የምርምር ዳራ

TOPCon በክሪስታላይን-ሲሊከን የፎቶቮልታይክ ኢንዱስትሪ ውስጥ ከዋና ዋና ቴክኖሎጂዎች አንዱ ሆኗል። ከፍተኛ ብቃት ግን በራሱ የረጅም ጊዜ መረጋጋትን አያመለክትም። በአልትራቫዮሌት ኢንዳክሽን መበላሸት (UVID) ላይ ያሉ ልዩነቶች በበርካታ የፀሐይ ሴል መዋቅሮች ላይ ሪፖርት ተደርገዋል። TOPCon፣ PERC እና HJT ሴሎች ሁሉም ሊጎዱ ይችላሉ፣ ነገር ግን የመበላሸት ቦታዎች እና ዋና ዋና ዘዴዎች በትክክል አንድ አይነት አይደሉም።

ቀደም ሲል ስለ UV መበላሸት የተደረጉ ውይይቶች ብዙውን ጊዜ ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ፎቶኖች የ Si-H ትስስሮችን በመስበር ሃይድሮጅን መለቀቅ እና የበይነገጽ ፓሲቬሽን ለውጥ ላይ ያተኩሩ ነበር። በእውነተኛ የ PV ሞዱል አካባቢ ውስጥ የሚገኘው የአልትራቫዮሌት ስፔክትረም በአንድ የሞገድ ርዝመት ብቻ የተገደበ አይደለም። የበራው የፊት ገጽ ደግሞ SiNx፣ Al2O3፣ የቦሮን ኢሚተር እና የብረት እውቂያዎችን ጨምሮ በርካታ የተጣመሩ ክልሎችን ይዟል። ስለዚህ ደራሲዎቹ በ TOPCon ሴሎች ውስጥ ያለው የ UV መበላሸት በሃይድሮጅን ባህሪ ብቻ መጠናት የለበትም ብለው ይከራከራሉ። የኦክስጅን ፍልሰት እና የእውቂያ በይነገጾችም አስፈላጊ ናቸው።

አንድ ዝርዝር ለማየት ቀላል ነው። የሞዱል መስታወት ብዙውን ጊዜ አብዛኛውን የUVB ጨረር ያጣራል፣ ነገር ግን የተበራውን የሴል ገጽ ከአልትራቫዮሌት ተጋላጭነት ሙሉ በሙሉ አይከላከልም። በወረቀቱ ላይ የተብራራው ስፔክትረም በዩቪኤ የተያዘ ሲሆን አሁንም 11% የሚሆነውን ዩቪቢ ይይዛል። ደራሲዎቹ ያልተሸፈኑ ናሙናዎችን ተጠቅመዋል። ስለዚህ ሙከራው የተሟላ ሞዱል ከቤት ውጭ ከማርጀት ጋር እኩል አይደለም፣ ነገር ግን በሴሉ የፊት ገጽ ላይ ያሉትን የዩቪ ተጋላጭ አካባቢዎች ለማጉላት እና ለመለየት ይረዳል።

ይህ ወረቀት ከሞዱል የህይወት ዘመን የምስክር ወረቀት ጥናት ይልቅ እንደ ውድቀት ዘዴ ምርመራ መነበብ የተሻለ ነው። ከUV60 በኋላ ያለው 6.72% አንጻራዊ የብቃት መጥፋት በቀጥታ ወደሚጠበቀው የቤት ውጭ ሞዱል የኃይል መጥፋት መቀየር የለበትም። የበለጠ አስፈላጊው ነጥብ ደራሲዎቹ የፊት ገጽ ማለፊያ መጎዳትን፣ የይዘት ኦክሳይድን እና የብረት ንክኪ መበላሸትን ለማገናኘት የተለያዩ የባህሪ ዘዴዎችን እንዴት እንደሚጠቀሙ ነው።

የሙከራ ዘዴ

ጥናቱ 182 ሚሜ × 105 ሚሜ የሚለኩ የንግድ ግማሽ የተቆረጡ TOPCon ሴሎችን ተጠቅሟል። ሴሎቹ የተሠሩት ከ n-type Czochralski monocrystalline ሲሊከን ሲሆን የመቋቋም አቅሙ 1.0 Ω·ሴሜ እና የዋፈር ውፍረት በግምት 130 μm ነበር። የፊት እና የኋላ መዋቅሮችን የዩቪ መቋቋም ለማነፃፀር ተመራማሪዎቹ የተመጣጠነ የፊት ገጽ ናሙናዎችን እና የተመጣጠነ የኋላ ገጽ ናሙናዎችን አዘጋጅተዋል።

የፊት መዋቅሩ SiNx/Al2O3 ን ያካተተ ነበር። የኋላ መዋቅሩ SiOx/n+ poly-Si/Al2O3/SiNx ን ያካተተ ነበር። በወረቀቱ ላይ የተዘገቡት ዋና ዋና የፊልም ውፍረቶች ከዚህ በታች ተዘርዝረዋል።

ተመራማሪዎቹ የአናሳ-አጓጓዥ የህይወት ዘመን፣ የተጠቆመ ክፍት-ወረዳ ቮልቴጅ እና J0 ከመጋለጥ በፊት እና በኋላ አነጻጽረው የማለፊያ መረጋጋትን ለመገምገም። የበረራ ጊዜ ሁለተኛ ደረጃ ion mass spectrometry፣ ወይም ToF-SIMS፣ የሃይድሮጅን እና ኦክስጅን ጥልቀት ስርጭትን ለመከታተል ጥቅም ላይ ውሏል። የኤክስሬይ ፎቶኤሌክትሮን ስፔክትሮስኮፒ፣ ወይም XPS፣ ጥልቀት ፕሮፋይሊንግ የ N 1s፣ O 1s፣ Al 2p እና Si 2p ኬሚካላዊ ሁኔታዎችን ለመተንተን ተተግብሯል። ከዚያም EQE፣ TLM እና I-V መለኪያዎች የቀጭን ፊልም ለውጦችን በሴል ደረጃ ካለው የኤሌክትሪክ ኪሳራ ጋር አገናኙ።

የዚህ የሙከራ ንድፍ ጥንካሬ የተሟሉ ሴሎችን እና የተመጣጠነ መዋቅሮችን በማጣመር ላይ ነው። የተሟሉ ሴሎች ውጤታማነት፣ Voc፣ Jsc፣ የመሙያ ሁኔታ እና የግንኙነት መቋቋም እንዴት እንደሚለወጡ ያሳያሉ። የተመጣጠነ የፊት እና የኋላ ናሙናዎች ከቀሪው የሴል መዋቅር ጣልቃ ገብነት ይቀንሳሉ፣ ይህም የትኛው የማለፊያ ጎን ለ UV መጋለጥ የበለጠ ስሜታዊ እንደሆነ ለመለየት ቀላል ያደርገዋል።

ምስል 1፡ የTOPCon ሴል፣ የተመጣጠነ የፊት-ገጽታ መዋቅር እና የተመጣጠነ የኋላ-ገጽታ መዋቅር ንድፎች። የተመጣጠነ ናሙናዎች የፊት SiNx/Al2O3 ቁልል እና የኋላ ፖሊ-ሲ ማለፊያ ግንኙነት የ UV መቋቋም በተናጠል እንዲነጻጸር ያስችላሉ።

የUV ተጋላጭነት ሁኔታዎችም በራሳቸው ሊታሰብባቸው ይገባል። ጥናቱ የአልትራቫዮሌት ጥንካሬ 300 W/m²፣ የሙቀት መጠን 60°C፣ አንጻራዊ እርጥበት 30%፣ እና ከፍተኛ ድምር መጠን 60 kWh/m² ተጠቅሟል። ስፔክትረም በዋናነት በUVA ክልል ውስጥ ያተኮረ ሲሆን፣ አነስተኛ የUVB ክፍል አለው። ይህ ከተራ የውጪ ተጋላጭነት የበለጠ የተከማቸ ነው እና በላብራቶሪ ውስጥ በፊት ገጽ ላይ የሚታዩ ኬሚካላዊ ለውጦችን ለማፋጠን ተስማሚ ነው።

ምስል 2፡ በሙከራው ውስጥ ጥቅም ላይ የዋለው አልትራቫዮሌት ስፔክትረም። ስፔክትረሙ በUVA የተያዘ ሲሆን አነስተኛ የUVB ክፍልን ይይዛል፣ ይህም ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ፎቶኖች በፊት ፓሲቬሽን ንብርብሮች ላይ የሚያሳድሩትን ተጽዕኖ ለመመልከት ያስችላል።

ውጤቶች እና ውይይት

የፊት መዋቅሩ ከኋላ መዋቅሩ ይበልጥ ለUV ስሱ ነው

ምስል 3 በሁለቱ መዋቅሮች መካከል በጣም ቀጥተኛ ንጽጽር ያቀርባል። የተመጣጠነው የኋላ መዋቅር ከUV60 በኋላ አነስተኛ ለውጦችን ብቻ አሳይቷል። የተመጣጠነው የፊት መዋቅር የUV መጠን እየጨመረ ሲሄድ መበላሸቱን ቀጠለ። በወረቀቱ መሠረት፣ የፊት ናሙናዎች አማካይ የሕይወት ዘመን ከ2895.6 μs ወደ 1552.8 μs ቀንሷል። የተጠቃለለው ክፍት-ወረዳ ቮልቴጅ ከ735.5 mV ወደ 715.2 mV ወርዷል። ነጠላ-ጎን J0 ወደ 18.4 fA/cm² አድጓል፣ ይህም ከመጀመሪያው እሴቱ በሦስት እጥፍ ያህል ነው።

እነዚህ ውጤቶች እንደሚያመለክቱት በUV60 ሥር ያለው ዋና ጉዳይ የኋላ TOPCon poly-Si ፓሲቬቲንግ ንክኪ አለመረጋጋት አልነበረም። ነገር ግን በተበራው የፊት-ጎን SiNx/Al2O3 መዋቅር ውስጥ የፓሲቬሽን ጥራት መበላሸት ነበር። ደራሲዎቹ የኋላ ጎን አንጻራዊ መረጋጋት በ120 nm poly-Si ንብርብር የUV መምጠጥ ምክንያት እንደሆነ ይገልጻሉ። ይህ በመዋቅሩ እና በኦፕቲካል መምጠጥ ባህሪያቱ ላይ የተመሠረተ ምክንያታዊ ዘዴ ነው፣ ምንም እንኳን እስካሁን ድረስ የዘዴ ደረጃ ትርጓሜ ቢሆንም።

ሦስቱ መለኪያዎች ከተለያዩ አቅጣጫዎች ተመሳሳይ መደምደሚያ ይደግፋሉ። ዝቅተኛ የህይወት ዘመን እና ዝቅተኛ iVoc ወደ ጠንካራ የገጽታ ዳግም ውህደት ያመለክታሉ። የJ0 መጨመር የዳግም ውህደት ጅረት መጨመር ቀጥተኛ ማስረጃ ይሰጣል። ደራሲዎቹ በአንድ አመላካች ላይ ብቻ አልተመሰረቱም። የህይወት ዘመን፣ ቮልቴጅ እና የዳግም ውህደት ጅረት ሁሉም የፊት መዋቅር መበላሸትን ያሳያሉ፣ የኋላ መዋቅርን የሚወክሉት አረንጓዴ ኩርባዎች ግን በአብዛኛው የተረጋጉ ናቸው።

ስእል 3፡ በUV ተጋላጭነት ስር ለፊት እና ለኋላ መዋቅሮች የህይወት ዘመን፣ የተጠቆመ ክፍት ዑደት ቮልቴጅ እና J0 ለውጦች። ቀይ የፊት መዋቅር ኩርባዎች ከፍተኛ መበላሸት ያሳያሉ፣ ይህም የበራውን SiNx/Al2O3 ማለፊያ ቁልል እንደ ዋና ደካማ ነጥብ ይለያል።

ToF-SIMS የሁለቱም ሃይድሮጅን እና ኦክስጅን እንደገና ማከፋፈልን ያሳያል

የToF-SIMS ጥልቀት መገለጫዎች እንደሚያሳዩት የፊት ገጽታ መበላሸት በአንድ ንጥረ ነገር ብቻ አይከሰትም። በስእል 4a ላይ፣ የሃይድሮጅን ክምችት ከUV60 በኋላ ይጨምራል፣ በተለይም በSiNx ንብርብር ውስጥ። ደራሲዎቹ እንደሚጠቁሙት ይህ በተለምዶ ከሚብራራው የSi-H ቦንዶች መሰበር ብቻ ሳይሆን በSiNx ውስጥ ያሉ የN-H ቦንዶች መሰበርም ሊሆን ይችላል።

ምስል 4b እንደሚያሳየው የኦክስጅን ስርጭትም እንዲሁ ይለወጣል። በAl2O3 ንብርብር ውስጥ ያለው የኦክስጅን ክምችት በትንሹ ይቀንሳል፣ በSiNx/Al2O3 እና Al2O3/Si ወሰኖች አቅራቢያ ደግሞ ይጨምራል። ደራሲዎቹ ይህንን የሚተረጉሙት በAl2O3 ውስጥ የAl-O ትስስር መሰበር ሲሆን፣ ከዚያ በኋላ የተለቀቀው ኦክስጅን ወደ SiNx ንብርብር እና ወደ ሲሊከን ወለል በመሰራጨቱ ምክንያት ነው።

ቁልፉ ነጥብ በቀላሉ ብዙ ኦክስጅን መኖሩ አይደለም። ኦክስጅን ከመጀመሪያው ላቲስ ወይም ትስስር አከባቢው እየወጣ የወሰኖቹን ኬሚካላዊ ሁኔታ እየቀየረ ነው።

የእያንዳንዱ ከርቭ ለውጥ ቦታ አስፈላጊ ነው። በSiNx ክልል ውስጥ ያለው ጠንካራ የሃይድሮጅን ምልክት የላይኛው ፓሲቬሽን ፊልም በቀጥታ በምላሹ ውስጥ መሳተፉን ያሳያል። በወሰኖቹ አቅራቢያ ያለው የኦክስጅን ለውጥ በAl2O3 እና በአጎራባች ንብርብሮች መካከል ኬሚካላዊ አለመረጋጋት እንዳለ ያመለክታል። በአጠቃላይ ሲታዩ እነዚህ ውጤቶች የፊት-ወለል መበላሸት በፓሲቬሽን ጥራት እና በመጨረሻው የኤሌክትሪክ ውጤት ላይ ለምን ተጽዕኖ እንደሚያሳድር ለማስረዳት ይረዳሉ።

ምስል 4፡ ከUV60 በፊት እና በኋላ የሃይድሮጅን እና የኦክስጅን የToF-SIMS ጥልቀት ስርጭቶች። ሃይድሮጅን በፓሲቬሽን ቁልል ውስጥ ይጨምራል፣ ኦክስጅን ደግሞ በወሰኖቹ አቅራቢያ እንደገና ይሰራጫል፣ ይህም በXPS በኋላ ለተለዩት የኬሚካል-ትስስር ለውጦች ፍንጭ ይሰጣል።

XPS የN-H ትስስር መሰበርን፣ የኦክስጅን ክፍተቶችን እና የተጨመረውን Al-OH ያገናኛል

የተገጠመው N 1s XPS ስፔክትራ እንደሚያሳየው በ SiNx/Al2O3 መገናኛ ላይ ያለው የ N-H ቦንዶች መጠን ከ 9.64% ወደ 5.97% ቀንሷል። ይህ ደራሲዎቹ N-H ቦንዶች በሃይድሮጅን መለቀቅ ላይ እንደሚሳተፉ የሰጡትን መደምደሚያ ይደግፋል። በተመሳሳይ ጊዜ፣ በ SiNx ወለል አቅራቢያ የ N-H ምልክት ጨምሯል፣ ይህም አንዳንድ የተለቀቀው ሃይድሮጅን ወደ SiNx ክልል ሊሰደድ እና እዚያ አዲስ ቦንዶች ሊፈጥር እንደሚችል ይጠቁማል።

የ O 1s ለውጦች የጥናቱ ልዩ ክፍሎች ናቸው። ደራሲዎቹ የ O 1s ምልክትን ወደ ላቲስ ኦክስጅን፣ ከኦክስጅን-ቫካንሲ ጋር የተያያዙ ክፍሎች እና ወለል-የተሳበ ኦክስጅን ለይተዋል። ከ UV60 በኋላ፣ በሁለቱም SiNx/Al2O3 እና Al2O3/Si መገናኛዎች ላይ ከኦክስጅን-ቫካንሲ ጋር የተያያዙ ጫፎች መጠን ጨምሯል። ይህ የ Al2O3 ፊልም ጥራት ላይ ጉዳት መድረሱን ያሳያል።

ማስረጃው የመበላሸት ዘዴን ከሃይድሮጅን ምክንያት የሆነው የፓሲቬሽን መጥፋት ባሻገር ያሰፋል። ከሃይድሮጅን ጋር የተያያዘ እና ከኦክስጅን ጋር የተያያዘ መበላሸት አብረው የሚሰሩ ይመስላል፣ ይህም የፊት-ወለል ዳግም ውህደትን ይጨምራል።

ToF-SIMS እና XPS የተለያዩ አይነት መረጃዎችን ይሰጣሉ። ToF-SIMS ንጥረ ነገሮች በፊልም ንብርብር ጥልቀት ውስጥ የተከፋፈሉበትን ቦታ ለማሳየት የተሻለ ነው። XPS የእነዚያን ንጥረ ነገሮች ኬሚካላዊ ሁኔታ ለመወሰን ይረዳል። በN 1s ስፔክትራ ውስጥ ያለው N-Si እና N-H መግጠም፣ ከላቲስ-ኦክሲጅን እና ከኦክሲጅን-ቫካንሲ-ተዛማጅ ክፍሎች ጋር በO 1s ስፔክትራ ውስጥ፣ ትንታኔውን ከንጥረ ነገር ቦታ ወደ ኬሚካላዊ ትስስር ለውጦች ይወስዳል።

ደራሲዎቹ እንደሚጠቁሙት በሃሳባዊ ክሪስታላይን Al2O3 ውስጥ Al-O ትስስሮች ከፍተኛ የትስስር ኃይል አላቸው። የእውነተኛ የሶላር ሴል ፓሲቬሽን ፊልሞች ግን ብዙውን ጊዜ አሞርፎስ ናቸው። ዝቅተኛ የማስተባበር አልሙኒየም አዮኖች እና የኦክስጅን ክፍተቶች ለትስስር መሰበር የአካባቢውን የኃይል እንቅፋት ዝቅ ማድረግ ይችላሉ። በዚህ ምክንያት፣ በሙከራው ረጅሙ የሞገድ ርዝመት 400 nm (ከ3.1 eV ጋር የሚዛመድ) ላይ ያሉ ፎቶኖች እንኳን በጉድለት የበለፀገ አካባቢ ውስጥ ከAl-O ጋር የተያያዙ መዋቅራዊ ለውጦችን ሊያስነሱ ይችላሉ። ይህ ትርጓሜ ቀጭን ፊልም ጉድለቶችን ከUV ስሜታዊነት ጋር በቀጥታ ያገናኛል።

ስእል 5፡ የተገጠሙ N 1s እና O 1s XPS ስፔክትራ። በN-H ትስስር ላይ ያሉ ለውጦች ከሃይድሮጅን መለቀቅ እና ፍልሰት ጋር ይዛመዳሉ። በO 1s ስፔክትራ ውስጥ ያለው የኦክስጅን-ቫካንሲ-ተዛማጅ ክፍል መጨመር የAl2O3 ፓሲቬሽን ጥራት እየቀነሰ መሆኑን ያሳያል።

Al2O3 ሙሉ በሙሉ የተረጋጋ ተመልካች አይደለም

ምስል 7 በተጨማሪም በAl2O3/Si መገናኛ ላይ የAl 2p እና Si 2p ዱካዎችን ይከታተላል። ከUV60 በኋላ፣ ለAl2O3 አካል የተመደበው መጠን ከ69.99% ወደ 60.36% ቀንሷል፣ አል-ኦኤች ደግሞ ከ30.01% ወደ 39.64% ጨምሯል። ይህ በአልትራቫዮሌት ተጋላጭነት ስር የአል-ኦ ተዛማጅ መዋቅሮች ግልጽ የሆነ ለውጥ ያሳያል።

የSi 2p ውጤቶች ከUV60 በኋላ የSi2+ መታየት እና መጨመር ያሳያሉ፣ ከSi፣ Si3+ እና Si4+ ጋር የተያያዙ አካላት ደግሞ ይቀንሳሉ። በእነዚህ ውጤቶች ላይ በመመስረት፣ ደራሲዎቹ ወደ Al2O3/Si መገናኛ የሚበተነው ነፃ ኦክስጅን ሲሊከንን ኦክሳይድ ሊያደርገው እንደሚችል ሲጠቁሙ፣ በAl2O3 ንብርብር ውስጥ ደግሞ የኦክስጅን ክፍተቶች ይፈጠራሉ። የXPS ስፔክትራ ይህንን ትርጉም ይደግፋል፣ ምንም እንኳን ትክክለኛውን የምላሽ መንገድ ለማረጋገጥ ቀጥተኛ የቦታ ባህሪ አሁንም ያስፈልጋል።

ይህ ግኝት ለTOPCon የፊት-ገጽ አስተማማኝነት አስፈላጊ ነው። Al2O3 የመስክ-ውጤት ማለፊያ እና የመገናኛ መረጋጋት ለማቅረብ የታሰበ ነው። የአል-ኦ ተዛማጅ መዋቅሮች ወደ አል-ኦኤች መለወጥ ሲጀምሩ፣ ከፍ ያለ የኦክስጅን-ክፍተት ክምችት ጋር አብሮ፣ ፊልሙ ከአሁን በኋላ የመከላከያ ንብርብር ብቻ አይደለም። እሱ ራሱ የመበላሸት ምላሽ አካል ሊሆን ይችላል። በሲሊከን ኦክሳይድ ሁኔታዎች ላይ የተደረጉ ለውጦች ደግሞ የመገናኛ ኬሚስትሪ መለወጡን ያመለክታሉ።

ምስል 6: በአል2ኦ3/ሲ በይነገጽ ላይ የአል 2ፒ እና የሲ 2ፒ ኤክስፒኤስ ስፔክትራ ለውጦች። ከአል2ኦ3 ጋር የተያያዙ መዋቅሮች ወደ አል-ኦኤች መቀየር እና የሲሊከን ኦክሳይድ ሁኔታዎች ለውጦች እንደሚያሳዩት ከኦክስጅን ጋር የተያያዙ ምላሾች በፊት-ገጽ መበላሸት ውስጥ ይሳተፋሉ።

የኤሌክትሪክ ኪሳራዎች በመጨረሻ በቮክ እና በፊል ፋክተር ውስጥ ይታያሉ

የፓሲቬሽን ስታክ ኬሚካላዊ ሁኔታ ከተለወጠ በኋላ፣ በሴል ደረጃ ያሉት የኤሌክትሪክ ተፅዕኖዎች ግልጽ ይሆናሉ። በምስል 8 ላይ፣ ኢኪዩኢ በመካከለኛ እና ረጅም የሞገድ ርዝመቶች ውስጥ በአብዛኛው የተረጋጋ ነው ነገር ግን ከ500 ኤንኤም በታች ይቀንሳል። ነጸብራቅ እምብዛም አልተለወጠም። ይህ የሚያሳየው የአጭር የሞገድ ርዝመት ምላሽ መጥፋት በዋናነት በጠንካራ የፊት-ገጽ ዳግም ውህደት ምክንያት እንጂ በቴክስቸሪንግ፣ በፀረ-ነጸብራቅ አፈጻጸም ወይም በኦፕቲካል አብዘርሽን ላይ በድንገት መበላሸት ምክንያት አይደለም።

ምስል 7: ከዩቪ60 በፊት እና በኋላ የኢኪዩኢ እና የነጸብራቅ ኩርባዎች። ነጸብራቅ እምብዛም የተረጋጋ ሆኖ ሳለ የአጭር የሞገድ ርዝመት ኢኪዩኢ ይቀንሳል፣ ይህም የአሁኑ-ምላሽ መጥፋት በዋናነት ከፍ ካለ የፊት-ገጽ ዳግም ውህደት ጋር የተያያዘ መሆኑን ያሳያል።

የአጭር ሞገድ ርዝመት EQE መቀነስ ከቀዳሚው የJ0 መጨመር ጋር ይጣጣማል። የአጭር ሞገድ ርዝመት ብርሃን ከሴሉ የፊት ገጽ አጠገብ ይዋጣል። የፊት ገጽ መከላከያ ከተጎዳ፣ በዚህ ክልል ውስጥ የሚፈጠሩ ተሸካሚዎች ከመሰብሰባቸው በፊት እንደገና የመገናኘት እድላቸው ከፍተኛ ነው። ስለዚህ ኪሳራው በመጀመሪያ በአጭር ሞገድ ርዝመት EQE ክልል ውስጥ ይታያል። መካከለኛ እና ረጅም ሞገድ ርዝመት ብርሃን ወደ ውስጠኛው ክፍል ወይም ወደ ኋላ በኩል ዘልቆ ይገባል፣ ስለዚህ ተጓዳኝ ምላሽ ለውጦች አነስተኛ ናቸው።

የTLM መለኪያዎች እንደሚያሳዩት የፊት ንክኪ መቋቋም ከUV መጠን ጋር በቀጥታ ተመጣጣኝ ሆኖ ጨምሯል። ከUV60 በኋላ፣ 4.1 mΩ·cm² ደርሷል፣ ይህም ከመጀመሪያው እሴቱ በግምት 8.6 እጥፍ ነው። ደራሲዎቹ እንደሚጠቁሙት በUV ተጋላጭነት ወቅት የሚመረቱ ነፃ ሃይድሮጂን፣ ነፃ ኦክሲጅን እና ምላሽ ሰጪ ራዲካልሎች በብረት ኤሌክትሮድ መገናኛ ላይ በሚከሰቱ ምላሾች ውስጥ በመሳተፍ የንክኪ መቋቋምን ይጨምራሉ። ይህ ማብራሪያ ከመቋቋም መለኪያዎች ጋር ይጣጣማል፣ ምንም እንኳን በኤሌክትሮድ መገናኛ ላይ ያሉት ትክክለኛ ምላሽ ምርቶች አሁንም ተጨማሪ ቀጥተኛ ኬሚካላዊ ማስረጃ ያስፈልጋቸዋል።

ስእል 8፡ የፊት ንክኪ መቋቋም ከUV ተጋላጭነት መጠን ጋር ይጨምራል። ከUV60 በኋላ፣ የንክኪ መቋቋም ከመጀመሪያው እሴቱ በግምት 8.6 እጥፍ ነው፣ ይህም ለመሙያ ምክንያት ኪሳራ ጠቃሚ አስተዋጽኦ ያደርጋል።

የሴል መለኪያዎች የመጨረሻ አንጻራዊ መበላሸት እንደሚከተለው ሪፖርት ተደርጓል።

ማዕከላዊው የኤሌክትሪክ መደምደሚያ ግልጽ ነው። በUV60 ስር፣ ዋናዎቹ TOPCon ኪሳራዎች ከአሁን ቅነሳ አይመጡም። እነሱ የሚመጡት በፊት-ገጽ ማለፊያ መበላሸት ምክንያት ከሚከሰተው የVoc ኪሳራ እና ከፍ ካለ የፊት ንክኪ መቋቋም ጋር ተያይዞ ከሚመጣው የሙላት ምክንያት ኪሳራ ነው።

ይህ ደግሞ Jscን ብቻ መመልከት የUV መበላሸት አደጋን ለምን እንደሚቀንስ ያብራራል። የአጭር ሞገድ ርዝመት EQE ይለወጣል፣ ነገር ግን አጠቃላይ Jsc በ0.64% ብቻ ይቀንሳል። ዳግም ውህደት እና የንክኪ ችግሮች ትልቁን የውጤታማነት ኪሳራ ይፈጥራሉ። ከፍተኛ ውጤታማነት ባላቸው TOPCon ሴሎች ውስጥ፣ Voc እና የሙላት ምክንያት ለበይነገጽ ጥራት፣ ለማለፊያ ሁኔታ እና ለብረት ንክኪ አፈጻጸም ከፍተኛ ስሜት አላቸው። እነዚህ መለኪያዎች ከJsc ቀደም ብለው የአስተማማኝነት ድክመቶችን ሊያጋልጡ ይችላሉ።

ስእል 9፡ በUV60 ስር የVoc፣ Jsc፣ የሙላት ምክንያት እና የውጤታማነት አንጻራዊ መበላሸት። ውጤታማነት በ6.72% ይቀንሳል፣ በዋናነት በVoc እና በሙላት ምክንያት ኪሳራዎች የሚመራ ሲሆን፣ የJsc ለውጥ በአንጻራዊነት አነስተኛ ነው።

ዘዴ እና አተገባበር ግምገማ

የታቀደው ዘዴ በሚከተለው መልኩ ሊጠቃለል ይችላል፡ የአልትራቫዮሌት ተጋላጭነት በፊት ሲኤንክስ/አል2ኦ3 መዋቅር ውስጥ ያለውን የቦንዲንግ ሁኔታ ይለውጣል። ሲ-ኤች እና ኤን-ኤች ቦንዶች ተሰብረው ሃይድሮጅን ይለቃሉ። ከአል-ኦ ጋር የተያያዙ መዋቅሮች ይለወጣሉ እና የኦክስጅን ክፍተቶች ይፈጠራሉ። ነፃ ኦክስጅን ወደ ኢንተርፌሶች ይፈልሳል፣ የፊት ወለል ዳግም ውህደት ይጨምራል፣ እና በእውቂያ ክልል ዙሪያ ያሉ ኤሌክትሮኬሚካላዊ ምላሾች የፊት እውቂያ መቋቋምን ሊጨምሩ ይችላሉ።

የህይወት ዘመን፣ iVoc፣ J0፣ EQE፣ TLM እና I-V ውጤቶች ለኤሌክትሪክ መበላሸት ቀጥተኛ ድጋፍ ይሰጣሉ። ToF-SIMS እና XPS የሃይድሮጅን እና የኦክስጅን ፍልሰት እንዲሁም በኬሚካላዊ ቦንዲንግ ላይ ያሉ ተዛማጅ ለውጦችን ይደግፋሉ። የብረት ኤሌክትሮድ ኢንተርፌስ ትርጓሜ የበለጠ ጥንቃቄ ያስፈልገዋል። ወረቀቱ ይህንን ዘዴ በዋናነት ከከፍተኛ የእውቂያ መቋቋም እና ቀደም ባሉ ጥናቶች ውስጥ ከተገኙ ግኝቶች ይደመድማል። የኤሌሜንታል ስርጭት፣ የኬሚካላዊ ሁኔታ መለኪያዎች ወይም የኤሌክትሮድ ኢንተርፌስ ተሻጋሪ ክፍል ትንተና ለጠንካራ ማረጋገጫ ያስፈልጋል።

ለኢንዱስትሪ ምርት፣ ወረቀቱ የTOPCon UV አስተማማኝነት በመጀመሪያ የሴል ቅልጥፍና ብቻ መገምገም እንደማይችል ማስታወሻ ነው። በርካታ ምክንያቶች የረጅም ጊዜ የኃይል አፈጻጸም ላይ ተጽዕኖ ሊያሳድሩ ይችላሉ፦

• የፊት ሲኤንክስ/አል2ኦ3 ፓሲቬሽን ስታክ የቁሳቁስ ጥራት

• የሃይድሮጅን ክምችት እና የሲ-ኤች እና ኤን-ኤች ቦንዶች መረጋጋት

• በአል2ኦ3 ንብርብር ውስጥ ያለው የኦክስጅን-ባዶ ቦታ ትኩረት

• የብረት ንክኪ በይነገጽ መረጋጋት

• የUVA እና UVB ማጣሪያ በሞዱል መስታወት እና ኢንካፕሱላንቶች

• በአልትራቫዮሌት ተጋላጭነት፣ እርጥበት፣ ሙቀት፣ ሜካኒካል ጭንቀት እና ኤሌክትሪክ መስኮች መካከል ያሉ መስተጋብሮች

ይህ ጥናት በሞዱል ደረጃ ሲታሰብ፣ ወደ ሴል የሚደርሰው እውነተኛ ስፔክትረም በመስታወት እና በኢንካፕሱሌሽን ፊልም እንደገና ይጣራል። እርጥበት፣ የሙቀት ጭንቀት እና ኤሌክትሪክ መስኮችም በእርጅና ሂደት ውስጥ ይሳተፋሉ። ስለዚህ በወረቀቱ ላይ የተዘገቡት ዘዴዎች የ IEC ሙከራን ወይም የረጅም ጊዜ የውጪ መስክ መረጃን ከመተካት ይልቅ ለቁሳቁስ እና ሂደት ማመቻቸት እንደ አቅጣጫዎች የበለጠ ጠቃሚ ናቸው።

አንድ ጠቃሚ ቀጣይ እርምጃ ያልተሸፈኑ ሴሎችን፣ የታሸጉ ሚኒ-ሞዱሎችን እና ከቤት ውጭ የተጋለጡ ሞዱሎችን በተመሳሳይ የማረጋገጫ ማዕቀፍ ውስጥ መገምገም ነው። ይህ ከእውነታዊ ስፔክትራል ማጣሪያ እና የአካባቢ ትስስር በኋላ የትኞቹ ኬሚካላዊ ለውጦች አስፈላጊ እንደሆኑ ለመወሰን ቀላል ያደርገዋል።

ሊሆኑ የሚችሉ የሂደት ማመቻቸት አቅጣጫዎች የሚከተሉትን ያካትታሉ:

• በፊት SiNx/Al2O3 ቁልል ውስጥ ያልተረጋጉ የሃይድሮጅን ምንጮችን መቀነስ

• አሞርፎስ Al2O3 አውታረመረብ ማሻሻል እና የኦክስጅን ባዶ ቦታዎችን መቆጣጠር

• የተኩስ እና የብረት ማድረጊያ ሁኔታዎችን ለተሻለ የግንኙነት-ወለል መረጋጋት ማመቻቸት

• በፊት የብረት ግንኙነት ዙሪያ ከኦክሳይድ ጋር የተያያዙ ምላሾችን የመቋቋም አቅምን ማሻሻል

• ከፍተኛ ኃይል ያለው ዩቪ በሴል ወለል ላይ የሚያሳድረውን ቀጥተኛ ተጽዕኖ የሚቀንሱ የማሸጊያ ቁሳቁሶችን መምረጥ

ወረቀቱ የተሟላ መፍትሄ አይሰጥም። የችግሩን ወሰኖች በግልጽ ያሳያል እና የፊት-ወለል ማለስለስ እና የግንኙነት ምህንድስና አንድ ላይ መታሰብ እንዳለባቸው ያሳያል።

የምርምር መደምደሚያ፡ ቀጥሎ ምን መፍታት ያስፈልጋል

በUV60 የተጋላጭነት ሙከራዎች አማካኝነት ደራሲዎቹ የTOPCon ሴሎች የፊት SiNx/Al2O3 መዋቅር ከኋላ ፖሊ-ሲ ማለስለሻ ግንኙነት ይልቅ ለአልትራቫዮሌት ኢንዳክሽን መበላሸት የበለጠ ተጋላጭ መሆኑን ያሳያሉ። መበላሸቱ በአንድ ገለልተኛ ምክንያት አይከሰትም። ከሃይድሮጅን ጋር የተያያዙ ሂደቶች፣ ከኦክስጅን ጋር የተያያዙ ሂደቶች እና የፊት ግንኙነት መቋቋም መጨመር ሁሉም አስተዋጽኦ ያደርጋሉ።

የዚህ ሥራ አስፈላጊነት የTOPCon UV መበላሸትን ማብራሪያ ከSi-H ቦንድ መሰበር ብቻ በማለፍ ላይ ነው። የፊት ገጽ ኬሚካላዊ ዝግመተ ለውጥ ሰፊ ማዕቀፍ ያቀርባል። የUVID ስጋትን መቀነስ የፊት ፓሲቬሽን ስታክ፣ የኢንተርፌስ ኦክስጅን ባዶ ቦታዎች፣ የሃይድሮጅን አስተዳደር፣ የሜታላይዜሽን ንክኪዎች እና በሞዱል ማሸጊያ የUV ማጣሪያ የተቀናጀ ማመቻቸትን ሊጠይቅ ይችላል። አንድን የፊልም መለኪያ ብቻ ማስተካከል በቂ ላይሆን ይችላል።

ውስንነቶቹ ግልጽ ሆነው መቆየት አለባቸው። ናሙናዎቹ በተዘገበው የUV ሁኔታ ያልተሸፈኑ ነበሩ፣ እና የታቀደው የብረት-ንክኪ መበላሸት ዘዴ አሁንም ግምታዊ ነው። በጣም ጥንቃቄ የተሞላበት ትርጓሜ ወረቀቱ በUV ተጋላጭነት ስር በTOPCon የፊት ገጽ ላይ በኬሚካላዊ ቅንብር ዝግመተ ለውጥ እና በኤሌክትሪክ አፈጻጸም መበላሸት መካከል ግልጽ የሆነ ግንኙነት እንደሚያሳይ ነው። እንዲሁም ከማሸጊያ በኋላ ለረጅም ጊዜ አስተማማኝነት የወደፊት ጥናቶች የተወሰኑ ኢላማዎችን ያቀርባል።

ማጣቀሻ

Lou, X., Yang, N., Fu, Z., Chen, D., Chen, Y., & Verlinden, P. J. (2026). Chemical composition evolution and electrical performance degradation of TOPCon solar cells under UV exposure. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 1–9.

የOoitech እይታ

ተግባራዊው መልእክት ቀላል ነው፡ የፊት ገጽ ፓሲቬሽን እና ሜታላይዜሽን እንደ አንድ አስተማማኝነት ስርዓት መታከም አለባቸው፣ እንደ ተለያዩ ሂደት ደረጃዎች አይደለም። የተረጋጋ የመጀመሪያ Voc በቂ አይደለም የUV ተጋላጭነት የAl2O3 ኬሚስትሪን መለወጥ እና የፊት ግንኙነት መቋቋምን በቋሚነት ከፍ ማድረግ ከቻለ። የወደፊት ማረጋገጫ የሴል ደረጃ UV ሙከራን ከተሸፈነ ሚኒ-ሞዱል ሙከራ ጋር በእውነተኛ የመስታወት እና የኢንካፕሱላንት ስፔክትራ ማገናኘት አለበት።