أحدث أبحاث PIP: التطور الكيميائي والتدهور الكهربائي لخلايا TOPCon الشمسية تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية
جدول المحتويات
خلفية البحث
أصبحت TOPCon واحدة من التقنيات الرئيسية في صناعة الخلايا الكهروضوئية 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 العديد من هياكل الخلايا الشمسية. يمكن أن تتأثر خلايا TOPCon وPERC وHJT، لكن مواقع التدهور والآليات السائدة ليست متطابقة تمامًا.
ركزت المناقشات 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 الوحدة الكهروضوئية الحقيقية لا يقتصر على طول موجي واحد. يحتوي السطح الأمامي المضاء أيضًا على عدة مناطق مترابطة، بما في ذلك SiNx وAl2O3 والباعث البورون والتلامسات المعدنية. لذلك يجادل المؤلفون بأنه لا ينبغي دراسة التدهور بالأشعة فوق البنفسجية في خلايا TOPCon فقط من خلال سلوك الهيدروجين. هجرة الأكسجين وواجهات التلامس مهمة أيضًا.
من السهل التغاضي عن تفصيل واحد. عادةً ما يقوم زجاج الوحدة بتصفية معظم إشعاع UVB، لكنه لا يحمي السطح الخلوي المضاء تمامًا من التعرض للأشعة فوق البنفسجية. الطيف الذي تمت مناقشته في الورقة يهيمن عليه UVA مع احتوائه على حوالي 11% UVB. استخدم المؤلفون عينات غير مغلفة. لذلك فإن التجربة لا تعادل التعتيق الخارجي لوحدة كاملة، لكنها تساعد في تضخيم وفصل المناطق الحساسة للأشعة فوق البنفسجية على السطح الأمامي للخلية.
من الأفضل قراءة هذه الورقة كتحقيق لآلية الفشل بدلاً من دراسة لشهادة عمر الوحدة. لا ينبغي تحويل فقدان الكفاءة النسبي البالغ 6.72% بعد الأشعة فوق البنفسجية UV60 مباشرة إلى فقدان متوقع في طاقة الوحدة في الهواء الطلق. النقطة الأكثر أهمية هي كيف يستخدم المؤلفون طرق توصيف مختلفة لربط تلف التخميل السطحي الأمامي، وأكسدة الواجهة، وتدهور التلامس المعدني.
الطريقة التجريبية
استخدمت الدراسة خلايا TOPCon نصف مقطعة تجارية بقياس 182 مم × 105 مم. صُنعت الخلايا من السيليكون أحادي البلورة من نوع n بطريقة تشوخرالسكي بمقاومة حوالي 1.0 Ω·cm وسماكة رقاقة حوالي 130 ميكرومتر. لمقارنة مقاومة الأشعة فوق البنفسجية للهياكل الأمامية والخلفية، أعد الباحثون أيضًا عينات متناظرة للسطح الأمامي وعينات متناظرة للسطح الخلفي.
يتكون الهيكل الأمامي من SiNx/Al2O3. يتكون الهيكل الخلفي من SiOx/n+ poly-Si/Al2O3/SiNx. فيما يلي سماكات الأغشية الرئيسية المذكورة في الورقة.
| الهيكل أو المادة | المواصفات المذكورة |
|---|---|
| حجم خلية TOPCon التجارية | 182 مم × 105 مم |
| ركيزة السيليكون | سيليكون أحادي البلورة من نوع n بطريقة تشوخرالسكي |
| مقاومة الركيزة | حوالي 1.0 Ω·cm |
| 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، وجهد الدائرة المفتوحة الضمني، و J0 قبل وبعد التعرض لتقييم استقرار التخميل. تم استخدام مطياف كتلة الأيونات الثانوية لوقت الطيران (ToF-SIMS) لتتبع التوزيع العمقي للهيدروجين والأكسجين. تم تطبيق التنميط العمقي لمطياف الضوء الإلكتروني للأشعة السينية (XPS) لتحليل الحالات الكيميائية لـ N 1s و O 1s و Al 2p و Si 2p. ثم ربطت قياسات EQE و TLM و I-V تغيرات الأغشية الرقيقة مع الخسائر الكهربائية على مستوى الخلية.
تكمن قوة هذا التصميم التجريبي في الاستخدام المشترك للخلايا الكاملة والهياكل المتناظرة. تُظهر الخلايا الكاملة كيفية تغير الكفاءة، Voc، Jsc، عامل الملء، ومقاومة التلامس. تعمل العينات الأمامية والخلفية المتناظرة على تقليل التداخل من بقية بنية الخلية، مما يسهل تحديد أي جانب من جوانب التخميل أكثر حساسية للتعرض للأشعة فوق البنفسجية.
الشكل 1: مخططات لخلية TOPCon، والهيكل الأمامي المتناظر، والهيكل الخلفي المتناظر. تسمح العينات المتناظرة بمقارنة مقاومة الأشعة فوق البنفسجية لطبقة SiNx/Al2O3 الأمامية وطبقة التلامس الممررة من البولي سيليكون الخلفية بشكل منفصل.
يجب أيضًا النظر في ظروف التعرض للأشعة فوق البنفسجية بشكل منفصل. استخدمت الدراسة شدة 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 | حالة 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
الهيكل الأمامي أكثر حساسية بوضوح للأشعة فوق البنفسجية من الهيكل الخلفي
يوفر الشكل 3 المقارنة الأكثر مباشرة بين الهيكلين. أظهر الهيكل الخلفي المتناظر تغييرات طفيفة فقط بعد UV60. استمر الهيكل الأمامي المتناظر 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 fA/cm²، أي حوالي ثلاثة أضعاف قيمته الأولية.
تشير هذه النتائج إلى أن المشكلة الرئيسية تحت الأشعة فوق البنفسجية 60 لم تكن عدم استقرار التلامس الممرر من البولي سيليكون الخلفي من نوع TOPCon. بل كان تدهور جودة التخميل في بنية SiNx/Al2O3 الأمامية المضاءة. يعزو المؤلفون الاستقرار النسبي للجانب الخلفي إلى امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بواسطة طبقة البولي سيليكون بسمك 120 نانومتر. هذه آلية معقولة بناءً على البنية وخصائص الامتصاص البصري، رغم أنها تبقى تفسيرًا على مستوى الآلية.
تدعم المعلمات الثلاث نفس الاستنتاج من زوايا 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. العمر الافتراضي والجهد والتيار المعاد تركيبه كلها تظهر تدهور البنية الأمامية، بينما تبقى المنحنيات الخضراء التي تمثل البنية الخلفية مستقرة إلى حد كبير.
الشكل 3: التغيرات في العمر الافتراضي، جهد الدائرة المفتوحة الضمني، و J0 للبنى الأمامية والخلفية تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية. تظهر المنحنيات الحمراء للبنية الأمامية تدهورًا أكبر، مما يحدد كومة التخميل SiNx/Al2O3 المضاءة كنقطة ضعف رئيسية.
ToF-SIMS يظهر إعادة توزيع كل من الهيدروجين والأكسجين
تظهر مقاطع العمق لـ ToF-SIMS أن تدهور السطح الأمامي لا يسببه عنصر واحد فقط. في الشكل 4أ، يزداد تركيز الهيدروجين بعد الأشعة فوق البنفسجية 60، خاصة في طبقة SiNx. يقترح المؤلفون أن هذا قد لا ينتج فقط عن كسر روابط Si-H التي يتم مناقشتها عادةً، ولكن أيضًا عن كسر روابط N-H داخل SiNx.
يظهر الشكل 4ب أن توزيع الأكسجين يتغير أيضًا. ينخفض تركيز الأكسجين في طبقة Al2O3 قليلاً، بينما يزداد بالقرب من واجهات SiNx/Al2O3 و Al2O3/Si. يفسر المؤلفون ذلك كنتيجة لكسر روابط Al-O في Al2O3، يليه انتشار الأكسجين المحرر نحو طبقة SiNx وسطح السيليكون.
النقطة الرئيسية ليست ببساطة وجود المزيد من الأكسجين. الأكسجين يغادر شبكته الأصلية أو بيئة الترابط ويغير الحالة الكيميائية للواجهات.
موقع تغير كل منحنى مهم. إشارة الهيدروجين الأقوى في منطقة SiNx تظهر أن طبقة التخميل العلوية تشارك مباشرة في التفاعل. تغيرات الأكسجين بالقرب من الواجهات تشير 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 الأعماق لـ ToF-SIMS للهيدروجين والأكسجين قبل وبعد UV60. يزداد الهيدروجين في طبقة التخميل، بينما يعاد توزيع الأكسجين بالقرب من الواجهات، مما يوفر أدلة على تغيرات الروابط الكيميائية التي تم تحديدها لاحقًا بواسطة XPS.
XPS يربط بين كسر رابطة N-H، الفراغات الأكسجينية، 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. في 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.
تغيرات O 1s هي واحدة من الأجزاء الأكثر تميزًا في الدراسة. قام المؤلفون بفصل إشارة O 1s إلى أكسجين شبكي، مكونات مرتبطة بالفراغات الأكسجينية، وأكسجين ممتز على السطح. بعد UV60، زادت نسبة القمم المرتبطة بالفراغات الأكسجينية عند كل من واجهتي SiNx/Al2O3 و Al2O3/Si. وهذا يشير إلى تلف في جودة طبقة 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.
يوفر كل من ToF-SIMS و XPS أنواعًا مختلفة من المعلومات. ToF-SIMS أكثر ملاءمة لإظهار مكان توزيع العناصر عبر عمق طبقة الفيلم. يساعد XPS في تحديد الحالة الكيميائية لتلك العناصر. إن مطابقة N-Si و N-H في أطياف N 1s، إلى جانب مكونات الأكسجين الشبكي والمرتبطة بالفراغات الأكسجينية في أطياف O 1s، ينقل التحليل من الموقع العنصري إلى التغيرات في الروابط الكيميائية.
يشير المؤلفون إلى أن روابط Al-O لها طاقة رابطة عالية نسبيًا في Al2O3 البلورية المثالية. ومع ذلك، فإن أغشية تخميل الخلايا الشمسية الفعلية عادة ما تكون غير متبلورة. يمكن لأيونات الألومنيوم غير المنسقة والفراغات الأكسجينية أن تخفض حاجز الطاقة المحلي لكسر الرابطة. 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 و O 1s. التغيرات في رابطة N-H تتوافق مع إطلاق الهيدروجين وهجرته. تشير زيادة المكون المرتبط بالفراغات الأكسجينية في أطياف O 1s إلى تدهور جودة تخميل Al2O3.
Al2O3 ليس متفرجًا مستقرًا تمامًا
يوضح الشكل 7 أيضًا تتبع Al 2p و Si 2p عند واجهة Al2O3/Si. بعد الأشعة فوق البنفسجية لمدة 60 دقيقة، 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 للهياكل المرتبطة بـ Al-O تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية.
تظهر نتائج Si 2p ظهور وزيادة Si2+ بعد الأشعة فوق البنفسجية لمدة 60 دقيقة، بينما تنخفض المكونات المرتبطة بـ Si و Si3+ و Si4+. 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 ضروريًا لتأكيد مسار التفاعل الدقيق.
هذه النتيجة مهمة لموثوقية السطح الأمامي لـ TOPCon. يُقصد من Al2O3 توفير تخميد 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 و Si 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 الملء
بمجرد تغير الحالة الكيميائية لطبقة التخميد، تصبح التأثيرات الكهربائية على مستوى الخلية واضحة. في الشكل 8، يظل EQE مستقرًا إلى حد كبير في نطاقات الطول الموجي المتوسط والطويل ولكنه ينخفض تحت 500 نانومتر. تظل الانعكاسية دون تغيير تقريبًا. يشير هذا إلى أن فقدان الاستجابة في الطول الموجي القصير ناتج بشكل أساسي عن إعادة تركيب أقوى على السطح الأمامي بدلاً من تدهور مفاجئ في النسيج أو أداء مضاد الانعكاس أو الامتصاص البصري.
الشكل 7: منحنيات EQE والانعكاسية قبل وبعد الأشعة فوق البنفسجية لمدة 60 دقيقة. تظل الانعكاسية مستقرة تقريبًا بينما ينخفض EQE في 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 المبكرة في J0. يتم امتصاص الضوء ذو الطول الموجي القصير بالقرب من السطح الأمامي للخلية. إذا تضررت طبقة التخميل الأمامية، فإن الحاملات المتولدة في هذه المنطقة تكون أكثر عرضة لإعادة الاتحاد قبل التجميع. لذلك يظهر الفقد أولاً في نطاق EQE للطول الموجي القصير. الضوء ذو الطول الموجي المتوسط والطويل يخترق أعمق في الكتلة أو نحو الجانب الخلفي، لذا تكون تغييرات الاستجابة المقابلة أصغر.
تظهر قياسات TLM أن مقاومة التلامس الأمامية زادت خطيًا تقريبًا مع جرعة الأشعة فوق البنفسجية. بعد UV60، وصلت إلى 4.1 mΩ·cm²، أي حوالي 8.6 ضعف 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 نواتج التفاعل الدقيقة عند واجهة القطب لا تزال بحاجة إلى أدلة كيميائية أكثر مباشرة.
الشكل 8: تزداد مقاومة التلامس الأمامية مع جرعة التعرض للأشعة فوق البنفسجية. بعد UV60، تكون مقاومة التلامس حوالي 8.6 ضعف قيمتها الأولية، مما يجعلها مساهماً مهماً في فقدان عامل الملء.
تم الإبلاغ عن التدهور النسبي النهائي لمعلمات الخلية على النحو التالي.
| معلمة الخلية | التدهور النسبي بعد UV60 |
|---|---|
| Voc | 3.46% |
| Jsc | 0.64% |
| عامل الملء | 2.82% |
| الكفاءة | 6.72% |
| مقاومة التلامس الأمامية | 4.1 mΩ·cm²، حوالي 8.6 ضعف القيمة الأولية |
الاستنتاج الكهربائي المركزي واضح. تحت UV60، لا تأتي خسائر TOPCon الرئيسية من انخفاض التيار. بل تأتي من فقدان Voc الناتج عن تدهور تخميل السطح الأمامي وفقدان عامل الملء المرتبط بزيادة مقاومة التلامس الأمامية.
وهذا يفسر أيضًا لماذا النظر فقط إلى Jsc يمكن أن يقلل من تقدير خطر التدهور بالأشعة فوق البنفسجية. يتغير EQE في الطول الموجي القصير، لكن إجمالي Jsc ينخفض بنسبة 0.64% فقط. مشاكل إعادة الاتحاد والتلامس تخلق فقدانًا أكبر في الكفاءة. في خلايا TOPCon عالية الكفاءة، يكون Voc وعامل الملء حساسين للغاية لجودة الواجهة وحالة التخميل وأداء التلامس المعدني. قد تكشف هذه المعلمات عن نقاط ضعف في الموثوقية في وقت أبكر من Jsc.
الشكل 9: التدهور النسبي لـ Voc و Jsc وعامل الملء والكفاءة تحت UV60. تنخفض الكفاءة بنسبة 6.72%، مدفوعة بشكل أساسي بخسائر Voc وعامل الملء، بينما يظل تغير Jsc صغيرًا نسبيًا.
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 و N-H وتطلق الهيدروجين. تتحول الهياكل المرتبطة بـ Al-O وتتشكل فجوات الأكسجين. يهاجر الأكسجين الحر نحو الواجهات، ويزداد إعادة التركيب على السطح الأمامي، وقد تزيد التفاعلات الكهروكيميائية حول منطقة التلامس من مقاومة التلامس الأمامي.
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 المرتبطة في الترابط الكيميائي. يتطلب تفسير واجهة القطب المعدني مزيدًا من الحذر. تستنتج الورقة بشكل أساسي هذه الآلية من ارتفاع مقاومة التلامس ونتائج الدراسات السابقة. ستكون هناك حاجة إلى قياسات التوزيع العنصري، أو حالات الترابط الكيميائي، أو التحليل المقطعي لواجهة القطب 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 طبقة التخميل الأمامية SiNx/Al2O3
تركيز الهيدروجين واستقرار روابط Si-H و N-H
تركيز فجوات الأكسجين في طبقة Al2O3
استقرار واجهة التلامس المعدني
ترشيح UVA و UVB بواسطة زجاج الوحدة والمواد المغلفة
التفاعلات بين التعرض للأشعة فوق البنفسجية، الرطوبة، الحرارة، الإجهاد الميكانيكي، والمجالات الكهربائية
عند النظر في هذا البحث على مستوى الوحدة، سيتم ترشيح الطيف الحقيقي الذي يصل إلى الخلية مرة أخرى بواسطة الزجاج والفيلم المغلف. ستشارك الرطوبة والإجهاد الحراري والمجالات الكهربائية أيضًا في التقادم. لذلك فإن الآليات المذكورة في الورقة أكثر فائدة كاتجاهات لتحسين المواد والعمليات بدلاً من كونها بديلاً لاختبارات 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. سيسهل ذلك تحديد التغيرات الكيميائية التي تظل مهمة بعد الترشيح الطيفي الواقعي والاقتران البيئي.
تشمل اتجاهات تحسين العملية الممكنة:
تقليل مصادر الهيدروجين غير المستقرة في طبقة SiNx/Al2O3 الأمامية
تحسين شبكة Al2O3 غير المتبلورة والتحكم في فجوات الأكسجين
تحسين ظروف الحرق والمعدنة لتحقيق استقرار أفضل لواجهة التلامس
تحسين مقاومة التفاعلات المرتبطة بالأكسدة حول التلامس المعدني الأمامي
اختيار مواد التغليف التي تقلل التأثير المباشر للأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة على سطح الخلية
لا تقدم الورقة حلاً كاملاً. لكنها تحدد حدود المشكلة بشكل أكثر وضوحاً وتظهر أن التخميل السطحي الأمامي وهندسة التلامس يجب أن يؤخذا في الاعتبار معاً.
استنتاج البحث: ما الذي يجب حله بعد ذلك
من خلال اختبارات التعرض للأشعة فوق البنفسجية UV60، يظهر المؤلفون أن بنية SiNx/Al2O3 الأمامية لخلايا TOPCon أكثر عرضة للتدهور الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية من التلامس المخمل الخلفي من البولي سيليكون. لا ينتج التدهور عن عامل واحد معزول. فالعمليات المرتبطة بالهيدروجين، والعمليات المرتبطة بالأكسجين، وزيادة مقاومة التلامس الأمامي تساهم جميعها.
تكمن أهمية هذا العمل في تجاوز تفسير تدهور TOPCon بالأشعة فوق البنفسجية إلى ما هو أبعد من كسر روابط Si-H فقط. فهو يقدم إطاراً أوسع للتطور الكيميائي للسطح الأمامي. لتقليل خطر التدهور الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية، من المحتمل أن يكون من الضروري التحسين المنسق 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 كافياً.
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 استنتاجياً. التفسير الأكثر دقة هو أن الورقة تظهر علاقة واضحة بين تطور التركيب الكيميائي والتدهور الكهربائي على السطح الأمامي لـ TOPCon تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية. كما توفر أهدافاً محددة للدراسات المستقبلية للموثوقية طويلة المدى 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.
رأي Ooitech
الرسالة العملية بسيطة: يجب معالجة التخميل الأمامي والمعدنة كنظام موثوقية واحد، وليس كخطوات عملية منفصلة. لا يكفي وجود Voc أولي مستقر إذا كان التعرض للأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يغير كيمياء Al2O3 ويرفع مقاومة التلامس الأمامي بشكل مطرد. يجب أن يربط التحقق المستقبلي اختبار الخلية على مستوى الخلية مع اختبار الوحدة المصغرة المغلفة تحت أطياف زجاج ومواد تغليف واقعية.
