Degradação de temperatura e dinâmica de LeTID

Resposta rápida: As células de contato traseiro interdigitado movem ambos os contatos de polaridade para a parte traseira, e o comportamento térmico dessa arquitetura difere de uma célula de contato frontal. Esta análise abrange a degradação térmica e a degradação induzida por luz e temperatura elevada, ou LeTID, em células IBC em condições de 25 °C até 85 °C, com tensões de circuito aberto relatadas em torno de 0,743 V e 0,69 V para as estruturas comparadas. A degradação desse tipo é parcialmente recuperável, o que a torna fácil de interpretar mal: uma célula que se recupera após a remoção do estresse ainda pode ter perdido desempenho permanentemente, e um teste que registra apenas o número final não consegue separar os dois casos. A temperatura de medição importa tanto quanto a temperatura de estresse, porque tanto a degradação quanto a recuperação são termicamente ativadas.

Fabricação de Módulos Fotovoltaicos · por Jerry, Ooitech

Introdução do Produto

As células solares de contato traseiro interdigitado (IBC) movem ambos os contatos metálicos de polaridade para a parte traseira. A frente não carrega sombreamento de grade, então as vantagens ópticas da texturização e do revestimento antirreflexo se manifestam plenamente. Combinadas com boa passivação e processo de contato, as células IBC de tipo n podem atingir tensão de circuito aberto e densidade de corrente muito elevadas.

O trade-off é uma sensibilidade estrutural embutida no design. Os portadores minoritários fotogerados precisam viajar lateralmente através da base antes que o emissor interdigitado traseiro possa coletá-los. O desempenho do dispositivo depende fortemente do tempo de vida do volume e da qualidade da passivação traseira. Uma vez que a recombinação na interface traseira ou a fuga de contato seja termicamente ativada, a densidade de corrente de saturação no escuro J0 sobe desproporcionalmente, e o Voc sofre o impacto.

Esse é exatamente o ponto de entrada deste trabalho. Em uma célula IBC de tipo n, três conjuntos de evidências são colocados no mesmo ambiente térmico para que se encaixem: medições de J-V sob iluminação de 25 a 85°C, um experimento de estresse de LeTID conduzido sob um sol a 45 a 85°C por até 960 minutos, e análise de I-V no escuro na mesma faixa de temperatura.

Design Experimental

Esquema da seção transversal da célula IBC de tipo n: emissor p+ interdigitado traseiro e contatos BSF n+, texturização frontal e ARC.

A célula de teste tem uma área de 258,3 cm², espessura de lâmina de 151 ± 6 μm, um período interdigitado traseiro de cerca de 480 μm, e larguras de dedos do emissor e do BSF de aproximadamente 250 μm e 90 μm. As medições sob iluminação foram realizadas em AM1.5G, 100 mW/cm². Em cada ponto de temperatura, após estabilização térmica, cinco varreduras foram平均izadas. O estresse de LeTID foi medido diretamente na temperatura de estresse, sem resfriamento no meio do teste, e registrado em intervalos exponenciais de 1, 2, 4, 8 minutos e assim por diante. Cada parâmetro foi normalizado ao seu valor inicial, o que separa a dinâmica de degradação intrínseca do efeito instantâneo do coeficiente de temperatura.

Sensibilidade Térmica em Regime Estacionário

Evolução térmica normalizada de quatro parâmetros em relação aos seus próprios valores a 25°C.

A 25°C a célula apresenta Jsc em torno de 38,6 mA/cm², Voc em torno de 0,743 V, FF em torno de 79%, e eficiência em torno de 22,7%. Aquecendo a 85°C, o Jsc sobe apenas cerca de 3% (+0,0203 mA·cm⁻²·K⁻¹, aproximadamente +0,05%/K). O Voc cai linearmente a −1,4 mV/K (cerca de −0,2%/°C). A eficiência cai cerca de 9%, e o FF mal se move.

O pequeno aumento de corrente vem do estreitamento do bandgap. Sob a relação de Varshni, a borda de absorção se desloca para comprimentos de onda mais longos, então a fotogeração recebe um leve impulso. A rápida queda de tensão vem do crescimento exponencial de J0(T), governado pela concentração intrínseca de portadores e pela atividade de recombinação. O Voc escala com ln(Jsc/J0), então um aumento moderado em J0 é suficiente para causar uma perda mensurável.

Esse coeficiente de temperatura situa-se na faixa de −1,3 a −1,6 mV/K comum a dispositivos de silício cristalino de alta qualidade. Ele marca uma célula limitada por recombinação, e não por resistência ou transporte. Após a normalização, a classificação é igualmente clara: a 85°C o Voc cai cerca de 15%, a eficiência cerca de 9%, o FF permanece dentro de ±1%, e o Jsc na verdade ganha cerca de 3%.

Dinâmica do LeTID

Dinâmica de degradação do LeTID.

A medição em regime estacionário responde apenas "quão quente". O experimento de estresse de LeTID preenche "como muda ao longo do tempo". A 85°C, o Voc cai rapidamente nos primeiros 10 a 30 minutos, depois se aproxima lentamente de uma quase-saturação. Em temperaturas mais baixas, a queda é muito mais suave. Após 960 minutos, o Voc cai para cerca de 0,69 V, o Jsc permanece dentro de ±2% durante todo o tempo, o FF oscila ligeiramente, e nenhuma regeneração aparece dentro da janela experimental. Como as medições foram feitas na temperatura de estresse após estabilização térmica, a queda inicial de tensão deve ser atribuída à rápida ativação de estados de defeito, e não ao equilíbrio térmico transitório. O Jsc estável indica que a fotogeração e a extração em curto-circuito não foram afetadas, então a perda dominante não é limitada pela geração. Os autores também observam uma limitação: não há experimento de controle de recozimento no escuro, então a contribuição de um efeito puramente térmico não pode ser totalmente descartada.

Verificação no Estado Escuro

Comportamento elétrico no escuro e canais de fuga: (a) curvas J-V no escuro, (b) resistência diferencial, (c) resistência shunt e série extraídas, (d) análise de Arrhenius da condutância shunt dando Ea ≈ 1,10 eV.

A I-V no escuro aborda o mesmo problema de fora do regime iluminado. A corrente direta sobe acentuadamente com a temperatura. A inclinação de baixa polarização mostra a resistência shunt caindo claramente, enquanto a região de alta corrente muda pouco. Assim, a evolução da resistência impulsionada pela temperatura é dominada pela ativação de fuga, não pela degradação da resistência série. O fator de idealidade mantém-se em 1,05 a 1,25, significando que a recombinação por difusão domina, com uma possível contribuição SRH em alta temperatura.

Uma análise de Arrhenius da condutância shunt fornece um bom ajuste linear de ln(1/Rsh) contra 1/T (R² = 0,97), com uma energia de ativação de 1,10 ± 0,08 eV. Isso é comparável ao bandgap do silício (cerca de 1,12 eV) e cai dentro da faixa relatada de LeTID de 0,8 a 1,2 eV. Uma energia de ativação na escala do bandgap é frequentemente associada à condução assistida por defeitos de nível profundo, mas uma contribuição da concentração intrínseca de portadores não pode ser excluída. Assim, apoia o comportamento de fuga termicamente ativado sem determinar uma espécie de defeito específica.

Arcabouço Unificado e Extrapolação de Campo

Três linhas de evidência convergem para um único arcabouço fenomenológico: J0(t, T) = J0,intr(T) + A·Ndef(t, T). Sobre a corrente de saturação intrínseca repousa uma contribuição de defeito termicamente ativada que evolui com o tempo e a temperatura. Isso então se converte em perda de tensão através de Voc = (nkT/q)·ln(Jsc/(J0 + 1)). O aumento da recombinação e a ativação de fuga correm em paralelo dentro da mesma expressão. O coeficiente de temperatura em regime estacionário, a dinâmica do LeTID e a evolução da fuga no escuro ficam assim interligados. O arcabouço não identifica uma identidade específica de defeito.

Extrapolando para operação ao ar livre: sob alta irradiância, as temperaturas das células dos módulos frequentemente ficam entre 50 e 65°C. Usando −1,4 mV/K, 60°C em relação a 25°C significa cerca de 49 mV de perda de tensão, e o LeTID acelerado por temperatura adiciona perda dependente do tempo além disso. As conclusões aplicam-se apenas à célula medida. Para back-contact TOPCon e HJT de contato traseiro, são apenas uma referência qualitativa: a magnitude da degradação, a energia de ativação e a dinâmica de regeneração dependem do esquema de contato passivante de cada um, da qualidade da interface, da distribuição de hidrogênio e da estabilidade térmica, e merecem estudo comparativo dedicado. Para dispositivos de contato traseiro de alta eficiência em climas quentes, a robustez de tensão e o rendimento energético de longo prazo dependem, em última análise, da estabilidade da passivação traseira e do gerenciamento de defeitos.

Visão da Ooitech

O que nos chama a atenção aqui é quanto desses 49 mV de perda ao ar livre reside no lado traseiro, onde a passivação e a qualidade do contato definem ou comprometem o Voc de longo prazo. Na linha de módulos a história é a mesma: como você corta, interliga e lamina uma célula IBC decide se essa estabilidade traseira sobrevive até o campo. Tendo construído linhas turnkey para layouts IBC e HPBC, vemos a robustez ao LeTID como um problema de processo e materiais tanto quanto um problema de célula. Vale a pena seguir nosso canal no YouTube www.youtube.com/ooitech se você quiser ver como os módulos de contato traseiro realmente são construídos.