Degradasi Suhu dan Dinamika LeTID pada Sel Surya Kontak Belakang tipe-n

Pengantar Produk

Sel surya interdigitated back-contact (IBC) memindahkan kedua kontak logam polaritas ke bagian belakang. Bagian depan tidak memiliki bayangan garis kisi, sehingga keunggulan optik dari tekstur dan lapisan anti-refleksi dapat terwujud sepenuhnya. Dipadukan dengan proses pasivasi dan kontak yang baik, IBC tipe-n dapat mencapai tegangan rangkaian terbuka dan kerapatan arus yang sangat tinggi.

Trade-offnya adalah sensitivitas struktural yang tertanam dalam desain. Pembawa muatan minoritas yang dihasilkan foton harus bergerak lateral melintasi basis sebelum emitor interdigitated belakang dapat mengumpulkannya. Kinerja perangkat sangat bergantung pada masa pakai bulk dan kualitas pasivasi belakang. Setelah rekombinasi antarmuka belakang atau kebocoran kontak teraktivasi secara termal, kerapatan arus saturasi gelap J0 naik tidak proporsional, dan Voc terkena dampaknya.

Itulah titik masuk dari pekerjaan ini. Pada sel IBC tipe-n, tiga set bukti ditempatkan dalam lingkungan termal yang sama sehingga saling terkunci: pengukuran J-V terang dari 25 hingga 85°C, eksperimen stres LeTID yang dijalankan di bawah satu matahari pada 45 hingga 85°C hingga 960 menit, dan analisis I-V gelap pada rentang suhu yang sama.

Desain Eksperimental

Skema penampang sel IBC tipe-n: kontak emitor p+ dan BSF n+ interdigitated belakang, tekstur depan dan ARC.

Sel uji memiliki luas 258,3 cm², ketebalan wafer 151 ± 6 μm, periode interdigitated belakang sekitar 480 μm, dan lebar jari emitor dan BSF masing-masing sekitar 250 μm dan 90 μm. Pengukuran terang berjalan pada AM1.5G, 100 mW/cm². Pada setiap titik suhu, setelah stabilisasi termal, lima pemindaian dirata-ratakan. Stres LeTID diukur langsung pada suhu stres, tanpa pendinginan di tengah pengujian, dan dicatat pada interval eksponensial 1, 2, 4, 8 menit dan seterusnya. Setiap parameter dinormalisasi ke nilai awalnya, yang memisahkan dinamika degradasi intrinsik dari efek koefisien suhu sesaat.

Sensitivitas Termal Keadaan Tunak

Evolusi termal ternormalisasi dari empat parameter relatif terhadap nilai 25°C mereka sendiri.

Pada 25°C sel menunjukkan Jsc sekitar 38,6 mA/cm², Voc sekitar 0,743 V, FF sekitar 79%, dan efisiensi sekitar 22,7%. Saat dipanaskan hingga 85°C, Jsc hanya naik sekitar 3% (+0,0203 mA·cm⁻²·K⁻¹, kira-kira +0,05%/K). Voc turun linier pada −1,4 mV/K (sekitar −0,2%/°C). Efisiensi turun sekitar 9%, dan FF hampir tidak bergerak.

Peningkatan arus kecil berasal dari penyempitan celah pita. Di bawah hubungan Varshni, tepi serapan bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih panjang, sehingga fotogenerasi mendapat sedikit dorongan. Penurunan tegangan yang cepat berasal dari pertumbuhan eksponensial J0(T), yang diatur oleh konsentrasi pembawa intrinsik dan aktivitas rekombinasi. Voc berskala dengan ln(Jsc/J0), sehingga kenaikan moderat pada J0 cukup untuk menyebabkan kerugian yang terukur.

Koefisien suhu ini berada dalam kisaran −1,3 hingga −1,6 mV/K yang umum untuk perangkat silikon kristalin berkualitas tinggi. Ini menandakan sel yang dibatasi rekombinasi, bukan yang dibatasi resistansi atau transportasi. Setelah normalisasi, peringkatnya sama jelasnya: pada 85°C Voc turun sekitar 15%, efisiensi sekitar 9%, FF tetap dalam ±1%, dan Jsc sebenarnya naik sekitar 3%.

Dinamika LeTID

Dinamika degradasi LeTID.

Pengukuran keadaan tunak hanya menjawab "seberapa panas." Eksperimen stres LeTID mengisi "bagaimana perubahannya seiring waktu." Pada 85°C, Voc turun cepat dalam 10 hingga 30 menit pertama, kemudian perlahan mendekati kuasi-saturasi. Pada suhu yang lebih rendah, penurunannya jauh lebih lembut. Setelah 960 menit Voc turun menjadi sekitar 0,69 V, Jsc tetap dalam ±2% sepanjang waktu, FF sedikit berfluktuasi, dan tidak ada regenerasi yang muncul dalam jendela eksperimental. Karena pengukuran dilakukan pada suhu stres setelah stabilisasi termal, penurunan tegangan awal harus dikaitkan dengan aktivasi keadaan cacat yang cepat, bukan kesetimbangan termal transien. Jsc yang stabil menunjukkan fotogenerasi dan ekstraksi hubung singkat tidak terpengaruh, sehingga kerugian dominan tidak dibatasi oleh generasi. Para penulis juga mencatat keterbatasan: tidak ada eksperimen kontrol anil gelap, sehingga kontribusi efek termal murni tidak dapat sepenuhnya dikesampingkan.

Verifikasi Keadaan Gelap

Perilaku listrik gelap dan saluran kebocoran: (a) kurva J-V gelap, (b) resistansi diferensial, (c) resistansi shunt dan seri yang diekstraksi, (d) analisis Arrhenius dari konduktansi shunt memberikan Ea ≈ 1,10 eV.

I-V gelap mendekati masalah yang sama dari luar rezim yang diterangi. Arus maju meningkat nyata dengan suhu. Kemiringan bias rendah menunjukkan resistansi shunt turun dengan jelas, sementara wilayah arus tinggi sedikit berubah. Jadi evolusi resistansi yang didorong suhu didominasi oleh aktivasi kebocoran, bukan degradasi resistansi seri. Faktor idealitas bertahan pada 1,05 hingga 1,25, yang berarti rekombinasi difusi mendominasi, dengan kemungkinan kontribusi SRH pada suhu tinggi.

Analisis Arrhenius dari konduktansi shunt memberikan kecocokan linier yang baik dari ln(1/Rsh) terhadap 1/T (R² = 0,97), dengan energi aktivasi 1,10 ± 0,08 eV. Itu sebanding dengan celah pita silikon (sekitar 1,12 eV) dan berada dalam rentang LeTID yang dilaporkan yaitu 0,8 hingga 1,2 eV. Energi aktivasi skala celah pita sering dikaitkan dengan konduksi berbantuan cacat tingkat dalam, tetapi kontribusi konsentrasi pembawa intrinsik tidak dapat dikecualikan. Jadi ini mendukung perilaku kebocoran yang teraktivasi termal tanpa memastikan spesies cacat tertentu.

Kerangka Terpadu dan Ekstrapolasi Lapangan

Tiga jalur bukti bertemu menjadi satu kerangka fenomenologis: J0(t, T) = J0,intr(T) + A·Ndef(t, T). Di atas arus saturasi intrinsik terdapat kontribusi cacat yang teraktivasi termal yang berkembang seiring waktu dan suhu. Ini kemudian diubah menjadi kehilangan tegangan melalui Voc = (nkT/q)·ln(Jsc/(J0 + 1)). Peningkatan rekombinasi dan aktivasi kebocoran berjalan paralel dalam ekspresi yang sama. Koefisien suhu keadaan tunak, dinamika LeTID, dan evolusi kebocoran gelap dengan demikian terikat bersama. Kerangka ini tidak mengidentifikasi identitas cacat spesifik.

Ekstrapolasi ke operasi luar ruangan: di bawah iradiasi tinggi, suhu sel modul sering berada pada 50 hingga 65°C. Menggunakan −1,4 mV/K, 60°C relatif terhadap 25°C berarti sekitar 49 mV kehilangan tegangan, dan LeTID yang dipercepat suhu menambah kehilangan yang bergantung waktu di atasnya. Kesimpulan hanya berlaku untuk sel yang diukur. Untuk TOPCon kontak belakang dan HJT kontak belakang, ini hanya referensi kualitatif: besarnya degradasi, energi aktivasi, dan dinamika regenerasi bergantung pada skema kontak pasivasi masing-masing, kualitas antarmuka, distribusi hidrogen, dan stabilitas termal, dan layak untuk studi perbandingan khusus. Untuk perangkat kontak belakang efisiensi tinggi di iklim hangat, ketahanan tegangan dan hasil energi jangka panjang pada akhirnya bergantung pada stabilitas pasivasi belakang dan manajemen cacat.

Pandangan Ooitech

Yang menarik perhatian kami di sini adalah seberapa besar kerugian 49 mV di luar ruangan tersebut berada di sisi belakang, di mana kualitas pasivasi dan kontak menentukan Voc jangka panjang. Di jalur modul, ceritanya sama: cara Anda memotong, merangkai, dan melaminasi sel IBC menentukan apakah stabilitas belakang tersebut bertahan di lapangan. Setelah membangun jalur turnkey untuk tata letak IBC dan HPBC, kami melihat ketahanan LeTID sebagai masalah proses dan material sama seperti masalah sel. Layak untuk diikuti di saluran YouTube kami www.youtube.com/ooitech jika Anda ingin melihat bagaimana modul kontak belakang sebenarnya dibuat.