Ученые обнаружили новый тип отказа в солнечных элементах TOPCon, обработанных LECO
Международная исследовательская группа обнаружила значительное увеличение последовательного сопротивления в солнечных элементах TOPCon, обработанных LECO, после воздействия температуры и смещения. По словам учёных, теперь им необходимо провести дополнительные исследования, чтобы выяснить, как это влияет на эффективность, надёжность и банковское обслуживание элементов.
Электролюминесцентные и фотолюминесцентные изображения солнечного элемента TOPCon, обработанного LECO с температурным смещением.
Группа исследователей из Оксфордского университета в Великобритании и китайского специалиста по металлизации Changzhou Fusion New Materials выявила новый вид брака в солнечных модулях TOPCon, изготовленных с помощью так называемой лазерной оптимизации контактов (LECO).
Процесс выполняется после обжига металлизационной пасты и включает в себя сканирование лазером кристаллической кремниевой ячейки, находящейся под обратным смещением. В результате электроны свободных носителей заряда оказываются между металлическим контактом и кремнием, создавая новую структуру на границе контакта и поверхности слоя бора-эмиттера — контакт, активируемый током (CFC). Благодаря новой структуре CFC ячейки TOPCon, прошедшие процесс LECO, не демонстрируют контактного сопротивления после термической обработки.
«Этот процесс вызывает локальную высокую плотность тока на границе раздела контактов, способствуя взаимодиффузии между серебром и кремнием, что снижает контактное сопротивление и повышает эффективность элемента», — объяснили учёные, отметив, что прирост эффективности может достигать 0,6%. «LECO особенно эффективен в элементах TOPCon, где он помогает добиться низкого контактного сопротивления при сохранении хорошей пассивации интерфейса на p-стороне, тем самым одновременно повышая напряжение разомкнутой цепи и коэффициент заполнения».
Исследовательская группа изучила, в частности, снижение сопротивления последовательного соединения, влияющее на ячейки TOPCon после воздействия температуры и смещения. Она также объяснила, что её работа основана на предыдущих научных исследованиях, которые показали, что подача тока во время термической обработки может увеличить сопротивление последовательного соединения «на порядок».
Ученые провели мониторинг I–V характеристик на месте в процессе отжига при температуре 400 °C как обычных, так и обработанных LECO солнечных элементов TOPCon и применили независимые циклы смещения в последовательности «прямое–обратное–прямое–обратное». Кроме того, они использовали электролюминесценцию (ЭЛ) и фотолюминесценцию (ФЛ) для оценки пространственного распределения последовательного сопротивления и качества пассивации элементов.
Во время первого цикла прямого смещения учёные наблюдали постоянный рост последовательного сопротивления, в то время как при обратном смещении наблюдалось небольшое снижение последовательного сопротивления.
«Такая деградация согласуется с ранее опубликованными в литературе результатами, в которых увеличение сопротивления объясняется пассивацией интерфейса серебро/n+-поликремний», — уточнили они. «При анализе ячеек LECO-TOPCon условие прямого смещения приводит к уменьшению последовательного сопротивления, что противоположно тому, что наблюдалось в обычных ячейках TOPCon. Самое поразительное, что обратное смещение в LECO-TOPCon значительно ухудшает последовательное сопротивление, увеличивая его более чем на два порядка в течение 30 минут».
Исследователи предупредили, что, если не принять меры, наблюдаемое снижение последовательного сопротивления может повлиять как на производительность, так и на экономическую целесообразность использования ячеек, обработанных LECO. «Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять микроскопическую природу этой проблемы с надёжностью и изучить потенциальные стратегии по снижению рисков для повышения стабильности в рабочих условиях», — заключили они.
Их выводы представлены в исследовании «Режим отказа, влияющий на надежность высокоэффективных солнечных элементов TOPCon, обработанных LECO», опубликованном в RRL Solar.
В прошлом году учёные из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии и китайско-канадского производителя фотоэлектрических модулей Canadian Solar продемонстрировали деградацию промышленных солнечных элементов TOPCon при ускоренных испытаниях в условиях 85 °C и 85% относительной влажности в ходе так называемого теста на влажную жару (DH85). Основным механизмом деградации в этом исследовании было значительное увеличение последовательного сопротивления.