توسط : 
لانگی سلولهای خورشیدی تماس پشتی با بازده ۲۷.۲۵ درصد با استفاده از ویفرهای سیلیکونی با مقاومت ویژه بالا ساخته است.
ویفرهای سیلیکونی با مقاومت ویژه بالا از نظر تئوریک ظرفیت دستیابی به راندمانهای بالاتر را دارند، اما حساسیت زیاد آنها به بازترکیب لبهای و آسیبهای مکانیکی، استفاده تجاری از این نوع ویفرها را نسبت به نمونههای استاندارد مقاومتر محدود کرده است. حالا پژوهشگران شرکت لانگی نشان دادهاند که استفاده از فناوری غیرفعالسازی لبهای درجا (in-situ edge passivation) میتواند این محدودیت را برطرف کند و بهطور قابلتوجهی ضریب پرشدگی و بازده سلولهای خورشیدی بککانتکت را افزایش دهد.
صنعت فتوولتائیک تاکنون نتوانسته بهطور گسترده از ویفرهای با مقاومت ویژه بالا و آلایش سبک در تولید تجاری سلولهای خورشیدی استفاده کند، با وجود آنکه این ویفرها دارای مراکز بازترکیب کمتر بوده و عملکرد الکتریکی بهتری ارائه میدهند. دلیل اصلی این موضوع شکنندگی بیشتر این نوع ویفرها و حساسیت بالای آنها به ترکخوردگی در مراحل جابهجایی، برش یا مونتاژ ماژول است.
در مقابل، ویفرهای سیلیکونی استاندارد تولیدشده به روش چکرالسکی با مقاومت ویژه متوسط تا پایین، از استحکام مکانیکی بیشتری برخوردار بوده و فرایندپذیری سادهتری دارند. همچنین این ویفرها در برابر تنشهای حرارتی و مکانیکی مقاومت بیشتری نشان میدهند و به همین دلیل، با وجود پتانسیل راندمان اندکی پایینتر، سهم غالب تولید انبوه صنعت فتوولتائیک را به خود اختصاص دادهاند.
در همین راستا، شرکت چینی لانگی پیشنهاد دادهاند که استفاده از روش غیرفعالسازی لبهای میتواند مقاومت مکانیکی ویفرهای با مقاومت ویژه بالا را افزایش دهد و در عین حال، سطح بالای راندمان و ضریب پرشدگی آنها را حفظ کند.
«هائو لین»، نویسنده اصلی این پژوهش گفت: «پتانسیل بالا بهتنهایی کافی نیست. در آزمایشهای اولیه، ویفرهای با مقاومت ویژه بالا اغلب عملکردی ضعیفتر از ویفرهای استاندارد داشتند و مطالعه حاضر دلیل این موضوع را روشن میکند. ما دریافتیم که این ویفرها در نقطه بیشینه توان (MPP) در چگالیهای بالاتر حاملهای اضافی کار میکنند و بهدلیل گرادیانهای غلظتی کمتر، توان جمعآوری حاملها در آنها کاهش مییابد. این ویژگی ذاتی باعث میشود حساسیت آنها به بازترکیب لبهای بسیار بیشتر شود؛ بهگونهای که بدون پسیواسیون مؤثر، لبهها مانند یک مسیر تخلیه عمل کرده و مزایای نظری را از بین میبرند.»
او افزود: «تنها با ترکیب ویفرهای با مقاومت ویژه بالا با فناوری پسیواسیون لبهای درجا که توسعه دادهایم میتوان این حساسیت را کنترل کرد و به عملکرد واقعی آنها دست یافت. یافته کلیدی ما این است که این ویفرها بسیار سریعتر از نمونههای با مقاومت پایین وارد رژیم تزریق بالا میشوند؛ ویژگی فیزیکی خاصی که پتانسیل ذاتی آنها برای دستیابی به ضریب پرشدگی بالا را فراهم میکند.»
در این پژوهش، تیم تحقیقاتی سلولهای خورشیدی هیبریدی تماس پشتی HIBC در ابعاد ۹۱×۱۸۲ میلیمتر را با استفاده از ویفرهای با مقاومت ویژه بالا و همچنین ویفرهای سیلیکونی رشدیافته به روش چکرالسکی ساختند. به گفته پژوهشگران، تنها تفاوت در فرایند ساخت این بود که در مرحله رسوبدهی بخار شیمیایی، نیترید سیلیکون روی لبه ویفرهای با مقاومت بالا اعمال نشد. در نتیجه، لایه غیرفعال شده اکسید سیلیکون و پلیسیلیکون (SiOx/n-poly-Si) محافظتنشده در لبهها طی مرحله شستشوی شیمیایی مرطوب حذف شد.
فرایند کامل ساخت این سلولها شامل مراحل شستشوی شیمیایی مرطوب، رسوبدهی بخار شیمیایی (CVD)، دیفیوژن فسفر، رسوبدهی لایه اتمی (ALD)، الگوسازی لیزری، رسوبدهی فیزیکی بخار (PVD)، ایزولاسیون و چاپ اسکرین بود. در این مطالعه، ویفرهای با مقاومت ویژه بالا دارای مقاومت ۸ تا ۱۰ اهمسانتیمتر و ویفرهای با مقاومت پایین دارای مقاومت ۱ تا ۱.۵ اهمسانتیمتر بودند.
پژوهشگران عملکرد هر دو نوع سلول را با استفاده از تجهیزات تست I-V مدل FCT-650 و سامانه متروژی ویفر WCT-120MX ساخت شرکت Sinton Instruments، همچنین میکروسکوپ الکترونی عبوری و نرمافزارهای شبیهسازی مورد ارزیابی قرار دادند. نتایج تحلیلها نشان داد که با اعمال پسیواسیون مؤثر لبهای، عملکرد هر دو نوع سلول با مقاومت پایین و بالا بهبود قابلتوجهی پیدا میکند، هرچند میزان این بهبود در دو گروه متفاوت بود.
در سلولهای با مقاومت پایین، بهکارگیری فناوری پسیواسیون لبهای باعث افزایش مطلق ۰.۴۸ درصدی در شبهضریب پرشدگی و رشد مطلق ۰.۳۴ درصدی در بازده شد. این دستاوردها نشان میدهد که کاهش بازترکیب لبهای حتی در ویفرهای با مقاومت متوسط نیز میتواند عملکرد کلی دستگاه را بهطور محسوسی ارتقا دهد.
این تأثیر در سلولهای مبتنی بر ویفرهای با مقاومت ویژه بالا حتی چشمگیرتر بود. در این گروه، استفاده از پسیواسیون لبهای موجب بهبود مطلق ۱.۰۴ درصدی در شبهضریب پرشدگی و افزایش مطلق ۰.۶۴ درصدی در بازده شد؛ رقمی که تقریباً دو برابر افزایش بازده ثبتشده در سلولهای با مقاومت پایین است. در نتیجه، سلولهای با مقاومت بالا نهتنها توانستند پتانسیل ذاتی عملکرد خود را بازیابی کنند، بلکه در نهایت از نمونههای با مقاومت پایین نیز پیشی گرفتند و به برتری مطلق ۰.۳۴ درصدی در شبهضریب پرشدگی دست یافتند.
به گفته پژوهشگران، این نتایج نشاندهنده همافزایی قوی میان ویفرهای با مقاومت بالا و فناوری مؤثر پسیواسیون لبهای است.
جزئیات این دستاورد در مجله Solar Energy Materials and Solar Cells منتشر شده است. این یافتهها میتواند بهعنوان یک راهنمای کلیدی برای صنعت فتوولتائیک عمل کند. به گفته لین، حساسیت بسیار بالای ویفرهای با مقاومت بالا تنها به لبه ویفر محدود نمیشود و شامل خراشهای ایجادشده در فرایند تولید و نیز افت تدریجی کیفیت پسیواسیون در طول زمان نیز میشود. هرچند این ویفرها سقف بازده بالاتری دارند، اما از نظر عملکردی «شکنندهتر» محسوب میشوند؛ بنابراین بهرهبرداری از پتانسیل کامل آنها در تولید انبوه نیازمند کنترل دقیقتر آسیبهای مکانیکی و تضمین پایداری بلندمدت ماژولها است.
