵ درجه سانتی‌گراد خودشان.

در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد، سلول Jsc حدود ۳۸.۶ میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع، Voc حدود ۰.۷۴۳ ولت، FF حدود ۷۹٪ و بازده حدود ۲۲.۷٪ را نشان می‌دهد. با گرم شدن تا ۸۵ درجه سانتی‌گراد، Jsc تنها حدود ۳٪ افزایش می‌یابد (+۰.۰۲۰۳ میلی‌آمپر·سانتی‌متر⁻²·کلوین⁻¹، تقریباً +۰.۰۵٪/کلوین). Voc به صورت خطی با نرخ ۱.۴- میلی‌ولت/کلوین (حدود ۰.۲-٪/درجه سانتی‌گراد) کاهش می‌یابد. بازده حدود ۹٪ کاهش می‌یابد و FF به سختی تغییر می‌کند.

افزایش کوچک جریان ناشی از باریک شدن شکاف باند است. تحت رابطه وارشنی، لبه جذب به سمت طول‌موج‌های بلندتر تغییر می‌کند، بنابراین تولید نوری کمی افزایش می‌یابد. کاهش سریع ولتاژ ناشی از رشد نمایی J0(T) است که توسط غلظت حامل‌های ذاتی و فعالیت نوترکیبی کنترل می‌شود. Voc با ln(Jsc/J0) مقیاس می‌شود، بنابراین افزایش متوسط J0 برای ایجاد افت قابل اندازه‌گیری کافی است.

این ضریب دما در محدوده ۱.۳- تا ۱.۶- میلی‌ولت/کلوین قرار دارد که برای دستگاه‌های سیلیکونی کریستالی با کیفیت بالا رایج است. این نشان‌دهنده سلولی محدود به نوترکیبی است نه محدود به مقاومت یا انتقال. پس از نرمال‌سازی، رتبه‌بندی به همان اندازه واضح است: در ۸۵ درجه سانتی‌گراد، Voc حدود ۱۵٪، بازده حدود ۹٪ کاهش می‌یابد، FF در محدوده ±۱٪ باقی می‌ماند و Jsc در واقع حدود ۳٪ افزایش می‌یابد.

دینامیک LeTID

دینامیک تخریب LeTID.

اندازه‌گیری حالت پایدار فقط به «چقدر داغ» پاسخ می‌دهد. آزمایش تنش LeTID «چگونگی تغییر آن در طول زمان» را تکمیل می‌کند. در دمای ۸۵ درجه سانتی‌گراد، Voc در ۱۰ تا ۳۰ دقیقه اول به سرعت کاهش می‌یابد و سپس به آرامی به یک اشباع شبه‌تعادلی نزدیک می‌شود. در دماهای پایین‌تر، کاهش بسیار ملایم‌تر است. پس از ۹۶۰ دقیقه، Voc به حدود ۰.۶۹ ولت کاهش می‌یابد، Jsc در طول آزمایش در محدوده ±۲٪ باقی می‌ماند، FF کمی نوسان می‌کند و هیچ بازسازی در پنجره آزمایشی ظاهر نمی‌شود. از آنجایی که اندازه‌گیری‌ها در دمای تنش پس از تثبیت حرارتی انجام شد، افت اولیه ولتاژ باید به فعال‌سازی سریع حالت‌های نقص نسبت داده شود نه تعادل حرارتی گذرا. پایداری Jsc نشان می‌دهد که تولید نوری و استخراج اتصال کوتاه تحت تأثیر قرار نگرفته است، بنابراین اتلاف غالب محدود به تولید نیست. نویسندگان همچنین به یک محدودیت اشاره می‌کنند: هیچ آزمایش کنترل آنیل تاریک وجود ندارد، بنابراین سهم یک اثر صرفاً حرارتی را نمی‌توان به طور کامل رد کرد.

تأیید حالت تاریک

رفتار الکتریکی تاریک و کانال‌های نشتی: (الف) منحنی‌های J-V تاریک، (ب) مقاومت دیفرانسیلی، (ج) مقاومت شنت و سری استخراج‌شده، (د) تحلیل آرنیوسی رسانایی شنت که Ea ≈ ۱.۱۰ الکترون‌ولت را می‌دهد.

منحنی تاریک I-V به همان مسئله از خارج از ناحیه روشنایی نزدیک می‌شود. جریان مستقیم به‌طور محسوس با دما افزایش می‌یابد. شیب ناحیه بایاس پایین افت واضح مقاومت موازی را نشان می‌دهد، در حالی که ناحیه جریان بالا تغییر کمی می‌کند. بنابراین تکامل مقاومت ناشی از دما عمدتاً توسط فعال‌سازی نشتی کنترل می‌شود، نه تخریب مقاومت سری. ضریب ایده‌آلی در محدوده ۱.۰۵ تا ۱.۲۵ باقی می‌ماند، به این معنی که بازترکیب انتشار غالب است، با احتمال سهم SRH در دمای بالا.

تحلیل آرنیوسی رسانایی موازی یک برازش خطی خوب از ln(1/Rsh) در برابر 1/T (R² = 0.97) با انرژی فعال‌سازی ۱.۱۰ ± ۰.۰۸ الکترون‌ولت ارائه می‌دهد. این مقدار قابل مقایسه با شکاف باند سیلیکون (حدود ۱.۱۲ الکترون‌ولت) است و در محدوده گزارش‌شده LeTID از ۰.۸ تا ۱.۲ الکترون‌ولت قرار می‌گیرد. انرژی فعال‌سازی در مقیاس شکاف باند اغلب به رسانش کمکی ناشی از نقص‌های عمیق مرتبط است، اما سهم غلظت حامل‌های ذاتی را نمی‌توان رد کرد. بنابراین رفتار نشتی فعال‌شده حرارتی را تأیید می‌کند بدون اینکه گونه خاصی از نقص را مشخص کند.

چارچوب یکپارچه و برون‌یابی میدانی

سه خط شواهد در یک چارچوب پدیدارشناختی همگرا می‌شوند: J0(t, T) = J0,intr(T) + A·Ndef(t, T). بر روی جریان اشباع ذاتی، سهم نقص فعال‌شده حرارتی قرار می‌گیرد که با زمان و دما تکامل می‌یابد. این سپس از طریق Voc = (nkT/q)·ln(Jsc/(J0 + 1)) به افت ولتاژ تبدیل می‌شود. افزایش بازترکیب و فعال‌سازی نشتی به‌طور موازی در همان عبارت عمل می‌کنند. ضریب دمایی حالت پایدار، دینامیک LeTID و تکامل نشتی تاریک بدین ترتیب به هم مرتبط می‌شوند. این چارچوب هویت خاص نقص را مشخص نمی‌کند.

برون‌یابی به عملکرد در فضای باز: تحت تابش بالا، دمای سلول‌های ماژول اغلب بین ۵۰ تا ۶۵ درجه سانتی‌گراد است. با استفاده از −1.4 mV/K، دمای ۶۰ درجه نسبت به ۲۵ درجه به معنای حدود ۴۹ میلی‌ولت افت ولتاژ است، و LeTID شتاب‌گرفته با دما افت وابسته به زمان را بر آن اضافه می‌کند. نتایج فقط برای سلول اندازه‌گیری‌شده معتبر است. برای TOPCon پشت‌تماسی و HJT پشت‌تماسی فقط مرجع کیفی هستند: بزرگی تخریب، انرژی فعال‌سازی و دینامیک بازسازی به طرح تماس غیرفعال‌کننده، کیفیت فصل مشترک، توزیع هیدروژن و پایداری حرارتی هر یک بستگی دارد و شایسته مطالعه مقایسه‌ای اختصاصی است. برای دستگاه‌های پشت‌تماسی با راندمان بالا در اقلیم‌های گرم، استحکام ولتاژ و بازده انرژی بلندمدت در نهایت به پایداری غیرفعال‌سازی پشت و مدیریت نقص وابسته است.

دیدگاه Ooitech

آنچه در اینجا توجه ما را جلب می‌کند این است که چه مقدار از آن تلفات ۴۹ میلی‌ولتی در فضای باز در سمت پشتی زندگی می‌کند، جایی که کیفیت غیرفعال‌سازی و تماس، Voc بلندمدت را می‌سازد یا می‌شکند. در خط تولید ماژول نیز داستان همین است: نحوه برش، اتصال و لمینت کردن سلول IBC تعیین می‌کند که آیا آن پایداری پشتی در میدان باقی می‌ماند یا نه. با ساخت خطوط کلید در دست برای چیدمان‌های IBC و HPBC، ما استحکام LeTID را به همان اندازه که یک مشکل سلولی است، یک مشکل فرآیند و مواد می‌بینیم. اگر می‌خواهید ببینید ماژول‌های پشت‌تماسی واقعاً چگونه ساخته می‌شوند، دنبال کردن کانال YouTube ما ارزش دارد www.youtube.com/ooitech .