TOPCon ሴሎች በእርጥብ ሙቀት ውስጥ፡ ለምንድነው

ፈጣን መልስ፦ TOPCon የከፍተኛ ቅልጥፍና ክሪስታላይን ሲሊኮን ገበያን አብዛኛውን ይዞታል፣ እና ክፍት የሆነው ጥያቄ ከአሁን በኋላ ቅልጥፍና ሳይሆን ሴሉ ከዓመታት በኋላ በእርጥበት ሙቀት ውስጥ በመስክ ላይ እንዴት እንደሚሠራ ነው። መደበኛው የተፋጠነ ምርመራ በ85 °C እና በ85% አንጻራዊ እርጥበት — DH85 — ይሠራል፣ ይህም እርጥበትን ከመስክ ሁኔታዎች በበለጠ ፍጥነት ወደ ኢንካፕሱላንት እና ወደ ሴል ቁልል ለመግፋት የተነደፈ ነው። እዚህ ላይ የተደራረበው አወቃቀር ወሳኝ ነው፡ በተቀዳደ ፖሊሲሊኮን ንብርብር ስር ያለው ወደ 10 nm የሚጠጋ የቱንል ኦክሳይድ በጣም ቀጭን በመሆኑ የግንኙነት ኬሚስትሪ፣ የጅምላ ቁሳቁስ ሳይሆን፣ አስተማማኝነትን ይወስናል። ወደ 150 °C የሚጠጉ የላሚኔሽን ሙቀቶች እና የኢንካፕሱላንት የራሱ የእርጥበት መተላለፊያነት ሁለቱም ወደ ተመሳሳይ የውድቀት መንገድ ይመገባሉ። በQL200 ክፍል ውስጥ ያሉ የመለኪያ መሣሪያዎች የእርጥበት-ሙቀት መጋለጥ በፓሲቬሽን ላይ ምን እንደሚያደርግ ለመከታተል ያገለግላሉ እንጂ ኃይል ብቻ መቀነሱን ለማወቅ አይደለም።

PV Module Manufacturing · by Jerry, Ooitech

መግቢያ

TOPCon አብዛኛውን ከፍተኛ ቅልጥፍና ያለውን c-Si ገበያ ተቆጣጥሯል፣ ነገር ግን የረጅም ጊዜ የመስክ አስተማማኝነት አሁንም ተንቀሳቃሽ ግብ ነው። አንድ ደካማ ነጥብ በእርጥበት-ሙቀት ጥናቶች ውስጥ በተደጋጋሚ ይታያል፡ የኋላ ፓሲቬሽን ክምር። የቅርብ ጊዜ ጥናት (Tong et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188) የሶዲየም ጨዎች በሴል ላይ ሲወርዱ እና በ85°C/85% RH ስር ሲቀመጡ በትክክል ምን እንደሚበላሽ ለይቶ አሳይቷል። አጭሩ መግለጫ — የኋላ SiNₓ ንጣፍ ደካማው ቦታ ነው፣ እና ቀጭን ALD AlOₓ ፊልም አብዛኛውን ያስተካክለዋል።

ቁልፍ ግኝቶች ከፊት ለፊት

• የኋላ ሲን ኤክስ (SiNₓ) ንብርብር የእርጥበት-ሙቀት ደካማ ነጥብ ነው። ሶዲየም አሲቴት (CH₃COONa) የኋላ ክፍት ዑደት ቮልቴጅ (Voc) በ5.8% እንዲቀንስ እና ተከታታይ ተቃውሞ (Rₛ) በ450% እንዲጨምር አድርጓል።

• ሶዲየም ጨዎች የገጽታ ኦክሳይድ እና የናይትሮጅን መጥፋት ያፋጥናሉ። XPS የኋላ ሲ/ኤን አቶሚክ ሬሾ ከ1.3 ወደ 23፣ እና ኦ/ኤን ከ1.6 ወደ 53 መዝለሉን አሳይቷል።

• የ10nm ALD Al₂O₃ ማገጃ ትልቅ ለውጥ አምጥቷል — በCH₃COONa ብክለት ስር የPCE መጥፋት ከ16% ወደ 0.4% ብቻ ወርዷል።

• የፊት ፓሲቬሽን በጣም ጠንካራ ነው። የAlOₓ/SiOጭNረ ባለብዙ ንብርብር የሶዲየም ስርጭትን ይከላከላል፣ ስለዚህ እዚያ ያለው ብክለት 0.87% PCE ብቻ አስከፍሏል።

• ሁለቱ ብክለቶች በተለየ መንገድ ይሠራሉ፡ ሶዲየም አሲቴት የብረት ንክኪውን ያጠቃል፣ ሶዲየም ክሎራይድ (NaCl) ደግሞ በዋናነት የፓሲቬሽን ንብርብሩን ያመነጫል።

ዳራ

ዋናው ጥያቄ ለመግለጽ ቀላል ነው፣ ለመመለስ ግን ከባድ ነው፡ ለምንድነው TOPCon ሴሎች የሶዲየም ጨዎች ባሉበት እርጥበት ሙቀት ውስጥ አፈጻጸማቸውን የሚያጡት፣ እና ለምንድነው የኋላ ፓሲቬሽን የበለጠ የሚጎዳው (Kyranaki et al., 2022)?

ክፍተቶቹ የት አሉ

አብዛኛው ቀዳሚ ሥራ የብረት ንክኪ ዝገት ላይ ያተኮረ ነበር (Iqbal et al., 2023)፣ ነገር ግን የመከላከያ ሽፋኑ ኬሚካላዊ መበላሸት ላይ ስልታዊ ጥናት ያደረገ ሰው አልነበረም። የፊት እና የኋላ ቁልሎች በተለየ መንገድ የተገነቡ ናቸው — ፊት AlOₓ/SiNₓ/SiOᵧNᵣ ነው፣ ኋላ ደግሞ SiNₓ በተሸፈነ ዶፕድ ፖሊ-ሲ ነው — እና የዝገት መቋቋማቸው በቀጥታ ተነጻጽሮ አያውቅም (Feldmann et al., 2014)። ከዚህ በላይ፣ ሁለቱ የተለመዱ ብክለቶች (CH₃COONa vs. NaCl) አንድ አይነት ባህሪ አላቸው ተብሎ ይታሰብ ነበር፣ ነገር ግን እንደዚያ አይደሉም (Li et al., 2021)።

ይህንን በትክክል ማግኘት ለእውነተኛ ገንዘብ አስፈላጊ ነው። የ PV ፋብሪካዎች በ25-ዓመት የህይወት ዘመን ቃል ኪዳን ይሸጣሉ (Peters et al., 2021)፣ እና በእርጥበት ሁኔታ ውስጥ የሚታየው የኋላ-ጎን ውድቀት ዘዴ በትክክል ያንን የሚበላ ነገር ነው።

አቀራረብ

የሥራ ፍሰቱ ከእውነተኛ የምርት ፍሰት ጋር ተቀራርቦ ተጠብቆ ነበር፡ የኢንዱስትሪ TOPCon ሴሎች → የሶዲየም ጨው በፊት ወይም በኋላ ገጽ ላይ አካባቢያዊ መርጨት → የተፋጠነ እርጥብ ሙቀት (85°C/85% RH) → የኤሌክትሪክ እና ኬሚካላዊ ባህሪ መለየት → የ ALD AlOₓ መከላከያ መሞከር → የመከላከያ ዘዴውን መለየት።

እዚህ አዲስ የሆነው ነገር

በንድፈ ሀሳብ በኩል፣ ይህ የመጀመሪያው ጥናት ነው የናይትሮጅን መጥፋት በኋለኛው SiNₓ ንብርብር ውስጥ የVoc መውረድ ዋና መንስኤ መሆኑን የሚያመለክተው። በተግባራዊ በኩል፣ የ10nm AlOₓ ንብርብር በመደበኛ የኢንዱስትሪ ALD መሳሪያ ላይ የሚሰራ ሲሆን በፍፁም ቅልጥፍና ውስጥ 0.01% ያህል ብቻ ያስከፍላል። እና በስልት ደረጃ፣ ቡድኑ የሴል ደረጃ DH ሙከራን ገንብቷል 20 ሰአታት ከበርካታ አመታት የውጪ እርጅና ጋር የሚመሳሰል (Sen et al., 2023)።

የሎጂክ ሰንሰለቱ ለመከተል ቀላል ነው፡ የኋላ ብክለት ከፍተኛ የሆነ የVoc መውረድ ያስከትላል፣ ይህም በቀጥታ ወደ ፓሲቬሽን ውድቀት ያመለክታል። XPS ከዚያም የSiNₓ ኦክሳይድ ምላሽ እና የሚከፍተውን የሶዲየም ስርጭት መንገድ ያረጋግጣል። የAlOₓ ንብርብር ይጨምሩ፣ ሶዲየምን ይከላከሉ፣ እና PL ኢሜጂንግ ጉድለቶቹ መታፈናቸውን ያረጋግጣል።

ዘዴዎች

የናሙና ዝግጅት

እንዴት እንደተለካ

• I-V መለኪያዎች (Pmax, Voc, FF, Jsc) በ LOANA ሲስተም (pv-tools) በኩል።

• የፓሲቬሽን ጥራት በውጤታማ አናሳ አመላካች የህይወት ዘመን (τ_eff)።

• የገጽታ ኬሚስትሪ በ XPS እና SEM-EDS።

ውጤቶች እና ውይይት

የኤሌክትሪክ መበላሸት

የኋላ ጎን በግልጽ ስሱ ነው። CH₃COONa በኋላ ላይ Voc በ5.8% ዝቅ አደረገ፣ Rₛ በ450% ጨመረ (ሠንጠረዥ 1)፣ እና PL ጥንካሬን በ37.3% ቆረጠ (ምስል 3a)። በፊት ላይ ተመሳሳይ ሕክምና PCE 0.87% ብቻ አስከፍሏል። ተመሳሳይ ጨው፣ በየትኛው ፊት ላይ እንደሚመታ በጣም የተለየ ውጤት።

የፓሲቬሽን ኬሚካላዊ መበላሸት

XPS በኋላ ገጽ ላይ የ Si-O ቦንድ ክፍልፋይ በከፍተኛ ሁኔታ መጨመሩን አሳይቷል (ምስል 5b)፣ የ O/N አቶሚክ ሬሾ ከቁጥጥር 1.6 ወደ CH₃COONa ቡድን 53 አድጓል። ዘዴው የናይትሮጅን መጥፋት ነው — እርጥብ ሙቀት SiNₓ ሃይድሮላይዝ ያደርጋል እና የገጽታ ፓሲቬሽን ያበላሻል።

AlOₓ ማገጃ ምን ያደርጋል

በ10nm ALD AlOₓ በተተከለበት ጊዜ፣ በኋለኛው CH₃COONa ብክለት ምክንያት የPCE መጥፋት ከ16% ወደ 0.4% ወርዷል፣ እና Voc እንደቀጠለ ቆይቷል (ምስል 6a)። SEM-EDS በAlOₓ ናሙናዎች ውስጥ የሶዲየም ይዘት በ86% መቀነሱን አሳይቷል (ምስል 6c)፣ እና PL ምንም የጉድለት እንቅስቃሴ አላሳየም (ምስል 6b)። እንቅፋቱ በትክክል የሚፈለገውን እያደረገ ነው — ሶዲየምን ማስወጣት።

ማጠቃለያ

ዋና ዋና መደምደሚያዎች

የኋለኛው SiNₓ ሽፋን በእርጥብ ሙቀት እና በሶዲየም ጨው ሲጋለጥ ሃይድሮላይዝ ይሆናል እና ኦክሳይድ ይሆናል፣ ይህም Voc እንዲቀንስ እና Rₛ እንዲጨምር ያደርጋል (በXPS/EDS የተደገፈ፣ ምስል 4-5)። የ10nm AlOₓ ሽፋን የሶዲየም ስርጭትን ይከላከላል እና የDH85 PCE መጥፋት ከ1% በታች እንዲሆን ያደርጋል (ምስል 6a)። እና የፊት AlOₓ/SiOᵧNᵣ ባለብዙ ሽፋን በተፈጥሮው ዝገትን የሚቋቋም ነው፣ ስለዚህ እዚያ ያለው ብክለት በቀላሉ አይታወቅም።

ለምን ጠቃሚ ነው

የAlOₓ እንቅፋት በቀጥታ ወደ TOPCon የጅምላ ምርት ሊገባ ይችላል፣ እንደ Leadmicro QL200 ባሉ መሳሪያዎች ላይ። ወደፊት ስንመለከት፣ AlOₓ ከSiNₓ ጋር በሁለት-መስታወት ሞጁል ማሸጊያ ውስጥ ማጣመር በእርጥብ አካባቢዎች የእፅዋትን ዕድሜ ሊያራዝም ይችላል።

ትንሽ ዳራ

• TOPCon መዋቅር፡ የዋሻ ኦክሳይድ (SiO₂) እና የተቀላቀለ ፖሊ-ሲሊከን ማለፊያ ንክኪ፣ ይህም በብረት ላይ ያለውን ዳግም ውህደት ይቀንሳል (Feldmann et al., 2014)።

• ALD፡ ሽፋን-በ-ሽፋን ናኖ-ፊልም እድገት፣ ወጥ የሆነ ናኖሜትር-ልኬት AlOₓ ሽፋን ይሰጣል።

• የDH ሙከራ፡ 85°C/85% RH የተፋጠነ እርጅና በእርጥበት አየር ንብረት ውስጥ የሞዱል መበላሸትን ለመምሰል።

• SiNₓ ማለፊያ፡ ሃይድሮጂን ያለው ሲሊከን ናይትራይድ፣ ለፀረ-ነጸብራቅ እና ለገጽታ ማለፊያ ጥሩ ነው፣ ነገር ግን የተንጠለጠሉ ቦንዶችን ይይዛል እና በቀላሉ ሃይድሮላይዝ ይሆናል።

ማጣቀሻዎች

• Tong H. እና ሌሎች፣ በTOPCon የፀሐይ ሴሎች ውስጥ የብክለት ምክንያት የሆነውን መበላሸት በALD AlOₓ ማገጃ መቀነስ፣ DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188

• Feldmann F. እና ሌሎች፣ ለከፍተኛ ቅልጥፍና n-አይነት ሲ የፀሐይ ሴሎች የተላለፉ የኋላ እውቂያዎች፣ የፀሐይ ኢነርጂ ቁሶች እና የፀሐይ ሴሎች 120 (2014) 270–274።

• Li X. እና ሌሎች፣ የTOPCon ሴሎችን በNaCl በመጠቀም የተፋጠነ የእርጥበት-ሙቀት ሙከራ፣ የፀሐይ ኢነርጂ ቁሶች እና የፀሐይ ሴሎች 262 (2023) 112554።

• Peters I.M. እና ሌሎች፣ በፎቶቮልታይክስ ውስጥ የመረጋጋት ዋጋ፣ Joule 5 (2021) 3137–3153።

የOoitech እይታ

እዚህ ላይ የሚታየው ነገር የአስተማማኝነት ታሪኩ በኋለኛው የመከላከያ ንብርብር (rear passivation stack) ውስጥ እንጂ በሴል ዲዛይን ርዕስ ውስጥ አለመሆኑ ነው። በእውነተኛ የምርት መስመር ላይ፣ ተጨማሪ 10nm ALD AlOₓ ደረጃ ለእርጥበት የአየር ንብረት ፕሮጀክቶች ርካሽ ኢንሹራንስ ነው፣ እና ያለ ብዙ ችግር ወደ መደበኛ ሞዱል ምርት ውስጥ ይገባል። እኛ በተሟላ ሁኔታ ዝግጁ የሆኑ የሞዱል ምርት መስመሮችን እንገነባለን፣ ስለዚህ እንደዚህ ያሉ ግኝቶችን በቅርብ እንከታተላለን — ከላይ ያሉ ትናንሽ የሂደት ማስተካከያዎች ብዙውን ጊዜ አንድ ፋብሪካ ለ25 ዓመታት የሚቆይ መሆኑን ይወስናሉ። ከፋብሪካው ወለል ላይ ተጨማሪ መረጃ ከፈለጉ፣ የ Ooitech YouTube ቻናል (www.youtube.com/ooitech) መከተል ተገቢ ነው።