Mechanizmy degradacji w ogniwach TOPCon
Badanie przeprowadzone przez UNSW oraz Longi skupiło się na wpływie zanieczyszczeń sodowych na degradację ogniw TOPCon pod wpływem wilgoci i wysokiej temperatury. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Solar Energy Materials and Solar Cells”. Główny autor badania, Bram Hoex, w rozmowie z pv magazine, komentuje:
Ten temat nie był dotąd szeroko badany, ale staje się istotny, ponieważ poprawiono stabilność metalizacji przedniej.
Eksperymenty wykazały, iż warstwa SiNx na tylnej stronie ogniwa jest szczególnie wrażliwa na reakcje chemiczne z sodem, co prowadzi do zwiększonego utleniania, utraty pasywacji oraz znacznego spadku kluczowych parametrów, takich jak napięcie obwodu otwartego.
Eksperymenty i wyniki badań
Naukowcy przeprowadzili testy wykorzystujące różne sole sodu, aby ocenić ich wpływ na degradację napięcia obwodu otwartego w ogniwach TOPCon. Testy przeprowadzono metodą przyspieszonego starzenia w komorze o kontrolowanej temperaturze 85°C i wilgotności 85% przez co najmniej 1000 godzin.
Eksperymenty przeprowadzono na komercyjnych ogniwach TOPCon o sprawności 23%. Ich przednia strona zawierała emiter borowy, warstwę pasywacyjną z tlenku glinu (AlOx), warstwę SiNx oraz warstwę tlenoazotku krzemu (SiOyNz) pełniącą funkcję powłoki antyrefleksyjnej. Tylna strona składała się z tunelowej warstwy tlenku krzemu (SiO2), warstwy polikrystalicznego krzemu domieszkowanego fosforem (poly-Si) oraz dodatkowej warstwy SiNx.
Testy wykazały, iż szczególnie dwie substancje – octan sodu (CH3COONa) i chlorek sodu (NaCl) – powodowały znaczące straty wydajności ogniw. Stosowanie CH3COONa na tylnej stronie ogniw skutkowało 16% spadkiem sprawności, natomiast NaCl powodował względne obniżenie wydajności o 4,8%.
Możliwe rozwiązania problemu
Aby ograniczyć skutki degradacji, badacze zaproponowali wprowadzenie na przedniej stronie ogniwa 10-nanometrowej warstwy tlenku glinu (AlOx), osadzanej metodą osadzania warstwowego (ALD). Warstwa ta skutecznie ograniczała degradację wydajności ogniw i utrzymywała stabilność napięcia obwodu otwartego choćby po 20 godzinach testów przyspieszonego starzenia. Hoex wyjaśnia:
Warstwa AlOx znacząco redukuje degradację, utrzymując stabilność długoterminową. Nasze rozwiązanie to skalowalna i przemysłowo wykonalna metoda poprawy niezawodności ogniw TOPCon.
Plany na przyszłość
Naukowcy planują dalszą integrację warstw ochronnych w produkcji komercyjnej oraz analizę długoterminowej degradacji ogniw w warunkach rzeczywistych. Poprzednie badania UNSW wykazały, iż ogniwa TOPCon są podatne na korozję styków oraz na trzy typy awarii modułów, które nigdy nie były obserwowane w ogniwach PERC.
Na podstawie: ScienceDirect – Mitigating contaminant-induced surface degradation in TOPCon solar cells: Mechanisms, impacts, and mitigation; pv magazine.
