n型バックコンタクト太陽電池における温度劣化とLeTIDダイナミクス

製品紹介

インター��ジテーテッドバックコンタクト（IBC）太陽電池は、両極性の金属コンタクトを裏面に移動させます。前面にはグリッドラインによる遮光がないため、テクスチャリングと反射防止コーティングの光学利点が完全に発揮されます。良好なパッシベーションとコンタクトプロセスと組み合わせることで、n型IBCは非常に高い開放電圧と電流密度を達成できます。

トレードオフは、設計に組み込まれた構造的感度です。光生成された少数キャリアは、裏面のインター��ジテーテッドエミッタが収集する前に、ベースを横方向に移動する必要があります。デバイス性能は、バルク寿命と裏面パッシベーション品質に大きく依存します。裏面界面再結合やコンタクトリークが熱的に活性化されると、暗飽和電流密度J0が不釣り合いに上昇し、Vocが影響を受けます。

これがまさにこの研究の入り口です。n型IBCセルにおいて、3つの証拠セットが同じ熱環境に置かれ、互いに結びつきます：25〜85°Cでの照明J-V測定、45〜85°Cで最大960分間の1サン下でのLeTIDストレス実験、および同じ温度範囲での暗I-V解析。

実験設計

n型IBCセルの断面模式図：裏面のインター��ジテーテッドp+エミッタとn+ BSFコンタクト、前面のテクスチャリングとARC。

テストセルの面積は258.3 cm²、ウェーハ厚さは151 ± 6 μm、裏面のインター��ジテーテッド周期は約480 μm、エミッタとBSFフィンガー幅はそれぞれ約250 μmと90 μmです。照明測定はAM1.5G、100 mW/cm²で実施しました。各温度ポイントで、熱安定化後、5回のスキャンを平均しました。LeTIDストレスは、途中で冷却することなくストレス温度で直接測定し、1、2、4、8分などの指数間隔で記録しました。各パラメータは初期値に正規化され、固有の劣化ダイナミクスと瞬間的な温度係数効果を分離します。

定常状態の熱感度

4つのパラメータの25°C値に対する正規化された熱的進化。

25°Cでは、セルはJsc約38.6 mA/cm²、Voc約0.743 V、FF約79%、効率約22.7%を示します。85°Cに加熱すると、Jscは約3%しか上昇しません（+0.0203 mA·cm⁻²·K⁻¹、およそ+0.05%/K）。Vocは−1.4 mV/K（約−0.2%/°C）で直線的に低下します。効率は約9%低下し、FFはほとんど変動しません。

小さな電流増加はバンドギャップの狭小化によるものです。Varshni関係に基づき、吸収端は長波長側にシフトするため、光生成がわずかに増加します。急速な電圧低下は、J0(T)の指数関数的成長によるもので、これは真性キャリア濃度と再結合活性に支配されます。Vocはln(Jsc/J0)に比例するため、J0の適度な増加で測定可能な損失が生じます。

この温度係数は、高品質の結晶シリコン素子に一般的な−1.3〜−1.6 mV/Kの範囲にあります。これは、抵抗または輸送律速ではなく、再結合律速のセルを示しています。正規化後もランキングは明確です：85°CではVocは約15%低下、効率は約9%低下、FFは±1%以内に留まり、Jscは実際には約3%増加します。

LeTIDダイナミクス

LeTID劣化ダイナミクス。

定常状態測定は「どれだけ熱いか」にのみ答えます。LeTIDストレス実験は「時間とともにどう変化するか」を補完します。85°Cでは、Vocは最初の10〜30分で急速に低下し、その後ゆっくりと準飽和に近づきます。低温では減衰ははるかに穏やかです。960分後、Vocは約0.69 Vまで低下し、Jscは全体を通して±2%以内に留まり、FFはわずかに変動し、実験ウィンドウ内では再生は見られません。測定は熱安定化後のストレス温度で行われたため、初期の電圧低下は過渡的な熱平衡ではなく、急速な欠陥状態の活性化に起因するはずです。Jscが安定していることは、光生成と短絡抽出が影響を受けていないことを示しており、支配的な損失は生成律速ではありません。著者らはまた、制限事項として、暗アニール対照実験がないため、純粋な熱効果の寄与を完全に排除できないことを指摘しています。

暗状態検証

暗電気特性と漏れチャネル：（a）暗J-V曲線、（b）微分抵抗、（c）抽出されたシャント抵抗と直列抵抗、（d）シャントコンダクタンスのアレニウス解析でEa ≈ 1.10 eV。

暗状態のI-V特性は、照射領域の外側から同じ問題にアプローチします。順方向電流は温度とともに顕著に増加します。低バイアス領域の傾きはシャント抵抗が明確に低下することを示し、高電流領域ではほとんど変化しません。したがって、温度駆動の抵抗変化は、直列抵抗の劣化ではなく、漏れ電流の活性化によって支配されます。理想係数は1.05から1.25で維持され、拡散再結合が支配的であり、高温ではSRH寄与の可能性があります。

シャントコンダクタンスのアレニウス解析では、ln(1/Rsh)対1/Tの良好な線形フィット（R² = 0.97）が得られ、活性化エネルギーは1.10 ± 0.08 eVです。これはシリコンのバンドギャップ（約1.12 eV）に匹敵し、報告されているLeTID範囲（0.8〜1.2 eV）内に収まります。バンドギャップ規模の活性化エネルギーは、しばしば深準位欠陥支援伝導に関連付けられますが、真性キャリア濃度の寄与を除外することはできません。したがって、特定の欠陥種を特定することなく、熱活性化された漏れ挙動を支持します。

統合フレームワークとフィールド外挿

3つの証拠が1つの現象論的フレームワークに収束します：J0(t, T) = J0,intr(T) + A·Ndef(t, T)。真性飽和電流の上に、時間と温度とともに変化する熱活性化欠陥寄与が重なります。これはVoc = (nkT/q)·ln(Jsc/(J0 + 1))を通じて電圧損失に変換されます。再結合増強と漏れ活性化は同じ式内で並行して進行します。これにより、定常状態の温度係数、LeTIDダイナミクス、暗状態の漏れ進化が結び付けられます。このフレームワークは特定の欠陥の正体を特定するものではありません。

屋外運用への外挿：高日射下では、モジュールのセル温度はしばしば50〜65°Cになります。−1.4 mV/Kを使用すると、25°Cに対する60°Cは約49 mVの電圧損失を意味し、温度加速LeTIDがその上に時間依存の損失を追加します。結論は測定されたセルにのみ適用されます。バックコンタクトTOPConおよびバックコンタクトHJTについては、定性的な参照に過ぎません：劣化の大きさ、活性化エネルギー、再生ダイナミクスは、それぞれのパッシベーションコンタクト方式、界面品質、水素分布、熱安定性に依存し、専用の比較研究に値します。温暖な気候での高効率バックコンタクトデバイスにとって、電圧ロバスト性と長期エネルギー収量は、最終的には裏面パッシベーションの安定性と欠陥管理に依存します。

Ooitechの見解

ここで注目すべきは、その49 mVの屋外損失の多くが裏面側に存在し、そこでのパッシベーションとコンタクト品質が長期Vocを左右するということです。モジュールラインでも同じことが言えます。IBCセルをどのように切断し、ストリングし、ラミネートするかによって、その裏面の安定性がフィールドで維持されるかどうかが決まります。IBCおよびHPBCレイアウトのターンキーラインを構築してきた私たちは、LeTID耐性をセルの問題と同様にプロセスおよび材料の問題と見なしています。バックコンタクトモジュールが実際にどのように製造されるかを見たい場合は、YouTubeチャンネルでのフォローアップの価値があります www.youtube.com/ooitech 。