Исследование ISC в Констанце показало, что атомно-слоевое осаждение является более эффективным методом повышения устойчивости TOPCon к ультрафиолетовому излучению

На сайте инверторы ру, вы можете купить аккумулятор FIAMM FG 11201

Исследователи из ISC в Констанце обнаружили, что пассивирующие слои на основе оксида алюминия (AlOx), полученные методом атомно-слоевого осаждения, обеспечивают лучшую устойчивость солнечных элементов TOPCon к ультрафиолетовому излучению, чем слои, полученные методом плазмохимического осаждения из газовой фазы. Более толстые пленки AlOx и термически выращенный промежуточный слой SiOx еще больше повышают устойчивость к деградации под воздействием ультрафиолета. Тестирование лабораторных и коммерческих ячеек TOPCon показало, что после сильного воздействия ультрафиолета их эффективность снижается в среднем на 2–3 %. При этом ключевыми факторами, влияющими на долговременную устойчивость к ультрафиолетовому излучению, были названы технологические отклонения и неоднородность слоев.

Исследователи из немецкого исследовательского института ISC Konstanz исследовали влияние современных методов, используемых для нанесения слоев из оксида алюминия (AlOx), на восприимчивость солнечных элементов TOPCon к УФ-индуцированной деградации (UVID), и обнаружили, что подходы атомно-слоистого осаждения (ALD) предпочтительнее методов химического осаждения из паровой фазы с усилением плазмы (PECVD).

“Наша работа подтверждает предыдущие выводы о том, что как толщина пассивирующего слоя AlOx, так и техника нанесения, при этом PECVD более чувствителен к UVID, чем ALD, играют важную роль в устойчивости пассивации лицевой стороны к ультрафиолетовому излучению”, - сказал автор-корреспондент Дэвид Берле.

«Ключевым новым аспектом нашего исследования является детальное сравнение различных подходов к атомно-слоевому осаждению, таких как пространственное, термическое и плазменное атомно-слоевое осаждение, — продолжил он. — Мы обнаружили, что широко используемые в промышленности процессы пространственного и термического атомно-слоевого осаждения, а также процесс атомно-слоевого осаждения с использованием плазмы в трубках демонстрируют одинаковую устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Кроме того, насколько нам известно, это первое исследование, показывающее, что термически выращенный межфазный слой SiOx, сформированный до осаждения AlOx, может еще больше повысить устойчивость к ультрафиолетовому излучению даже в тех ячейках, где пассивация передней поверхности осуществляется методом атомно-слоевого осаждения».

«Кроме того, мы исследовали коммерчески доступные солнечные элементы TOPCon от пяти разных производителей, — продолжил Бёрле. — Во всех группах наблюдалось снижение относительной эффективности в среднем на 2–3 % после воздействия УФ-излучения в количестве 60 кВт·ч/м². Что самое интересное, в одной группе был один элемент с относительной эффективностью, снизившейся почти на 6 %, несмотря на то, что изначально качество пассивации было сопоставимо с другими элементами в этой группе». Полученные данные свидетельствуют о том, что технологические вариации также могут существенно влиять на восприимчивость клеток к разрушению под воздействием ультрафиолета. Одно из возможных объяснений состоит в том, что локальные неоднородности, скорее всего в пассивирующем слое AlOx, сделали эту конкретную клетку более восприимчивой к разрушению под воздействием ультрафиолета.

В исследовании «Деградация под воздействием ультрафиолета в солнечных элементах TOPCon — факторы влияния и стратегии смягчения,» опубликованном в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells, ученые объяснили, что они изучали, как технологии пассивации влияют на устойчивость солнечных элементов TOPCon к ультрафиолетовому излучению, анализируя как образцы, изготовленные в лаборатории, так и устройства промышленного производства. Они изготовили тестовые образцы из кремниевых пластин n-типа, выращенных методом Чохральского, и изучили несколько структур, в том числе упрощенные образцы для испытаний на долговечность, структуры-предшественники TOPCon до металлизации и полностью готовые солнечные элементы.

Они нанесли пассивирующие слои на основе AlOx с использованием плазменно-усиленного атомно-слоевого осаждения (PEALD) и покрыли защитным слоем из нитрида кремния (SiN). Эти слои имеют решающее значение, поскольку они уменьшают поверхностную рекомбинацию и помогают поддерживать эффективность клеток при воздействии ультрафиолета.

Чтобы определить, какой метод нанесения обеспечивает наилучшую устойчивость к ультрафиолетовому излучению, исследователи сравнили различные конструкции слоев AlOx, включая AlO, нанесенный PEALD, AlO, нанесенный PECVD, и AlO на основе ALD в сочетании с тонким промежуточным слоем термического оксида кремния (SiO).

Помимо лабораторных образцов, в ходе исследования были проанализированы промышленные ячейки TOPCon от нескольких производителей, чтобы сравнить эффективность метода PEALD с другими коммерческими подходами к осаждению из газовой фазы, такими как пространственное осаждение из газовой фазы и термическое осаждение из газовой фазы. Это позволило исследователям оценить, применимы ли результаты лабораторных испытаний в реальных условиях промышленного производства.

Анализ показал, что метод осаждения AlO оказывает существенное влияние на устойчивость к ультрафиолетовому излучению: слои, полученные методом PECVD, демонстрируют значительно более высокую степень деградации, чем слои, полученные методами PEALD, термического осаждения из газовой фазы и пространственного осаждения из газовой фазы. Увеличение толщины AlO повысило устойчивость к ультрафиолетовому излучению, особенно для слоев, полученных методом физического осаждения из паровой фазы, вероятно, за счет снижения влияния миграции водорода и образования дефектов на границе раздела кремний/пассивация.

Ученые также обнаружили, что добавление тонкого термически выращенного промежуточного слоя SiO под слой AlO, полученный методом физического осаждения из паровой фазы, еще больше повышает устойчивость к ультрафиолетовому излучению за счет усиления химической пассивации и ограничения образования дефектов на границе раздела, вызванного ультрафиолетовым излучением. Дальнейший анализ показал, что воздействие ультрафиолетового излучения увеличивает как плотность ловушек на границе раздела, так и фиксированный заряд, однако первоначальный эффект пассивации полевым эффектом может временно компенсировать потерю химической пассивации.

Кроме того, исследовательская группа установила, что промышленные элементы TOPCon демонстрируют сопоставимые потери эффективности под воздействием УФ-излучения, в первую очередь из-за снижения напряжения, хотя на конечную стабильность влияют различия между производственными партиями. Также было обнаружено, что изготовленные в лаборатории элементы TOPCon с AlO, нанесённым методом физического осаждения из паровой фазы, демонстрируют такие же показатели устойчивости к УФ-излучению, как и промышленные образцы, при этом более толстые слои AlO и межфазные слои SiO обеспечивают наибольшую стабильность.

«Полученные данные свидетельствуют о том, что, хотя выбор технологических параметров, таких как метод осаждения и толщина слоя, влияет на восприимчивость к ультрафиолетовому излучению, неоднородность, связанная с технологическим процессом, в некоторых случаях может оказывать столь же сильное воздействие», — заключили ученые.