Suy Giảm Nhiệt Độ và Động Học LeTID Trong Tế Bào Năng Lượng Mặt Trời Tiếp Xúc Mặt Sau Loại n

Giới thiệu sản phẩm

Pin mặt trời tiếp xúc sau xen kẽ (IBC) di chuyển cả hai tiếp xúc kim loại cực về phía sau. Mặt trước không có bóng che do đường lưới, vì vậy lợi thế quang học của việc tạo kết cấu và lớp phủ chống phản xạ được phát huy đầy đủ. Kết hợp với quy trình thụ động và tiếp xúc tốt, IBC loại n có thể đạt điện áp hở mạch và mật độ dòng điện rất cao.

Sự đánh đổi là độ nhạy cấu trúc được tích hợp trong thiết kế. Các hạt tải điện thiểu số được tạo ra bởi quang phải di chuyển ngang qua đế trước khi cực phát xen kẽ phía sau có thể thu thập chúng. Hiệu suất của thiết bị phụ thuộc nhiều vào thời gian sống của khối và chất lượng thụ động phía sau. Một khi tái hợp tại giao diện phía sau hoặc rò rỉ tiếp xúc được kích hoạt nhiệt, mật độ dòng bão hòa tối J0 tăng lên không cân xứng, và Voc bị ảnh hưởng.

Đó chính xác là điểm khởi đầu của công trình này. Trên một tế bào IBC loại n, ba bộ bằng chứng được đặt trong cùng một môi trường nhiệt để chúng khóa chặt với nhau: đo J-V chiếu sáng từ 25 đến 85°C, thí nghiệm ứng suất LeTID chạy dưới một mặt trời ở 45 đến 85°C trong tối đa 960 phút, và phân tích I-V tối trong cùng dải nhiệt độ.

Thiết kế thí nghiệm

Sơ đồ mặt cắt ngang của pin IBC loại n: tiếp xúc p+ phát xen kẽ phía sau và tiếp xúc n+ BSF, kết cấu và ARC phía trước.

Tế bào thử nghiệm có diện tích 258,3 cm², độ dày wafer 151 ± 6 μm, chu kỳ xen kẽ phía sau khoảng 480 μm, và chiều rộng ngón phát và BSF lần lượt khoảng 250 μm và 90 μm. Các phép đo chiếu sáng chạy ở AM1.5G, 100 mW/cm². Tại mỗi điểm nhiệt độ, sau khi ổn định nhiệt, năm lần quét được lấy trung bình. Ứng suất LeTID được đo trực tiếp tại nhiệt độ ứng suất, không làm mát giữa chừng, và ghi nhật ký ở các khoảng thời gian theo cấp số nhân 1, 2, 4, 8 phút và cứ thế. Mỗi tham số được chuẩn hóa về giá trị ban đầu của nó, điều này tách biệt động lực suy thoái nội tại khỏi hiệu ứng hệ số nhiệt độ tức thời.

Độ nhạy nhiệt ở trạng thái ổn định

Sự tiến hóa nhiệt được chuẩn hóa của bốn thông số so với giá trị 25°C của chính chúng.

Ở 25°C, tế bào cho thấy Jsc khoảng 38,6 mA/cm², Voc khoảng 0,743 V, FF khoảng 79% và hiệu suất khoảng 22,7%. Khi đun nóng đến 85°C, Jsc chỉ tăng khoảng 3% (+0,0203 mA·cm⁻²·K⁻¹, khoảng +0,05%/K). Voc giảm tuyến tính ở mức −1,4 mV/K (khoảng −0,2%/°C). Hiệu suất giảm khoảng 9% và FF hầu như không thay đổi.

Sự gia tăng dòng điện nhỏ đến từ việc thu hẹp độ rộng vùng cấm. Theo mối quan hệ Varshni, cạnh hấp thụ dịch chuyển về phía bước sóng dài hơn, do đó sự tạo quang điện được tăng nhẹ. Sự suy giảm điện áp nhanh đến từ sự tăng trưởng theo cấp số nhân của J0(T), được điều chỉnh bởi nồng độ hạt tải nội tại và hoạt động tái hợp. Voc tỷ lệ với ln(Jsc/J0), vì vậy sự tăng vừa phải của J0 đủ để gây ra tổn thất đáng kể.

Hệ số nhiệt độ này nằm trong khoảng −1,3 đến −1,6 mV/K phổ biến đối với các thiết bị silicon tinh thể chất lượng cao. Nó đánh dấu một tế bào bị giới hạn bởi tái hợp chứ không phải bị giới hạn bởi điện trở hoặc vận chuyển. Sau khi chuẩn hóa, thứ hạng cũng rõ ràng: ở 85°C, Voc giảm khoảng 15%, hiệu suất khoảng 9%, FF nằm trong ±1% và Jsc thực sự tăng khoảng 3%.

Động học LeTID

Động học suy thoái LeTID.

Đo lường trạng thái ổn định chỉ trả lời "nóng đến mức nào." Thí nghiệm ứng suất LeTID bổ sung "nó thay đổi như thế nào theo thời gian." Ở 85°C, Voc giảm nhanh trong 10 đến 30 phút đầu, sau đó từ từ tiến tới gần bão hòa. Ở nhiệt độ thấp hơn, sự suy giảm nhẹ nhàng hơn nhiều. Sau 960 phút, Voc giảm xuống khoảng 0,69 V, Jsc duy trì trong ±2% suốt quá trình, FF dao động nhẹ và không có sự phục hồi nào xuất hiện trong cửa sổ thí nghiệm. Vì các phép đo được thực hiện ở nhiệt độ ứng suất sau khi ổn định nhiệt, sự sụt giảm điện áp ban đầu nên được quy cho sự kích hoạt nhanh của các trạng thái khuyết tật chứ không phải trạng thái cân bằng nhiệt tạm thời. Jsc ổn định cho thấy sự tạo quang điện và chiết xuất ngắn mạch không bị ảnh hưởng, do đó tổn thất chủ yếu không bị giới hạn bởi sự tạo ra. Các tác giả cũng lưu ý một hạn chế: không có thí nghiệm đối chứng ủ trong tối, vì vậy không thể loại trừ hoàn toàn sự đóng góp của hiệu ứng nhiệt thuần túy.

Xác minh trạng thái tối

Hành vi điện trong tối và các kênh rò rỉ: (a) đường cong J-V tối, (b) điện trở vi phân, (c) điện trở shunt và nối tiếp được trích xuất, (d) phân tích Arrhenius của độ dẫn shunt cho Ea ≈ 1,10 eV.

Đường I-V tối tiếp cận cùng một vấn đề từ bên ngoài vùng chiếu sáng. Dòng thuận tăng rõ rệt theo nhiệt độ. Độ dốc ở vùng điện áp thấp cho thấy điện trở shunt giảm rõ ràng, trong khi vùng dòng cao thay đổi rất ít. Do đó, sự tiến triển của điện trở theo nhiệt độ bị chi phối bởi sự kích hoạt dòng rò, không phải do sự suy giảm điện trở nối tiếp. Hệ số lý tưởng duy trì ở mức 1,05 đến 1,25, nghĩa là tái hợp khuếch tán chiếm ưu thế, với khả năng có đóng góp của SRH ở nhiệt độ cao.

Phân tích Arrhenius của điện dẫn shunt cho thấy sự khớp tuyến tính tốt của ln(1/Rsh) theo 1/T (R² = 0,97), với năng lượng kích hoạt là 1,10 ± 0,08 eV. Giá trị này tương đương với độ rộng vùng cấm của silicon (khoảng 1,12 eV) và nằm trong khoảng LeTID đã được báo cáo từ 0,8 đến 1,2 eV. Năng lượng kích hoạt ở mức độ rộng vùng cấm thường liên quan đến cơ chế dẫn điện hỗ trợ bởi khuyết tật mức sâu, nhưng không thể loại trừ đóng góp của nồng độ hạt tải nội tại. Do đó, điều này ủng hộ hành vi rò rỉ được kích hoạt nhiệt mà không xác định được loại khuyết tật cụ thể.

Khung Thống Nhất và Ngoại Suy Thực Địa

Ba dòng bằng chứng hội tụ thành một khung hiện tượng học thống nhất: J0(t, T) = J0,nội tại(T) + A·Nkhuyết tật(t, T). Trên dòng bão hòa nội tại là một đóng góp của khuyết tật được kích hoạt nhiệt, tiến triển theo thời gian và nhiệt độ. Điều này sau đó chuyển thành tổn thất điện áp qua Voc = (nkT/q)·ln(Jsc/(J0 + 1)). Sự gia tăng tái hợp và kích hoạt dòng rò chạy song song trong cùng một biểu thức. Do đó, hệ số nhiệt độ ở trạng thái ổn định, động học LeTID và sự tiến triển của dòng rò tối được liên kết với nhau. Khung này không xác định danh tính cụ thể của khuyết tật.

Ngoại suy cho điều kiện vận hành ngoài trời: dưới bức xạ cao, nhiệt độ tế bào của mô-đun thường ở mức 50 đến 65°C. Sử dụng hệ số −1,4 mV/K, 60°C so với 25°C có nghĩa là khoảng 49 mV tổn thất điện áp, và LeTID được tăng tốc bởi nhiệt độ thêm vào tổn thất phụ thuộc thời gian trên nền đó. Các kết luận chỉ áp dụng cho tế bào đã đo. Đối với TOPCon tiếp xúc mặt sau và HJT tiếp xúc mặt sau, chúng chỉ là tham chiếu định tính: mức độ suy giảm, năng lượng kích hoạt và động học tái sinh phụ thuộc vào cấu trúc tiếp xúc thụ động, chất lượng bề mặt phân cách, phân bố hydro và độ ổn định nhiệt của từng loại, và cần có nghiên cứu so sánh chuyên sâu riêng. Đối với các thiết bị tiếp xúc mặt sau hiệu suất cao ở vùng khí hậu nóng, độ bền điện áp và sản lượng năng lượng dài hạn cuối cùng phụ thuộc vào sự ổn định của lớp thụ động mặt sau và quản lý khuyết tật.

Quan điểm của Ooitech

Điều khiến chúng tôi chú ý ở đây là phần lớn tổn thất 49 mV ngoài trời đó nằm ở mặt sau, nơi chất lượng thụ động hóa và tiếp xúc quyết định Voc dài hạn. Trên dây chuyền module, câu chuyện cũng tương tự: cách bạn cắt, hàn nối và cán màng tế bào IBC quyết định liệu độ ổn định mặt sau đó có tồn tại được ngoài hiện trường hay không. Đã xây dựng các dây chuyền chìa khóa trao tay cho cấu trúc IBC và HPBC, chúng tôi coi độ bền LeTID là vấn đề về quy trình và vật liệu cũng như về tế bào. Đáng để theo dõi trên kênh YouTube của chúng tôi www.youtube.com/ooitech nếu bạn muốn xem cách các module tiếp xúc mặt sau thực sự được chế tạo.