Более толстые слои оксида алюминия могут уменьшить деградацию солнечных элементов TOPCon, вызванную ультрафиолетовым излучением
Исследователи UNSW разработали экспериментально подтвержденную модель, связывающую деградацию солнечных элементов TOPCon, вызванную ультрафиолетовым излучением, с переносом водорода, улавливанием заряда и постоянными структурными изменениями в пассивирующей системе. Они показывают, что более толстые слои оксида алюминия значительно повышают устойчивость к ультрафиолетовому излучению за счет ограничения миграции водорода, что дает четкие рекомендации для более надежных конструкций TOPCon.
“Наша новая работа представляет собой комплексную, экспериментально подтвержденную модель УФ-деградации в устройствах TOPCon, связывающую электрическую деградацию непосредственно с динамикой водорода и постоянными структурными изменениями в системе пассивации, и впервые была представлена на пленарном заседании на недавней европейской конференции PVSEC в Бильбао, Испания”, - говорит ведущий автор исследования Брэм Хоэкс. “Это напрямую основано на нашей предыдущей работе по UVID, зависящей от длины волны, и водородной динамике, и мы считаем, что это закрывает важный пробел в понимании долгосрочной надежности TOPCon”.
Испытания проводились на ячейках TOPCon на основе пластин Чохральского n-типа (Чехия), изготовленных на промышленной производственной линии. Первичный пакет пассивации состоял из слоя AlOx, полученного методом атомно-слоевого осаждения (ALD), и покрывающего слоя из нитрида кремния (SiNx) толщиной 75 нм, нанесенного методом химического осаждения из газовой фазы с усилением плазмы (PECVD).
Толщина AlOx варьировалась от 4 до 7 нм, что отражало промышленное окно пассивации TOPCon с лицевой стороны. Слой толщиной 4 нм (SP1, SP3) представляет собой минимум затрат, в то время как слой толщиной 7 нм (SP2, SP4) остается достаточно тонким, чтобы избежать значительного оптического воздействия. “Это сравнение позволяет оценить соотношение между производительностью и устойчивостью к ультрафиолетовому излучению”, - пояснили исследователи.
Для анализа изменений плотности дефектов на границе раздела фаз (Dit) и отрицательного фиксированного заряда (Qf) при контролируемом ультрафиолетовом облучении, хранении в темноте и термическом отжиге были использованы методы определения характеристик полупроводников на основе оксида короны (COCOS) и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR).
Измерения выявили сложное взаимодействие между химическим разложением и временным усилением пассивации под действием поля, вызванным захватом заряда, с последующим метастабильным распадом при хранении в темноте.
“Мы обнаружили, что ультрафиолетовые фотоны высокой энергии разрушают связи кремний-водород (Si–H) в защитном слое SiNx, высвобождая подвижный водород, который накапливается на границе раздела AlOx/Si и увеличивает Dit, тем самым ухудшая химическую пассивацию”, – сказал Хоекс. “В то же время воздействие ультрафиолета временно улучшает пассивацию поля за счет улавливания заряда в AlOx из-за увеличения добротности”.
При последующем хранении в темноте Qf отслаивается, что приводит к дальнейшему снижению производительности, несмотря на неизменное химическое повреждение. “Низкотемпературный темный отжиг перераспределяет межфазный водород в объеме кремния, восстанавливая химическую пассивацию за счет восстановления Dit, но FTIR показывает постоянную структурную перестройку диэлектрического слоя”, - добавил Хоэкс. “Более толстые слои AlOx толщиной 7 нм значительно повышают устойчивость к ультрафиолетовому излучению, действуя как более эффективный барьер для переноса водорода, а не из-за различий в пассивации под действием поля”.
“Эта работа создает единую физическую модель, объединяющую UVID, перенос водорода, улавливание заряда и структурную модификацию”, - заключил Хоэкс. “Это объясняет, почему некоторые виды деградации являются электрически обратимыми, но структурно необратимыми, и дает четкие рекомендации по проектированию более устойчивых к ультрафиолетовому излучению систем пассивации TOPCon, а также усовершенствованных протоколов ускоренного УФ-тестирования”.
Исследовательская работа была представлена в научной статье “Улавливание заряда, накопление водорода и структурная перестройка: полная модель деградации, вызванной ультрафиолетовым излучением, в устройствах TOPCon”.
В июне исследователи из Оксфордского университета в Соединенном Королевстве и китайский специалист по металлизационным пастам Changzhou Fusion New Materials выявили новый тип отказа в солнечных модулях TOPCon на базе LECO.
Другие исследования, проведенные UNSW, показали влияние флюса для пайки на производительность солнечных элементов TOPCon, механизмы деградации промышленных солнечных модулей TOPCon, инкапсулированных в этиленвинилацетат (EVA), в условиях повышенной влажности и перегрева, а также уязвимость солнечных элементов TOPCon к контактной коррозии и три типа отказов солнечных модулей TOPCon, которые были выявлены в ходе испытаний. никогда не обнаруживался в панелях PERC.
Кроме того, ученые UNSW исследовали вызванную натрием деградацию солнечных элементов TOPCon под воздействием влажного тепла, роль "скрытых загрязнений" в деградации как TOPCon, так и гетеропереходных устройств, а также влияние электронного облучения на PERC, производительность солнечных элементов TOPCon.
