أحدث أبحاث PIP: التطور الكيميائي والتدهور الكهربائي لخلايا TOPCon الشمسية تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية
جدول المحتويات
خلفية البحث
أصبحت تقنية TOPCon واحدة من التقنيات الرئيسية في صناعة الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري. ومع ذلك، فإن الكفاءة العالية لا تعني تلقائيًا استقرارًا طويل الأمد. تم الإبلاغ عن اختلافات في التدهور الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية، أو UVID، عبر عدة هياكل للخلايا الشمسية. يمكن أن تتأثر خلايا TOPCon وPERC وHJT جميعها، لكن مواقع التدهور والآليات السائدة ليست متطابقة تمامًا.
ركزت النقاشات السابقة حول التدهور بالأشعة فوق البنفسجية غالبًا على كسر الفوتونات عالية الطاقة لروابط Si-H، يليه إطلاق الهيدروجين وتغيرات في تخميل الواجهة. الطيف فوق البنفسجي الموجود في بيئة وحدة الطاقة الشمسية الحقيقية لا يقتصر على طول موجي واحد. يحتوي السطح الأمامي المضاء أيضًا على عدة مناطق مترابطة، بما في ذلك SiNx وAl2O3 والباعث المشبع بالبورون والتلامسات المعدنية. لذلك يرى المؤلفون أن التدهور بالأشعة فوق البنفسجية في خلايا TOPCon لا ينبغي دراسته فقط من خلال سلوك الهيدروجين. هجرة الأكسجين وواجهات التلامس مهمة أيضًا.
من السهل تجاهل تفصيل واحد. عادةً ما يقوم زجاج الوحدة بتصفية معظم إشعاع UVB، لكنه لا يحمي سطح الخلية المضاء تمامًا من التعرض للأشعة فوق البنفسجية. الطيف الذي تمت مناقشته في الورقة يهيمن عليه UVA مع احتوائه على حوالي 11% من UVB. استخدم المؤلفون عينات غير مغلفة. لذلك فإن التجربة لا تعادل التعرض الخارجي لوحدة كاملة، لكنها تساعد في تضخيم وفصل المناطق الحساسة للأشعة فوق البنفسجية على السطح الأمامي للخلية.
من الأفضل قراءة هذه الورقة كتحقيق في آلية الفشل بدلاً من دراسة اعتماد عمر الوحدة. لا ينبغي تحويل فقدان الكفاءة النسبي بنسبة 6.72% بعد UV60 مباشرة إلى فقدان طاقة متوقع للوحدة في الهواء الطلق. النقطة الأكثر أهمية هي كيف يستخدم المؤلفون طرق توصيف مختلفة لربط تلف التخميل على السطح الأمامي، وأكسدة الواجهة، وتدهور التلامس المعدني.
الطريقة التجريبية
استخدمت الدراسة خلايا TOPCon نصف مقطوعة تجارية بقياس 182 مم × 105 مم. صُنعت الخلايا من سيليكون أحادي البلورة من النوع n بطريقة تشوخرالسكي بمقاومية حوالي 1.0 أوم·سم وسماكة رقاقة حوالي 130 ميكرومتر. لمقارنة مقاومة الأشعة فوق البنفسجية للبنيتين الأمامية والخلفية، أعد الباحثون أيضًا عينات متناظرة للسطح الأمامي وعينات متناظرة للسطح الخلفي.
تتكون البنية الأمامية من SiNx/Al2O3. تتكون البنية الخلفية من SiOx/n+ poly-Si/Al2O3/SiNx. فيما يلي السماكات الرئيسية للأغشية المذكورة في الورقة.
| البنية أو المادة | المواصفات المذكورة |
|---|---|
| حجم خلية TOPCon التجارية | 182 مم × 105 مم |
| ركيزة السيليكون | سيليكون أحادي البلورة من النوع n بطريقة تشوخرالسكي |
| مقاومية الركيزة | حوالي 1.0 أوم·سم |
| سماكة الرقاقة | حوالي 130 ميكرومتر |
| سماكة SiOx | حوالي 1.5 نانومتر |
| سماكة n+ poly-Si | حوالي 120 نانومتر |
| سماكة Al2O3 | حوالي 5 نانومتر |
| سماكة SiNx | حوالي 80 نانومتر |
قارن الباحثون عمر حاملات الأقلية، والجهد المفتوح الضمني، وJ0 قبل وبعد التعرض لتقييم استقرار التخميل. استُخدم مطياف كتلة الأيونات الثانوية لوقت الطيران، أو ToF-SIMS، لتتبع التوزيع العمقي للهيدروجين والأكسجين. طُبق التحليل الطيفي الضوئي للأشعة السينية، أو XPS، مع التنميط العمقي لتحليل الحالات الكيميائية لـ N 1s وO 1s وAl 2p وSi 2p. ثم ربطت قياسات EQE وTLM وI-V تغييرات الأغشية الرقيقة بالخسائر الكهربائية على مستوى الخلية.
تكمن قوة هذا التصميم التجريبي في الاستخدام المشترك للخلايا الكاملة والبنى المتناظرة. تُظهر الخلايا الكاملة كيف تتغير الكفاءة وVoc وJsc وعامل التعبئة ومقاومة التلامس. تقلل العينات المتناظرة الأمامية والخلفية من التداخل من بقية بنية الخلية، مما يسهل تحديد أي جانب تخميل أكثر حساسية للتعرض للأشعة فوق البنفسجية.
الشكل 1: مخططات لخلية TOPCon، والبنية المتناظرة للسطح الأمامي، والبنية المتناظرة للسطح الخلفي. تسمح العينات المتناظرة بمقارنة مقاومة الأشعة فوق البنفسجية لمكدس SiNx/Al2O3 الأمامي وتماس التخميل الخلفي poly-Si بشكل منفصل.
يجب أيضًا النظر في ظروف التعرض للأشعة فوق البنفسجية بشكل مستقل. استخدمت الدراسة شدة أشعة فوق بنفسجية تبلغ 300 واط/م²، ودرجة حرارة 60 درجة مئوية، ورطوبة نسبية 30%، وجرعة قصوى متراكمة تبلغ 60 كيلوواط ساعة/م². تركز الطيف بشكل أساسي في نطاق UVA، مع مكون UVB أصغر. هذا أكثر تركيزًا من التعرض الخارجي العادي ومناسب لتسريع التغيرات الكيميائية الملحوظة على السطح الأمامي في بيئة معملية.
| معلمة اختبار الأشعة فوق البنفسجية | شرط الاختبار |
|---|---|
| شدة الأشعة فوق البنفسجية | 300 واط/م² |
| درجة الحرارة | 60 درجة مئوية |
| الرطوبة النسبية | 30% |
| الجرعة القصوى للأشعة فوق البنفسجية | 60 كيلوواط ساعة/م² |
| المنطقة الطيفية الرئيسية | UVA |
| محتوى UVB | حوالي 11% |
| حالة العينة | غير مغلفة |
الشكل 2: الطيف فوق البنفسجي المستخدم في التجربة. يهيمن UVA على الطيف ويحتوي على مكون UVB أصغر، مما يسمح بملاحظة تأثير الفوتونات عالية الطاقة على طبقات التخميل الأمامية.
النتائج والمناقشة
البنية الأمامية أكثر حساسية بوضوح للأشعة فوق البنفسجية من البنية الخلفية
يوفر الشكل 3 المقارنة الأكثر مباشرة بين البنيتين. أظهرت البنية الخلفية المتناظرة تغييرات طفيفة فقط بعد UV60. استمرت البنية الأمامية المتناظرة في التدهور مع زيادة جرعة الأشعة فوق البنفسجية. وفقًا للورقة، انخفض متوسط عمر العينات الأمامية من 2895.6 ميكروثانية إلى 1552.8 ميكروثانية. انخفض جهد الدائرة المفتوحة الضمني من 735.5 مللي فولت إلى 715.2 مللي فولت. زاد J0 أحادي الجانب إلى 18.4 فيمتو أمبير/سم²، أي حوالي ثلاثة أضعاف قيمته الأولية.
تشير هذه النتائج إلى أن المشكلة الرئيسية تحت UV60 لم تكن عدم استقرار التلامس الممرر للبوليسيليكون الخلفي TOPCon. بل كانت تدهور جودة التخميل في بنية SiNx/Al2O3 الأمامية المضيئة. يعزو المؤلفون الاستقرار النسبي للجانب الخلفي إلى امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بواسطة طبقة البوليسيليكون بسمك 120 نانومتر. هذه آلية معقولة بناءً على البنية وخصائص امتصاصها البصري، على الرغم من أنها تظل تفسيرًا على مستوى الآلية.
تدعم المعلمات الثلاث نفس الاستنتاج من اتجاهات مختلفة. يشير انخفاض العمر الافتراضي وانخفاض iVoc إلى إعادة تركيب سطحي أقوى. توفر الزيادة في J0 دليلاً أكثر مباشرة على زيادة تيار إعادة التركيب. لم يعتمد المؤلفون على مؤشر واحد. يُظهر العمر الافتراضي والجهد والتيار إعادة التركيب تدهور البنية الأمامية، بينما تظل المنحنيات الخضراء التي تمثل البنية الخلفية مستقرة إلى حد كبير.
الشكل 3: التغيرات في العمر الافتراضي، والجهد الكهروضوئي الضمني للدائرة المفتوحة، وJ0 للبنيتين الأمامية والخلفية تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية. تُظهر المنحنيات الحمراء للبنية الأمامية تدهورًا أكبر، مما يحدد كومة التخميل SiNx/Al2O3 المضيئة كنقطة ضعف رئيسية.
يُظهر ToF-SIMS إعادة توزيع كل من الهيدروجين والأكسجين
تُظهر ملفات العمق لـ ToF-SIMS أن تدهور السطح الأمامي لا يسببه عنصر واحد فقط. في الشكل 4أ، يزداد تركيز الهيدروجين بعد UV60، خاصة في طبقة SiNx. يقترح المؤلفون أن هذا قد لا ينتج فقط عن كسر روابط Si-H التي تُناقش عادةً، ولكن أيضًا عن كسر روابط N-H داخل SiNx.
يُظهر الشكل 4ب أن توزيع الأكسجين يتغير أيضًا. ينخفض تركيز الأكسجين في طبقة Al2O3 قليلاً، بينما يزداد بالقرب من واجهات SiNx/Al2O3 وAl2O3/Si. يفسر المؤلفون هذا كنتيجة لكسر روابط Al-O في Al2O3، يليه انتشار الأكسجين المحرر نحو طبقة SiNx وسطح السيليكون.
النقطة الأساسية ليست ببساطة أن هناك المزيد من الأكسجين. الأكسجين يغادر شبكته الأصلية أو بيئة الترابط ويغير الحالة الكيميائية للواجهات.
موقع كل تغيير في المنحنى مهم. تشير الإشارة الأقوى للهيدروجين في منطقة SiNx إلى أن طبقة التخميل العلوية تشارك مباشرة في التفاعل. تشير تغيرات الأكسجين بالقرب من الواجهات إلى عدم استقرار كيميائي بين Al2O3 والطبقات المجاورة. مجتمعة، تساعد هذه النتائج في تفسير سبب تأثير تدهور السطح الأمامي على جودة التخميل والمخرجات الكهربائية النهائية.
الشكل 4: توزيعات العمق لـ ToF-SIMS للهيدروجين والأكسجين قبل وبعد UV60. يزداد الهيدروجين في كومة التخميل، بينما يُعاد توزيع الأكسجين بالقرب من الواجهات، مما يوفر أدلة على تغيرات الروابط الكيميائية التي حددتها XPS لاحقًا.
يربط XPS بين كسر روابط N-H، وفراغات الأكسجين، وزيادة Al-OH
تُظهر أطياف XPS المطابقة لـ N 1s أن نسبة روابط N-H عند واجهة SiNx/Al2O3 انخفضت من 9.64% إلى 5.97%. وهذا يدعم استنتاج المؤلفين بأن روابط N-H تشارك أيضًا في إطلاق الهيدروجين. وفي الوقت نفسه، زادت إشارة N-H بالقرب من سطح SiNx، مما يشير إلى أن بعض الهيدروجين المنطلق قد يهاجر نحو منطقة SiNx ويشكل روابط جديدة هناك.
تعد تغيرات O 1s واحدة من أكثر الأجزاء تميزًا في الدراسة. قام المؤلفون بفصل إشارة O 1s إلى أكسجين الشبكة، ومكونات مرتبطة بفراغات الأكسجين، والأكسجين الممتز على السطح. بعد UV60، زادت نسبة القمم المرتبطة بفراغات الأكسجين عند كل من واجهتي SiNx/Al2O3 وAl2O3/Si. وهذا يشير إلى تلف في جودة فيلم Al2O3.
توسع الأدلة آلية التدهور إلى ما هو أبعد من فقدان التخميل الناجم عن الهيدروجين. يبدو أن التدهور المرتبط بالهيدروجين والأكسجين يعملان معًا، مما يزيد من إعادة التركيب على السطح الأمامي.
توفر ToF-SIMS وXPS أنواعًا مختلفة من المعلومات. ToF-SIMS أكثر ملاءمة لإظهار مكان توزيع العناصر عبر عمق كومة الفيلم. تساعد XPS في تحديد الحالة الكيميائية لتلك العناصر. إن مطابقة N-Si وN-H في أطياف N 1s، جنبًا إلى جنب مع مكونات أكسجين الشبكة والمرتبطة بفراغات الأكسجين في أطياف O 1s، تنقل التحليل من الموقع العنصري إلى التغيرات في الترابط الكيميائي.
يشير المؤلفون إلى أن روابط Al-O لها طاقة رابطة عالية نسبيًا في Al2O3 البلوري المثالي. ومع ذلك، فإن أفلام التخميل الفعلية للخلايا الشمسية عادة ما تكون غير متبلورة. يمكن لأيونات الألومنيوم غير المنسقة وفراغات الأكسجين أن تخفض حاجز الطاقة المحلي لكسر الروابط. لهذا السبب، حتى الفوتونات عند أطول طول موجي للتجربة وهو 400 نانومتر، الموافق لحوالي 3.1 إلكترون فولت، قد تؤدي إلى تغييرات هيكلية مرتبطة بـ Al-O في بيئة غنية بالعيوب. يربط هذا التفسير عيوب الأغشية الرقيقة مباشرة بحساسية الأشعة فوق البنفسجية.
الشكل 5: أطياف XPS المطابقة لـ N 1s وO 1s. تتوافق التغيرات في ترابط N-H مع إطلاق الهيدروجين وهجرته. تشير زيادة المكون المرتبط بفراغات الأكسجين في أطياف O 1s إلى تدهور جودة تخميل Al2O3.
Al2O3 ليس متفرجًا مستقرًا تمامًا
يتتبع الشكل 7 أيضًا Al 2p وSi 2p عند واجهة Al2O3/Si. بعد UV60، انخفضت النسبة المخصصة لمكون Al2O3 من 69.99% إلى 60.36%، بينما زادت Al-OH من 30.01% إلى 39.64%. يشير هذا إلى تحول واضح في الهياكل المرتبطة بـ Al-O تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية.
تُظهر نتائج Si 2p ظهور وزيادة Si2+ بعد UV60، بينما تنخفض المكونات المرتبطة بـ Si وSi3+ وSi4+. بناءً على هذه النتائج، يقترح المؤلفون أن الأكسجين الحر المنتشر نحو واجهة Al2O3/Si قد يؤكسد السيليكون بينما تتشكل فراغات أكسجين في طبقة Al2O3. تدعم أطياف XPS هذا التفسير، على الرغم من أن التوصيف المباشر في الموقع لا يزال مطلوبًا لتأكيد مسار التفاعل الدقيق.
هذه النتيجة مهمة لموثوقية السطح الأمامي لـ TOPCon. يُقصد من Al2O3 توفير تخميل تأثير المجال واستقرار الواجهة. بمجرد أن تبدأ الهياكل المرتبطة بـ Al-O في التحول إلى Al-OH، مصحوبة بتركيز أعلى من فراغات الأكسجين، لم يعد الفيلم مجرد طبقة واقية. قد يصبح جزءًا من تفاعل التدهور نفسه. تشير التغييرات في حالات أكسدة السيليكون أيضًا إلى أن كيمياء الواجهة قد تغيرت.
الشكل 6: التغييرات في أطياف XPS لـ Al 2p وSi 2p عند واجهة Al2O3/Si. يُظهر تحول الهياكل المرتبطة بـ Al2O3 نحو Al-OH والتغييرات في حالات أكسدة السيليكون أن التفاعلات المرتبطة بالأكسجين تشارك في تدهور السطح الأمامي.
تظهر الخسائر الكهربائية في النهاية في Voc وعامل التعبئة
بمجرد تغير الحالة الكيميائية لمكدس التخميل، تصبح التأثيرات الكهربائية على مستوى الخلية واضحة. في الشكل 8، تظل EQE مستقرة إلى حد كبير في نطاقات الطول الموجي المتوسط والطويل ولكنها تنخفض تحت 500 نانومتر. يظل الانعكاس دون تغيير تقريبًا. يشير هذا إلى أن فقدان استجابة الطول الموجي القصير ناتج بشكل أساسي عن إعادة تركيب أقوى على السطح الأمامي وليس عن تدهور مفاجئ في النسيج أو أداء مضاد الانعكاس أو الامتصاص البصري.
الشكل 7: منحنيات EQE والانعكاس قبل وبعد UV60. يظل الانعكاس مستقرًا تقريبًا بينما تنخفض EQE ذات الطول الموجي القصير، مما يشير إلى أن فقدان استجابة التيار يرتبط بشكل أساسي بزيادة إعادة التركيب على السطح الأمامي.
يتوافق انخفاض EQE في الطول الموجي القصير مع الزيادة السابقة في J0. يتم امتصاص الضوء ذو الطول الموجي القصير بالقرب من السطح الأمامي للخلية. إذا تضرر تخميل السطح الأمامي، فمن المرجح أن تتحد الحاملات المولدة في هذه المنطقة قبل التجميع. لذلك يظهر الفقد أولاً في نطاق EQE ذو الطول الموجي القصير. يخترق الضوء ذو الطول الموجي المتوسط والطويل أعمق في الكتلة أو نحو الجانب الخلفي، لذا تكون تغييرات الاستجابة المقابلة أصغر.
تُظهر قياسات TLM أن مقاومة التلامس الأمامية زادت بشكل شبه خطي مع جرعة الأشعة فوق البنفسجية. بعد UV60، وصلت إلى 4.1 مللي أوم·سم²، أي حوالي 8.6 أضعاف قيمتها الأولية. يقترح المؤلفون أن الهيدروجين الحر والأكسجين الحر والجذور التفاعلية المنتجة أثناء التعرض للأشعة فوق البنفسجية قد تشارك في تفاعلات عند واجهة القطب المعدني، مما يزيد من مقاومة التلامس. هذا التفسير يتوافق مع قياسات المقاومة، على الرغم من أن المنتجات الكيميائية الدقيقة عند واجهة القطب لا تزال تتطلب أدلة كيميائية أكثر مباشرة.
الشكل 8: تزداد مقاومة التلامس الأمامية مع جرعة التعرض للأشعة فوق البنفسجية. بعد UV60، تبلغ مقاومة التلامس حوالي 8.6 أضعاف قيمتها الأولية، مما يجعلها مساهماً مهماً في فقدان عامل التعبئة.
تم الإبلاغ عن التدهور النسبي النهائي لمعلمات الخلية على النحو التالي.
| معلمة الخلية | التدهور النسبي بعد UV60 |
|---|---|
| Voc | 3.46% |
| Jsc | 0.64% |
| عامل التعبئة | 2.82% |
| الكفاءة | 6.72% |
| مقاومة التلامس الأمامية | 4.1 مللي أوم·سم²، أي حوالي 8.6 أضعاف القيمة الأولية |
الاستنتاج الكهربائي المركزي واضح. تحت UV60، لا تأتي خسائر TOPCon الرئيسية من انخفاض التيار. بل تأتي من فقدان Voc الناتج عن تدهور التخميل السطحي الأمامي وفقدان عامل التعبئة المرتبط بزيادة مقاومة التلامس الأمامية.
وهذا يفسر أيضاً لماذا النظر فقط إلى Jsc يمكن أن يقلل من تقدير خطر التدهور بالأشعة فوق البنفسجية. تتغير استجابة EQE للطول الموجي القصير، لكن إجمالي Jsc ينخفض بنسبة 0.64% فقط. مشاكل إعادة التركيب والتلامس تسبب فقدان الكفاءة الأكبر. في خلايا TOPCon عالية الكفاءة، يكون Voc وعامل التعبئة حساسين للغاية لجودة الواجهة وحالة التخميل وأداء التلامس المعدني. قد تكشف هذه المعلمات نقاط ضعف الموثوقية في وقت أبكر من Jsc.
الشكل 9: التدهور النسبي لـ Voc وJsc وعامل التعبئة والكفاءة تحت UV60. تنخفض الكفاءة بنسبة 6.72%، مدفوعة بشكل أساسي بخسائر Voc وعامل التعبئة، بينما يظل تغير Jsc صغيراً نسبياً.
تقييم الآلية والتطبيق
يمكن تلخيص الآلية المقترحة على النحو التالي: التعرض للأشعة فوق البنفسجية يغير حالات الترابط في بنية SiNx/Al2O3 الأمامية. تنكسر روابط Si-H وN-H وتطلق الهيدروجين. تتحول الهياكل المرتبطة بـ Al-O وتتشكل فراغات الأكسجين. يهاجر الأكسجين الحر نحو الواجهات، ويزداد إعادة التركيب على السطح الأمامي، وقد تزيد التفاعلات الكهروكيميائية حول منطقة التلامس من مقاومة التلامس الأمامية.
نتائج العمر الافتراضي، iVoc، J0، EQE، TLM، و I-V توفر دعمًا مباشرًا للتدهور الكهربائي. تدعم ToF-SIMS و XPS هجرة الهيدروجين والأكسجين بالإضافة إلى التغيرات ذات الصلة في الترابط الكيميائي. يتطلب تفسير واجهة القطب المعدني مزيدًا من الحذر. تستنتج الورقة بشكل أساسي هذه الآلية من مقاومة التلامس الأعلى ونتائج الدراسات السابقة. سيكون التوزيع العنصري، أو قياسات الحالة الكيميائية، أو التحليل المقطعي لواجهة القطب ضروريًا لتأكيد أقوى.
بالنسبة للإنتاج الصناعي، تذكرنا الورقة بأن موثوقية TOPCon تحت الأشعة فوق البنفسجية لا يمكن تقييمها فقط من خلال كفاءة الخلية الأولية. قد تؤثر عدة عوامل على أداء الطاقة على المدى الطويل:
جودة مادة كومة التخميل الأمامية SiNx/Al2O3
تركيز الهيدروجين واستقرار روابط Si-H و N-H
تركيز فراغات الأكسجين في طبقة Al2O3
استقرار واجهة التلامس المعدني
ترشيح UVA و UVB بواسطة زجاج الوحدة والمواد المغلفة
التفاعلات بين التعرض للأشعة فوق البنفسجية والرطوبة والحرارة والإجهاد الميكانيكي والمجالات الكهربائية
عند النظر في هذا البحث على مستوى الوحدة، سيتم ترشيح الطيف الحقيقي الذي يصل إلى الخلية مرة أخرى بواسطة الزجاج وفيلم التغليف. ستشارك الرطوبة والإجهاد الحراري والمجالات الكهربائية أيضًا في الشيخوخة. لذلك، فإن الآليات المذكورة في الورقة أكثر فائدة كتوجيهات لتحسين المواد والعمليات بدلاً من كونها بديلاً عن اختبارات IEC أو بيانات الحقل الخارجي طويلة الأجل.
ستكون الخطوة التالية القيمة هي تقييم الخلايا غير المغلفة والوحدات الصغيرة المغلفة والوحدات المعرضة للخارج ضمن نفس إطار التحقق.这将 يسهل تحديد التغيرات الكيميائية التي تظل مهمة بعد الترشيح الطيفي الواقعي والاقتران البيئي.
تشمل اتجاهات تحسين العملية المحتملة:
تقليل مصادر الهيدروجين غير المستقرة في كومة SiNx/Al2O3 الأمامية
تحسين شبكة Al2O3 غير المتبلورة والتحكم في فراغات الأكسجين
تحسين ظروف الحرق والتعدين لتحقيق استقرار أفضل لواجهة التلامس
تحسين مقاومة التفاعلات المرتبطة بالأكسدة حول التلامس المعدني الأمامي
اختيار مواد تغليف تقلل من التأثير المباشر للأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة على سطح الخلية
لا تقدم الورقة حلاً كاملاً. لكنها تحدد حدود المشكلة بشكل أوضح وتُظهر أن التخميل السطحي الأمامي وهندسة التلامس يجب أن يُنظر إليهما معًا.
خلاصة البحث: ما الذي يجب حله بعد ذلك
من خلال اختبارات التعرض للأشعة فوق البنفسجية UV60، يُظهر المؤلفون أن بنية SiNx/Al2O3 الأمامية لخلايا TOPCon أكثر عرضة للتدهور الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية من تلامس التخميل الخلفي المصنوع من البولي سيليكون. لا يحدث التدهور بسبب عامل واحد معزول. بل تساهم العمليات المرتبطة بالهيدروجين، والعمليات المرتبطة بالأكسجين، وزيادة مقاومة التلامس الأمامي جميعًا في ذلك.
تكمن أهمية هذا العمل في تجاوز تفسير تدهور TOPCon بالأشعة فوق البنفسجية إلى ما هو أبعد من كسر روابط Si-H فقط. فهو يقدم إطارًا أوسع للتطور الكيميائي للسطح الأمامي. من المرجح أن يتطلب تقليل مخاطر التدهور الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية تحسينًا منسقًا لطبقة التخميل الأمامية، وفراغات الأكسجين في الواجهة، وإدارة الهيدروجين، وتلامسات المعدنة، وترشيح الأشعة فوق البنفسجية بواسطة تغليف الوحدة. قد لا يكون تعديل معلمة فيلم واحدة فقط كافيًا.
يجب أن تظل القيود واضحة. كانت العينات غير مغلفة تحت ظروف الأشعة فوق البنفسجية المبلغ عنها، وجزء من آلية تدهور التلامس المعدني المقترحة لا يزال استنتاجيًا. التفسير الأكثر دقة هو أن الورقة تُظهر علاقة واضحة بين تطور التركيب الكيميائي والتدهور الكهربائي على السطح الأمامي لخلايا TOPCon تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية. كما توفر أهدافًا محددة للدراسات المستقبلية حول الموثوقية طويلة الأجل بعد التغليف.
المرجع
Lou, X., Yang, N., Fu, Z., Chen, D., Chen, Y., & Verlinden, P. J. (2026). Chemical composition evolution and electrical performance degradation of TOPCon solar cells under UV exposure. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 1–9.
رؤية Ooitech
الرسالة العملية بسيطة: يجب التعامل مع التخميل الأمامي والمعدنة كنظام موثوقية واحد، وليس كخطوات عملية منفصلة. إن قيمة Voc الأولية المستقرة ليست كافية إذا كان التعرض للأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يغير كيمياء Al2O3 ويرفع مقاومة التلامس الأمامي بشكل ثابت. يجب أن يربط التحقق المستقبلي اختبار الخلايا بالأشعة فوق البنفسجية مع اختبار الوحدات المصغرة المغلفة تحت أطياف زجاج ومواد تغليف واقعية.
