TOPCon सोलर सेल्स में UVID: नॉन-कॉन्टैक्ट IV टेस्टिंग पैसिवेशन डिग्रेडेशन और 6.72% दक्षता हानि को ट्रैक करती है

परिचय

TOPCon सौर कोशिकाएं अब मजबूत सतह पैसिवेशन और वाहक-चयनात्मक संपर्कों के कारण PV बाजार पर हावी हैं। लेकिन बाहरी संचालन एक वास्तविक कमजोर बिंदु को उजागर करता है: UV प्रेरित क्षरण, या UVID। UV60 विकिरण के बाद, दक्षता में 6.72% तक की गिरावट आती है।

अधिकांश पहले के कार्यों ने UVID को उच्च-ऊर्जा फोटॉनों द्वारा Si–H बंधों को तोड़ने और मुक्त हाइड्रोजन छोड़ने के लिए जिम्मेदार ठहराया। यह कहानी का केवल एक हिस्सा है। सौर UV स्पेक्ट्रम 3.1–4.43 eV ऊर्जा सीमा में फैला हुआ है, इसलिए सामने की सतह परतों के साथ इसकी बातचीत एकल Si–H विखंडन मार्ग से कहीं आगे जाती है। और सामने की Al₂O₃ / SiNₓ स्टैक पीछे की तरफ की तुलना में UV के खिलाफ कहीं कमजोर है।

एक गैर-संपर्क IV परीक्षक यहां बहुत मदद करता है। यह गैर-विनाशकारी है, शून्य उपभोग्य सामग्री का उपयोग करता है, मिलीसेकंड गति से चलता है, BC और बसबार-मुक्त डिजाइनों के साथ काम करता है, और एक ही शॉट में IV, EQE और PL पैरामीटर खींचता है।

यह अध्ययन UV60 से पहले और बाद में Al₂O₃ / SiNₓ परतों में तत्व वितरण और रासायनिक बंध परिवर्तनों को ट्रैक करने के लिए ToF-SIMS और गहराई-प्रोफाइलिंग XPS का उपयोग करता है। निष्कर्ष: N–H बंध टूटना Si–H के साथ दूसरा हाइड्रोजन स्रोत है। अनाकार Al₂O₃ में Al–O बंध UV द्वारा टूट जाते हैं और बड़ी संख्या में ऑक्सीजन रिक्तियां उत्पन्न करते हैं। हाइड्रोजन और ऑक्सीजन तंत्र ढेर हो जाते हैं और सतह पुनर्संयोजन को खराब करते हैं, जिससे पैसिवेशन विश्वसनीयता में सुधार के लिए एक स्पष्ट दिशा मिलती है।

प्रयोगात्मक विधि

(a) TOPCon सौर सेल संरचना योजनाबद्ध (b) सममित सामने-संरचना नमूना (c) सममित पीछे-संरचना नमूना

सममित सामने-संरचना नमूने (SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ) और सममित पीछे-संरचना नमूने (SiOₓ/n⁺-poly-Si परत के साथ) तैयार किए गए थे। UV उम्र बढ़ने मॉड्यूल स्तर पर की गई थी। प्रकाश स्रोत मुख्य रूप से UV-A था जिसमें लगभग 11% UV-B था, 60°C और 30% आर्द्रता पर।

UV प्रकाश स्रोत की वर्णक्रमीय विकिरण

सामने बनाम पीछे संरचना: UV प्रतिरोध तुलना

UV जोखिम के दौरान सममित सामने- और पीछे-संरचना नमूनों के लिए (a) 1×10¹⁵ cm⁻³ की इंजेक्शन वाहक एकाग्रता पर τeff, (b) iVoc, और (c) एकल-पक्षीय J₀ में परिवर्तन

सममित पिछली संरचना 60 kWh·m⁻² यूवी जोखिम के बाद मुश्किल से खराब हुई। इसकी 120 nm मोटी पॉली-सी परत लगभग सभी यूवी प्रकाश को अवशोषित करती है और प्रभावी ढाल प्रदान करती है।

सामने की संरचना ने एक अलग कहानी बताई। τeff 2895.6 μs से घटकर 1552.8 μs हो गया। iVoc 735.5 mV से गिरकर 715.2 mV हो गया। एक तरफा J₀ बढ़कर 18.4 fA·cm⁻² हो गया, जो प्रारंभिक मान का लगभग तीन गुना है। Al₂O₃ / SiNₓ पैसिवेशन बुरी तरह खराब हो गया।

रासायनिक संरचना का विकास

यूवी60 से पहले और बाद में पॉलिश किए गए सममित सामने-संरचना नमूने में (a) हाइड्रोजन और (b) ऑक्सीजन की तीव्रता गहराई प्रोफाइल, ToF-SIMS द्वारा मापी गई

ToF-SIMS दिखाता है कि यूवी जोखिम के बाद हाइड्रोजन सांद्रता स्पष्ट रूप से बढ़ती है, विशेष रूप से SiNₓ परत के अंदर। N 1s XPS गहराई प्रोफाइलिंग दिखाती है कि SiNₓ / Al₂O₃ इंटरफेस पर, N–H बंधन अंश 9.64% से घटकर 5.97% हो गया। इसलिए N–H बंधन टूटना Si–H के अलावा दूसरा हाइड्रोजन स्रोत है। मुक्त हाइड्रोजन SiNₓ सतह क्षेत्र की ओर फैलता है और वहां सिलिकॉन के साथ पुनर्संयोजित होता है, यही कारण है कि N–H अंश वास्तव में उस सतह के पास बढ़ता है।

ऑक्सीजन भी उतनी ही महत्वपूर्ण कहानी बताता है। Al₂O₃ परत में ऑक्सीजन थोड़ा कम हुआ, जबकि SiNₓ/Al₂O₃ और Al₂O₃/Si इंटरफेस पर ऑक्सीजन बढ़ गया। यह Al–O बंधनों के टूटने और मुक्त ऑक्सीजन के बाहर की ओर प्रवास की ओर इशारा करता है। एक आदर्श क्रिस्टल में Al–O बंधन ऊर्जा लगभग 5.3 eV है। लेकिन अनाकार Al₂O₃ में, कम-समन्वित एल्यूमीनियम आयन और ऑक्सीजन रिक्तियां इलेक्ट्रॉनों को फंसाती हैं और नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाती हैं, जिससे आसन्न Al–O बंधन टूटने के लिए सक्रियण ऊर्जा घटकर लगभग 2.4 eV रह जाती है। इसका मतलब है कि 400 nm यूवी प्रकाश (3.1 eV) उन्हें तोड़ने के लिए पर्याप्त है।

यूवी60 से पहले और बाद में Al₂O₃/SiNₓ परत के विभिन्न इंटरफेस पर N 1s गहराई-प्रोफाइलिंग XPS स्पेक्ट्रा, N–Si (397.5 eV) और N–H (399.5 eV) बंधनों के लिए फिट किए गए वक्रों के साथ

O 1s XPS दिखाता है कि जाली ऑक्सीजन (OI) ऑक्सीजन रिक्तियों (OII) में परिवर्तित हो रही है। Al 2p स्पेक्ट्रा में, Al₂O₃ अंश 69.99% से घटकर 60.36% हो गया जबकि Al–OH 30.01% से बढ़कर 39.64% हो गया। Si 2p स्पेक्ट्रा में, Si²⁺ बढ़ गया जबकि उच्च-संयोजकता सिलिकॉन घट गया। ऑक्सीजन रिक्तियों के बनने पर निकलने वाले इलेक्ट्रॉन सिलिकॉन को उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं से कम करते हैं। कुल मिलाकर, ऑक्सीजन, एल्यूमीनियम और सिलिकॉन बंधन में ये परिवर्तन दिखाते हैं कि Al₂O₃ फिल्म की गुणवत्ता पहले ही प्रभावित हो चुकी है।

विद्युत प्रदर्शन में गिरावट

यूवी60 से पहले और बाद में TOPCon सौर सेल के EQE और परावर्तन वक्र

यूवी60 जोखिम के दौरान TOPCon सौर सेल के सामने संपर्क प्रतिरोधकता में परिवर्तन

UV60 के बाद परावर्तनता मूल रूप से अपरिवर्तित रही। EQE ने 500 nm से नीचे के छोटे तरंगदैर्ध्य क्षेत्र में मध्यम गिरावट दिखाई, जो मजबूत सामने की सतह के पुनर्संयोजन से मेल खाती है। सामने का संपर्क प्रतिरोधकता UV खुराक के साथ लगभग रैखिक रूप से बढ़ी, 4.1 mΩ·cm² तक पहुंच गई, जो लगभग 8.6 गुना अधिक है। कारण: पैसिवेशन परत में उत्पन्न मुक्त हाइड्रोजन और ऑक्सीजन इलेक्ट्रोड इंटरफेस में फैल जाते हैं और रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं। UV चांदी की सतह पर पानी के अणुओं को हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स में भी परिवर्तित करता है, और साथ में वे धातु इलेक्ट्रोड को संक्षारित करते हैं।

UV60 एक्सपोजर के दौरान विद्युत प्रदर्शन गिरावट दरें: (a) Voc (b) Jsc (c) FF (d) Eff

Voc में 3.46% सापेक्ष गिरावट आई, जो सामने की सतह के पैसिवेशन क्षरण और बढ़ते J₀ के कारण हुई। FF में 2.82% की गिरावट आई, जो उच्च सामने संपर्क प्रतिरोधकता के कारण हुई। Jsc में केवल 0.64% की गिरावट आई, क्योंकि छोटे तरंगदैर्ध्य EQE हानि सीमित थी। अंतिम फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता हानि 6.72% रही।

निष्कर्ष

TOPCon कोशिकाओं की सामने की SiNₓ/Al₂O₃ संरचना UV के खिलाफ पीछे की संरचना की तुलना में कहीं अधिक कमजोर है। UV के तहत, Si–H और N–H बंध क्रमिक रूप से टूटते हैं और मुक्त हाइड्रोजन छोड़ते हैं। अनाकार Al₂O₃ में Al–O बंध UV के तहत टूटते हैं, मुक्त ऑक्सीजन छोड़ते हैं और बड़ी संख्या में ऑक्सीजन रिक्तियां बनाते हैं। Al₂O₃ Al–OH की ओर परिवर्तित होता है और सिलिकॉन वैलेंस बदलता है। ये दो क्षरण तंत्र, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन, एक साथ जुड़ते हैं और सतह के पुनर्संयोजन को खराब करते हैं। सामने के संपर्क प्रतिरोधकता में तेज वृद्धि जोड़ें, और परिणाम 6.72% दक्षता हानि है। यह कार्य TOPCon UVID को समझने और पैसिवेशन परतों की दीर्घकालिक विश्वसनीयता में सुधार के लिए एक उपयोगी संदर्भ प्रदान करता है।

Ooitech का दृष्टिकोण

UVID बार-बार साबित करता है कि सामने का स्टैक वह जगह है जहां विश्वसनीयता वास्तव में परखी जाती है, इसलिए मॉड्यूल लाइन पर SiNₓ/Al₂O₃ जमाव और एनकैप्सुलेशन को कैसे बनाया और नियंत्रित किया जाता है, यह सेल रेसिपी जितना ही महत्वपूर्ण है। हमारी टर्नकी TOPCon और PERC मॉड्यूल लाइनों पर हम लेअप, लेमिनेशन और EL पक्ष पर वही सबक देखते हैं, छोटे प्रक्रिया विकल्प तय करते हैं कि पैनल वर्षों तक बाहर टिकते हैं या नहीं। यदि आप फैक्ट्री फ्लोर से अधिक व्यावहारिक दृश्य चाहते हैं, तो Ooitech YouTube चैनल पर www.youtube.com/ooitech फॉलो करने लायक है।