Влияние паяльного флюса на деградацию солнечных элементов TOPCon
Аккумулятор Challenger G12-200H
Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса изучили влияние двух типов паяльных флюсов на солнечные модули TOPCon в условиях повышенной влажности и обнаружили, что паяльные флюсы, не требующие очистки, могут вызывать сильную коррозию передних серебряно-алюминиевых контактов. Исследователи также выяснили, что более плотная структура металлизации и меньшее содержание алюминия повышают устойчивость к коррозии.
Исследователи из австралийского Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) оценили влияние паяльных флюсов на коррозию металлических контактов в солнечных батареях на основе туннельного оксидного пассивированного контакта (TOPCon) в условиях влажно-теплового воздействия (DH).
Тест DH — это ускоренный тест, который проверяет надёжность модулей в условиях экстремальной влажности и жары. В стандартном варианте фотоэлектрический элемент помещается в камеру с контролируемой температурой 85 °C и влажностью 85 % как минимум на 1000 часов.
«Наше исследование предоставляет производителям фотоэлектрических систем быструю и недорогую диагностику для выявления проблем с надежностью, связанных с пайкой, на ранних этапах производства, — рассказал журналу PV автор исследования Брэм Хоэкс. — Это также помогает отрасли сократить количество гарантийных случаев и потери производительности из-за коррозии, вызванной влажностью».
Паяльные флюсы используются для удаления оксидной плёнки с контактных или шинниковых лент в процессе сборки модуля.
Ученые сосредоточили свое внимание на так называемых «не требующих очистки» флюсах, которые не нужно очищать после пайки, чтобы упростить производственный процесс. Такие флюсы удаляют оксиды и создают прочные металлургические соединения, оставляя при этом минимальное количество непроводящих остатков.
Для тестирования они использовали два коммерческих флюса под названием Flux A и Flux B, причём последний был на основе L-яблочной кислоты, а первый — на основе карбоновой кислоты. Кроме того, они использовали три коммерческих элемента TOPCon, произведённых в 2019, 2022 и 2023 годах с помощью так называемой оптимизации контактов с помощью лазера (LECO).
«Все три ячейки TOPCon n-типа имеют схожую структуру: на лицевой стороне находится легированный бором (p+) эмиттер, покрытый оксидом алюминия (Al2O3) и гидрированным нитридом кремния (SiNx), а также серебряная сетка с H-образным рисунком, нанесённая методом трафаретной печати, — сообщили учёные, не раскрывая названия производителей. — На обратной стороне находится диоксид кремния (SiO2), легированный фосфором (n+) поликремний, SiNx и аналогичная серебряная сетка с H-образным рисунком».
Клетки были разделены на три группы: G1) воздействие флюса A на лицевую сторону; G2) воздействие флюса B на лицевую сторону; G3) воздействие флюса A на обратную сторону; G4) воздействие флюса B на обратную сторону; G5) контрольная группа без воздействия флюса. Флюсы наносились методом распыления, а сушка проводилась на нагревательной пластине при температуре 85 °C в течение 10 минут.
«Наш анализ показал, что остатки флюса для пайки без зачистки могут вызывать сильную коррозию передних серебряно-алюминиевых (Ag–Al) контактов TOPCon при воздействии диффузионного водорода, увеличивая последовательное сопротивление и снижая эффективность, — сказал Хоэкс. Флюс A с галогенами вызывает значительно более сильную коррозию, чем флюс B, но оба флюса приводят к заметному ухудшению характеристик».
Исследовательская группа также обнаружила, что на задней части серебряной пасты, которая более химически стабильна, практически отсутствует разрушение, а более плотная структура металлизации и меньшее содержание алюминия повышают коррозионную стойкость.
В качестве возможных решений этих проблем, связанных с деградацией, учёные предложили использовать негерметичные тесты на уровне элементов для быстрого выявления рисков, связанных с флюсом, перед сборкой модуля, а также выбирать составы флюса с минимальным содержанием галогенов и оптимальным содержанием кислоты для снижения коррозионного потенциала.
«Мы также рекомендуем оптимизировать состав и структуру металлизационной пасты, чтобы ограничить проникновение флюса», — заключил Хоэкс.
Результаты исследования представлены в работе «Оценка влияния коррозии, вызванной флюсом для пайки, на материалы и солнечные элементы TOPCon», опубликованной в «Материалы и солнечные элементы для солнечной энергетики».
В феврале исследователи из Университета Нового Южного Уэльса и китайско-канадского производителя фотоэлектрических модулей Canadian Solar изучили влияние паяльного флюса на солнечные элементы TOPCon и гетеропереходные (HJT) солнечные элементы и пришли к выводу, что выбор этого компонента является ключевым для предотвращения возможных сбоев в работе модулей.
В ходе этой работы учёные обнаружили, что потери мощности в ячейках HJT вызваны отверстиями в слое металлизации, которые способствуют проникновению паяльного флюса, что приводит к химическим реакциям, снижающим производительность. Кроме того, это исследование показало, что слой ITO в ячейках HJT очень чувствителен к воздействию паяльного флюса.
Несколько месяцев спустя группа исследователей из Корейского технологического института электроники (KETI) исследовала, как имеющиеся в продаже припойные флюсы могут разъедать электроды из оксида индия-олова (ITO) в солнечных элементах HJT, и обнаружила, что существует значительный риск ранней деградации в процессе соединения элементов.
Предыдущее исследование Университета Нового Южного Уэльса показало влияние вызванной ультрафиолетовым излучением деградации (UVID) в ячейках TOPCon, механизмов деградации промышленных солнечных модулей TOPCon, покрытых этиленвинилацетатом (EVA), в условиях ускоренного воздействия влаги и тепла, а также уязвимость солнечных элементов TOPCon к контактной коррозии и три типа неисправностей солнечных модулей TOPCon, которые никогда не встречались в панелях PERC.
Кроме того, учёные из Университета Нового Южного Уэльса исследовали вызванную натрием деградацию солнечных элементов TOPCon при воздействии влаги и тепла и роль скрытых загрязняющих веществ в деградации как устройств TOPCon, так и устройств с гетеропереходом.