TOPCon ሴል UVID ጥናት፡ ንክኪ-አልባ IV ሙከራ የፓሲቬሽን መበላሸት እና 6.72% የብቃት መጥፋት ይከታተላል
የይዘት ሰንጠረዥ
TOPCon ሴል UVID እና ንክኪ ያልሆነ IV ሙከራ
TOPCon የፀሐይ ሴሎች በጠንካራ የገጽታ ፓሲቬሽን እና በካሪየር-ሴሌክቲቭ ኮንታክቶች ምክንያት በፎቶቮልታይክ ገበያ ውስጥ ግንባር ቀደም ቦታን አግኝተዋል። ከቤት ውጭ አሰራር ግን ለአልትራቫዮሌት ምክንያት የሆነ መበላሸት ወይም UVID ያጋልጣቸዋል። በዚህ ጥናት ውስጥ የልወጣ ብቃት በ 6.72% ከUV60 ተጋላጭነት በኋላ ቀንሷል.
ቀደምት ስራዎች ብዙውን ጊዜ UVIDን በዋናነት ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ፎቶኖች Si–H ቦንዶችን በማፍረስ እና ተንቀሳቃሽ ሃይድሮጅንን ከመልቀቅ ጋር ያገናኙታል። የፀሐይ አልትራቫዮሌት ስፔክትረም በጣም ሰፊ የሆነ የፎቶን-ኃይል ክልል ይሸፍናል 3.1–4.43 eV, ስለዚህ ከፊት-ገጽታ ቁሳቁሶች ጋር ያለው መስተጋብር በSi–H ቦንድ መሰበር ብቻ ሊገለጽ አይችልም። የፊት Al₂O₃/SiNₓ ቁልል እንዲሁ ከኋላ-ጎን መዋቅር ይልቅ እጅግ ደካማ የአልትራቫዮሌት መቋቋም ያሳያል።
የሚሊኒያል ሶላር ንክኪ-አልባ አይቪ ሞካሪ ያለ ተጠቃሚ ቁሳቁሶች እና በሚሊሰከንድ ደረጃ የመለኪያ ፍጥነት ያለው አጥፊ ያልሆነ ሙከራ ይሰጣል። ከኋላ-ንክኪ እና አውቶቡስ-አልባ ሴል ዲዛይኖች ጋር ተኳሃኝ ነው እና በአንድ የሙከራ ቅደም ተከተል ውስጥ ባለብዙ-ልኬት አይቪ፣ ኢኪዩኢ እና ፒኤል መለኪያዎችን ማግኘት ይችላል።
ይህ ጥናት የበረራ ጊዜ ሁለተኛ ደረጃ ion mass spectrometry (ToF-SIMS) ከጥልቀት-መገለጫ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ጋር በማጣመር በአልትራቫዮሌት 60 ተጋላጭነት በፊት እና በኋላ በAl₂O₃/SiNₓ ንብርብሮች ውስጥ ያለውን የንጥረ-ነገር ስርጭት እና የኬሚካል-ቦንድ ለውጦችን ለመከታተል ተጠቅሟል። ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት N–H ቦንድ መሰበር ከSi–H ቦንድ መሰበር በተጨማሪ እንደ ሁለተኛ የሃይድሮጅን ምንጭ ሆኖ ይሰራል። የአልትራቫዮሌት ተጋላጭነት በአሞርፎስ Al₂O₃ ውስጥ ያሉትን Al–O ቦንዶች ያበላሻል፣ ይህም ብዙ ቁጥር ያላቸውን የኦክስጅን ክፍተቶች ይፈጥራል። የተጣመሩት የሃይድሮጅን እና የኦክስጅን ዘዴዎች የገጽታ ዳግም ውህደትን ይጨምራሉ እና የመከላከያ ንብርብር አስተማማኝነትን ለማሻሻል የበለጠ ግልጽ መሠረት ይሰጣሉ።
የሙከራ ዘዴ
ሚሊኒያል ሶላር
(ሀ) የTOPCon የፀሐይ ሴል ንድፍ መዋቅር፤ (ለ) የተመጣጠነ የፊት-መዋቅር ናሙና፤ (ሐ) የተመጣጠነ የኋላ-መዋቅር ናሙና።
ሁለት የተመጣጠኑ የናሙና መዋቅሮች ተዘጋጅተዋል። የፊት መዋቅሩ SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓነበር። የኋላ መዋቅሩ SiOₓ/n⁺-poly-Si ንብርብሮችን ያካትታል። UV እርጅና በሞጁል ደረጃ የተካሄደ ሲሆን በዋናነት UV-A እና በግምት 11% UV-B ያለው የብርሃን ምንጭ ተጠቅሟል። የሙከራ ሁኔታዎች 60°C እና 30% አንጻራዊ እርጥበት ነበሩ።
| የሙከራ ንጥል | ሁኔታ ወይም ውቅር |
|---|---|
| የፊት የተመጣጠነ ናሙና | SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ |
| የኋላ የተመጣጠነ ናሙና | SiOₓ/n⁺-poly-Si ንብርብሮችን የያዘ መዋቅር |
| UV ምንጭ | በዋናነት UV-A፣ በግምት 11% UV-B ያለው |
| የሙከራ ሙቀት | 60°C |
| አንጻራዊ እርጥበት | 30% |
| ከፍተኛው የተዘገበው UV መጠን | 60 kWh·m⁻²፣ UV60 ተብሎ ተለይቷል |
| ዋና የመተንተን ዘዴዎች | ToF-SIMS እና ጥልቀት-መገለጫ XPS |
የአልትራቫዮሌት የብርሃን ምንጭ ስፔክትራል ኢራዲያንስ።
የፊት እና የኋላ መዋቅሮች UV መቋቋም
ሚሊኒያል ሶላር
በUV ተጋላጭነት ወቅት በሲሜትሪክ የፊት እና የኋላ መዋቅር ናሙናዎች ላይ የተከሰቱ ለውጦች፡ (ሀ) ውጤታማ የሸክም ተሸካሚ የህይወት ዘመን፣ τeff፣ በተከተተ የሸክም ትኩረት 1 × 10¹⁵ ሴሜ⁻³; (ለ) የተጠቆመ ክፍት ዑደት ቮልቴጅ፣ iVoc; እና (ሐ) ነጠላ-ጎን ሙሌት የአሁኑ ጥግግት፣ J₀.
ሲሜትሪክ የኋላ መዋቅር ከትንሽ መበላሸት በኋላ ብቻ አሳይቷል 60 kWh·m⁻² የUV ተጋላጭነት። የእሱ 120 nm ፖሊ-ሲ ንብርብር ሁሉንም የሚከሰት UV ጨረር ወስዶ ለስር ያለው በይነገጽ ውጤታማ ጥበቃ ሰጥቷል።
ሲሜትሪክ የፊት መዋቅር በጣም በከፋ ሁኔታ ተበላሽቷል፡
ውጤታማ የሸክም ተሸካሚ የህይወት ዘመን፣ τeff፣ ከ 2,895.6 μs ወደ 1,552.8 μs.
የተጠቆመ ክፍት ዑደት ቮልቴጅ፣ iVoc፣ ከ 735.5 mV ወደ 715.2 mV.
ነጠላ-ጎን J₀ ወደ 18.4 fA·cm⁻²ጨምሯል፣ ይህም ከመጀመሪያው እሴቱ በግምት ሦስት እጥፍ ነው።
የAl₂O₃/SiNₓ ማለፊያ አፈጻጸም በከፍተኛ ሁኔታ ተበላሽቷል።
እነዚህ ውጤቶች እንደሚያረጋግጡት የፊት SiNₓ/Al₂O₃ ቁልል ከኋላ SiOₓ/poly-Si መዋቅር ይልቅ ለአልትራቫዮሌት ተጋላጭነት በእጅጉ የተጋለጠ ነው።
የኬሚካል ቅንብር ዝግመተ ለውጥ
ሚሊኒያል ሶላር
የተጣራ ሲሜትሪክ የፊት-መዋቅር ናሙናዎች የ ToF-SIMS ጥልቀት መገለጫዎች ከ UV60 ተጋላጭነት በፊት እና በኋላ (ሀ) ሃይድሮጅን እና (ለ) ኦክስጅን ጥንካሬ።
ToF-SIMS ከአልትራቫዮሌት ተጋላጭነት በኋላ በተለይም በ SiNₓ ንብርብር ውስጥ የሃይድሮጅን ክምችት ግልጽ የሆነ መጨመር አሳይቷል። የ N 1s XPS ምልክት ጥልቀት-መገለጫ ትንተና በ SiNₓ/Al₂O₃ በይነገጽ ላይ የ N–H ቦንዶች መጠን ከ 9.64% ወደ 5.97%ቀንሷል። ይህ ከ Si–H ቦንድ መሰባበር ጎን ለጎን የ N–H ቦንድ መሰባበር ሌላ አስፈላጊ የሃይድሮጅን ምንጭ መሆኑን ያረጋግጣል።
ከተለቀቀው ሃይድሮጅን ውስጥ የተወሰነው ወደ SiNₓ ወለል ተበታትኖ እንደገና ከሲሊከን ጋር ተጣብቋል። ይህ ከወለሉ አጠገብ ያለው የአካባቢው የ N–H መጠን ከመቀነስ ይልቅ ለምን እንደጨመረ ያብራራል።
የኦክስጅን ዝግመተ ለውጥም ወሳኝ ነበር። በ Al₂O₃ ንብርብር ውስጥ ያለው የኦክስጅን ክምችት በትንሹ ቀንሷል፣ በሁለቱም በ SiNₓ/Al₂O₃ እና Al₂O₃/Si በይነገጾች ላይ ግን ጨምሯል። ይህ ስርጭት እንደሚያመለክተው በ Al–O ቦንድ መሰባበር የተለቀቀው ኦክስጅን ከ Al₂O₃ ፊልም ወደ ውጭ ተበታትኗል።
በተመጣጣኝ ክሪስታል ውስጥ ያለው የአል–ኦ ቦንድ ኃይል ወደ 5.3 eVነው። አሞርፎስ አል₂ኦ₃ የተለየ ነው። ዝቅተኛ ቅንጅት ያላቸው የአሉሚኒየም አዮኖች እና አሉታዊ ኃይል ያላቸው የኦክስጅን ባዶዎች በአጠገብ ያሉትን የአል–ኦ ቦንዶች ለማፍረስ የሚያስፈልገውን የማግበር ኃይል ወደ 2.4 eVዝቅ ማድረግ ይችላሉ። የ400 nm አልትራቫዮሌት ፎቶን ወደ 3.1 eVይሸከማል፣ ይህም ይህን ሂደት ለማስነሳት በቂ ነው።
ከUV60 ተጋላጭነት በፊት እና በኋላ በተለያዩ አል₂ኦ₃/ሲኤንₓ መገናኛዎች ላይ የኤን 1s ጥልቀት-ፕሮፋይል ኤክስፒኤስ ስፔክትራ፣ በ397.5 eV የተገጣጠሙ የኤን–ሲ ቦንዶች እና በ399.5 eV የኤን–ኤች ቦንዶችን ጨምሮ።
የኦ 1s ኤክስፒኤስ ውጤቶች ከላቲስ ኦክስጅን፣ እንደ ኦአይ ተለይቶ፣ ወደ ኦክስጅን-ባዶ-ተዛማጅ ክፍሎች፣ እንደ ኦአይአይ ተለይቶ፣ መቀየርን አሳይተዋል። በአል 2p ስፔክትራ ውስጥ፣ የአል₂ኦ₃ ድርሻ ከ 69.99% ወደ 60.36%ወርዷል፣ አል–ኦኤች ደግሞ ከ 30.01% ወደ 39.64%.
የሲ 2p ስፔክትራ ደግሞ በሲ²⁺ ውስጥ መጨመር እና ከፍተኛ የሲሊኮን ኦክሳይድ ሁኔታዎች መቀነስ አሳይቷል። በኦክስጅን-ቫካንሲ ምስረታ ወቅት የተለቀቁ ኤሌክትሮኖች ሲሊኮንን ከከፍተኛ ኦክሳይድ ሁኔታዎች ቀንሰዋል። እነዚህ በኦክስጅን፣ አልሙኒየም እና ሲሊኮን ትስስር ላይ የተቀናጁ ለውጦች ከአንድ የተለየ የተነጠለ ትስስር ምላሽ ይልቅ በአል₂ኦ₃ ፊልም ላይ ሰፊ ጉዳት መኖሩን ያመለክታሉ።
የኤሌክትሪክ አፈጻጸም መበላሸት
ሚሊኒያል ሶላር
ከUV60 ተጋላጭነት በፊት እና በኋላ የTOPCon የፀሐይ ሴል EQE እና ነጸብራቅ ኩርባዎች።
ከUV60 ተጋላጭነት በኋላ ነጸብራቅ ሳይለወጥ ቀረ። EQE ከ500 nm በታች ባለው አጭር የሞገድ ርዝመት ክልል ውስጥ መጠነኛ ማሽቆልቆል አሳይቷል፣ ይህም ከፊት ገጽ ላይ ካለው ጠንካራ ዳግም ውህደት ጋር ይዛመዳል።
በUV60 ተጋላጭነት ወቅት የTOPCon የፀሐይ ሴል የፊት ንክኪ መቋቋም ለውጥ።
የፊት ንክኪ መቋቋም ከUV መጠን ጋር በቀጥታ መስመር ጨምሯል፣ ደርሷል 4.1 mΩ·cm²፣ ወደ 8.6 ጊዜ የመጀመሪያ እሴቱ። የታቀደው ዘዴ በማለፊያ ንብርብሮች ውስጥ ከሚፈጠሩ ተንቀሳቃሽ ሃይድሮጅን እና ኦክስጅን ጋር የተያያዘ ነው። እነዚህ ዝርያዎች ወደ ኤሌክትሮድ በይነገጽ በመሰራጨት በኦክሳይድ-ቅነሳ ምላሾች ውስጥ ይሳተፋሉ።
የአልትራቫዮሌት ጨረር በብር ወለል ላይ ያሉትን የውሃ ሞለኪውሎች ወደ ሃይድሮክሳይል ራዲካልነት መቀየር ይችላል። እነዚህ ምላሾች አንድ ላይ ሆነው የብረት ኤሌክትሮድ ዝገትን ያፋጥናሉ እና የግንኙነት መቋቋምን ይጨምራሉ።
በUV60 ተጋላጭነት ወቅት የTOPCon የፀሐይ ሴል የኤሌክትሪክ አፈጻጸም መበላሸት፦ (ሀ) Voc፤ (ለ) Jsc፤ (ሐ) FF፤ እና (መ) ቅልጥፍና።
የመጨረሻዎቹ የኤሌክትሪክ ኪሳራዎች በበርካታ መለኪያዎች ላይ ተከፋፍለዋል፦
Voc በ3.46% ቀንሷል፣ በዋናነት በፊት-ወለል ማለስለስ መበላሸት እና የJ₀ መጨመር ምክንያት።
FF በ2.82% ቀንሷል፣ በዋናነት በፊት ግንኙነት መቋቋም ላይ ከፍተኛ ጭማሪ ምክንያት።
Jsc በ0.64% ብቻ ቀንሷል፣ ምክንያቱም የEQE ኪሳራ በዋናነት በአጭር ሞገድ ርዝመት ክልል ላይ ብቻ የተገደበ ነበር።
የልወጣ ቅልጥፍና በ6.72% ቀንሷል ከUV60 ተጋላጭነት በኋላ።
የTOPCon የፀሐይ ሴል የፊት SiNₓ/Al₂O₃ መዋቅር ከኋላ መዋቅሩ ያነሰ የአልትራቫዮሌት መቋቋም አለው። በአልትራቫዮሌት ተጋላጭነት ጊዜ፣ Si–H እና N–H ቦንዶች ተሰብረው ተንቀሳቃሽ ሃይድሮጅን ይለቃሉ። በአሞርፎስ Al₂O₃ ውስጥ ያሉ Al–O ቦንዶችም ይጎዳሉ፣ ኦክስጅንን ይለቃሉ እና ከፍተኛ የኦክስጅን ክፍተቶችን ያመነጫሉ። በተመሳሳይ ጊዜ፣ Al₂O₃ ወደ Al–OH ይቀየራል እና የሲሊኮን ኦክሳይድ ሁኔታ ስርጭት ይለወጣል።
ከሃይድሮጅን እና ኦክስጅን ጋር የተያያዙ የመበላሸት ዘዴዎች አንድ ላይ ሆነው የገጽታ ውህደትን ያጠናክራሉ። አብሮ የሚሄደው የፊት ንክኪ መቋቋም መጨመር የተለየ የኤሌክትሪክ ኪሳራ ይጨምራል፣ ይህም ወደ ሚለካው 6.72% የብቃት መበላሸትያመራል። እነዚህ ግኝቶች TOPCon UVIDን ለመረዳት እና የፊት ጎን የማለፊያ ቁልሎችን የረጅም ጊዜ አስተማማኝነት ለማሻሻል ጠቃሚ ማጣቀሻ ይሰጣሉ።
የOoitech እይታ
ቁልፉ ነጥብ TOPCon UVID እንደ ቀላል Si–H ቦንድ ችግር ሊታይ አይገባም። የማለፊያ ኬሚስትሪ፣ የኦክስጅን ክፍተት ቁጥጥር እና የብረት መረጋጋት አንድ ላይ መገምገም አለባቸው፣ በተለይም የሞዱል ምርት ሂደቶችን ለረጅም የውጭ አገልግሎት ብቁ ሲያደርጉ። ንክኪ የሌላቸው IV፣ EQE እና PL ክትትል እነዚህን ኪሳራዎች ቀደም ብለው ለመለየት ይረዳሉ፣ ይህም እየጨመረ ለሚሄደው ስስ የሴል ዲዛይኖች የሜካኒካል ንክኪ ጉዳት ሳይጨምር።
