توسط : 
محققان با بررسی پدیده تخریب ناشی از فرابنفش در سلول خورشیدی TOPCon به این نتیجه رسیدهاند که لایههای ضخیمتر AlOx نقش مؤثری در کاهش این نوع تخریب دارند و میتوانند پایداری بلندمدت این فناوری را بهبود بخشند.
به گزارش pv magazine، پژوهشگران دانشگاه UNSW استرالیا با توسعه یک مدل تجربی اعتبارسنجیشده نشان دادهاند که تخریب ناشی از تابش فرابنفش (UVID) در سلولهای خورشیدی TOPCon به فرایندهایی مانند انتقال هیدروژن، بهدامافتادن بار الکتریکی و تغییرات ساختاری دائمی در لایههای پسیواسیون مرتبط است.
نتایج این پژوهش نشان میدهد که افزایش ضخامت لایه اکسید آلومینیوم (AlOx) میتواند با محدود کردن مهاجرت هیدروژن، مقاومت این سلولها در برابر تخریب ناشی از فرابنفش را بهطور قابلتوجهی افزایش دهد و راهنمای روشنی برای طراحیهای پایدارتر TOPCon ارائه کند.
«برام هوکس»، نویسنده اصلی این پژوهش، توضیح داد: «کار جدید ما یک مدل جامع و مبتنی بر آزمایش برای تخریب ناشی از فرابنفش در سلولهای TOPCon ارائه میدهد که در آن، افت عملکرد الکتریکی بهطور مستقیم به پویایی هیدروژن و تغییرات ساختاری دائمی در پشته غیرفعالسازیشده مرتبط شده است.»
او افزود: «این پژوهش مستقیماً بر پایه مطالعات پیشین ما درباره وابستگی تخریب UVID به طول موج و رفتار هیدروژن بنا شده و به نظر ما، شکاف مهمی را در درک قابلیت اطمینان بلندمدت سلولهای TOPCon پر میکند.»
آزمایشها روی سلولهای خورشیدی TOPCon مبتنی بر ویفرهای نوع n به روش چکرالسکی (Cz) انجام شد که در یک خط تولید صنعتی ساخته شده بودند. پشته اصلی غیرفعالشده شامل یک لایه اکسید آلومینیوم (AlOx) رشدیافته به روش رسوبدهی لایهاتمی (ALD) و یک لایه پوششی نیترید سیلیکون (SiNx) به ضخامت ۷۵ نانومتر بود که با روش رسوبدهی شیمیایی بخار تقویتشده با پلاسما (PECVD) اعمال شد.
ضخامت لایه AlOx در بازه ۴ تا ۷ نانومتر متغیر بود. لایه ۴ نانومتری (نمونههای SP1 و SP3) بهعنوان حداقل ضخامت مقرونبهصرفه در نظر گرفته شد، درحالیکه لایه ۷ نانومتری (SP2 و SP4) بهاندازهای نازک بودند که اثرات اپتیکی قابلتوجهی ایجاد نکند. پژوهشگران توضیح دادند: «این مقایسه امکان ارزیابی موازنه میان سرعت و بهرهوری تولید صنعتی و مقاومت در برابر تخریب ناشی از فرابنفش (UVID) را فراهم میکند.»
برای بررسی تغییرات چگالی نقصهای سطحی در مرز مشترک (Dit) و بار منفی ثابت (Qf) تحت شرایط تابش کنترلشده فرابنفش، نگهداری در تاریکی و عملیات بازپخت حرارتی، از روشهای COCOS و طیفسنجی مادونقرمز تبدیل فوریه (FTIR) استفاده شد.
نتایج اندازهگیریها نشان داد که میان تخریب شیمیایی و یک بهبود موقت غیرفعالسازی میدانالکتریکی ناشی از بهدامافتادن بار برهمکنشی پیچیده وجود دارد؛ بهبودی که در ادامه، طی نگهداری در تاریکی، دچار واپاشی شبهپایدار (متاستیبل) میشود.
هوکس توضیح داد: «ما دریافتیم که فوتونهای فرابنفش پرانرژی باعث شکسته شدن پیوندهای سیلیکون–هیدروژن (Si–H) در لایه پوششی SiNx میشوند. این فرایند، هیدروژن متحرک آزاد میکند که در مرز مشترک AlOx/Si تجمع یافته و با افزایش چگالی نقصهای سطحی (Dit)، پسیواسیون شیمیایی را تضعیف میکند.»
او افزود: «درعینحال، تابش فرابنفش بهطور موقت از طریق بهدامافتادن بار الکتریکی در لایه AlOx و در نتیجه افزایش بار منفی ثابت (Qf)، موجب بهبود پسیواسیون میدانالکتریکی میشود.»
به گفته این پژوهشگر، در مرحله نگهداری بعدی در تاریکی، بار Qf از حالت بهدامافتاده خارج میشود و با وجود ثابت ماندن میزان آسیب شیمیایی، افت عملکرد بیشتری رخ میدهد.
هوکس ادامه داد: «بازپخت در تاریکی و در دمای پایین، هیدروژن موجود در مرز مشترک را به درون توده سیلیکون بازتوزیع میکند و از طریق بازیابی Dit، پسیواسیون شیمیایی را تا حدی احیا میکند. با این حال، نتایج FTIR نشان میدهد که در پشته دیالکتریک، یک بازآرایی ساختاری دائمی رخ داده است.»
او تأکید کرد: «لایههای ضخیمتر ۷ نانومتری AlOx بهطور قابلتوجهی مقاومت در برابر تخریب ناشی از فرابنفش (UVID) را افزایش میدهند؛ نه بهدلیل تفاوت در پسیواسیون میدانالکتریکی، بلکه به این دلیل که بهعنوان مانعی مؤثرتر برای انتقال هیدروژن عمل میکنند.»
هوکس در جمعبندی گفت: «این پژوهش یک مدل فیزیکی یکپارچه ارائه میدهد که UVID، انتقال هیدروژن، بهدامافتادن بار و تغییرات ساختاری را به هم مرتبط میکند. این مدل توضیح میدهد چرا بخشی از تخریبها از نظر الکتریکی برگشتپذیر اما از نظر ساختاری غیرقابل بازگشت هستند و در عین حال، راهنمایی روشنی برای طراحی پشتههای پسیواسیون TOPCon مقاومتر در برابر فرابنفش و همچنین بهبود پروتکلهای آزمون شتابیافته UV فراهم میکند.»
نتایج این پژوهش در مجله Solar Energy Materials and Solar Cells منتشر شده است.
