n형 후면 접촉 태양전지의 온도 열화 및 LeTID 동역학

제품 소개

인터디지테이티드 후면 접촉(IBC) 태양전지는 두 극성의 금속 접촉을 모두 후면으로 이동시킵니다. 전면에는 그리드라인 차광이 없으므로 텍스처링과 반사 방지 코팅의 광학적 이점이 완전히 발휘됩니다. 우수한 패시베이션 및 접촉 공정과 결합하면 n형 IBC는 매우 높은 개방 전압과 전류 밀도에 도달할 수 있습니다.

트레이드오프는 설계에 내재된 구조적 민감성입니다. 광생성 소수 캐리어는 후면 인터디지테이티드 이미터가 수집하기 전에 베이스를 가로질러 측면으로 이동해야 합니다. 소자 성능은 벌크 수명과 후면 패시베이션 품질에 크게 의존합니다. 후면 계면 재결합이나 접촉 누설이 열적으로 활성화되면 암전류 포화 밀도 J0가 비정상적으로 증가하고 Voc가 타격을 받습니다.

이것이 바로 이 연구의 진입점입니다. n형 IBC 셀에서 세 가지 증거 세트가 동일한 열 환경에 배치되어 서로 결합됩니다: 25~85°C에서의 조명 J-V 측정, 45~85°C에서 1 sun 하에 최대 960분 동안 실행된 LeTID 스트레스 실험, 그리고 동일한 온도 범위에서의 암전류 I-V 분석입니다.

실험 설계

n형 IBC 셀의 단면 개략도: 후면 인터디지테이티드 p+ 이미터 및 n+ BSF 접촉, 전면 텍스처링 및 ARC.

테스트 셀의 면적은 258.3 cm², 웨이퍼 두께는 151 ± 6 μm, 후면 인터디지테이티드 주기는 약 480 μm, 이미터 및 BSF 핑거 폭은 각각 약 250 μm 및 90 μm입니다. 조명 측정은 AM1.5G, 100 mW/cm²에서 수행되었습니다. 각 온도 지점에서 열 안정화 후 5회 스캔을 평균했습니다. LeTID 스트레스는 중간에 냉각 없이 스트레스 온도에서 직접 측정되었으며, 1, 2, 4, 8분 등의 지수 간격으로 기록되었습니다. 각 매개변수는 초기 값으로 정규화되어 고유한 열화 동역학을 순간 온도 계수 효과와 분리합니다.

정상 상태 열 민감도

네 가지 매개변수의 정규화된 열적 진화를 각각의 25°C 값에 상대적으로 나타냄.

25°C에서 셀은 Jsc 약 38.6 mA/cm², Voc 약 0.743 V, FF 약 79%, 효율 약 22.7%를 보인다. 85°C로 가열하면 Jsc는 약 3%만 상승한다(+0.0203 mA·cm⁻²·K⁻¹, 대략 +0.05%/K). Voc는 −1.4 mV/K(약 −0.2%/°C)로 선형적으로 감소한다. 효율은 약 9% 감소하고, FF는 거의 변하지 않는다.

작은 전류 증가는 밴드갭 좁아짐에서 비롯된다. Varshni 관계에 따라 흡수 가장자리가 더 긴 파장으로 이동하여 광생성이 약간 증가한다. 빠른 전압 감쇠는 J0(T)의 지수적 성장에서 비롯되며, 이는 고유 캐리어 농도와 재결합 활동에 의해 결정된다. Voc는 ln(Jsc/J0)에 비례하므로 J0의 적당한 증가만으로도 측정 가능한 손실이 발생한다.

이 온도 계수는 고품질 결정질 실리콘 소자에서 흔한 −1.3 ~ −1.6 mV/K 범위에 있다. 이는 저항 또는 수송 제한이 아닌 재결합 제한 셀을 나타낸다. 정규화 후 순위는 명확하다: 85°C에서 Voc는 약 15% 감소, 효율은 약 9% 감소, FF는 ±1% 이내로 유지, Jsc는 실제로 약 3% 증가한다.

LeTID 동역학

LeTID 열화 동역학.

정상 상태 측정은 "얼마나 뜨거운지"만 답한다. LeTID 스트레스 실험은 "시간에 따라 어떻게 변하는지"를 채운다. 85°C에서 Voc는 처음 10~30분 동안 빠르게 감소한 후, 서서히 준포화 상태에 접근한다. 더 낮은 온도에서는 감쇠가 훨씬 완만하다. 960분 후 Voc는 약 0.69 V로 떨어지고, Jsc는 전체 과정에서 ±2% 이내로 유지되며, FF는 약간 변동하고, 실험 창 내에서 재생은 나타나지 않는다. 열적 안정화 후 스트레스 온도에서 측정이 이루어졌으므로 초기 전압 강하는 일시적인 열 평형이 아닌 빠른 결함 상태 활성화에 기인해야 한다. 안정적인 Jsc는 광생성과 단락 추출이 영향을 받지 않았음을 의미하므로, 지배적인 손실은 생성 제한이 아니다. 저자들은 또한 한계를 언급한다: 암흑 어닐링 대조 실험이 없으므로 순수 열 효과의 기여를 완전히 배제할 수 없다.

암흑 상태 검증

암흑 전기 거동 및 누설 채널: (a) 암흑 J-V 곡선, (b) 미분 저항, (c) 추출된 션트 및 직렬 저항, (d) 션트 컨덕턴스의 Arrhenius 분석으로 Ea ≈ 1.10 eV.

암전류 I-V 특성은 조명 영역 밖에서 동일한 문제에 접근합니다. 순방향 전류는 온도에 따라 현저히 증가합니다. 낮은 바이어스 영역의 기울기는 션트 저항이 명확히 감소함을 보여주는 반면, 높은 전류 영역은 거의 변화하지 않습니다. 따라서 온도에 따른 저항 변화는 직렬 저항 열화가 아닌 누설 활성화에 의해 지배됩니다. 이상 계수는 1.05에서 1.25 사이를 유지하며, 이는 확산 재결합이 지배적이고 고온에서 SRH 기여 가능성이 있음을 의미합니다.

션트 컨덕턴스에 대한 Arrhenius 분석은 ln(1/Rsh) 대 1/T의 좋은 선형 적합(R² = 0.97)을 제공하며, 활성화 에너지는 1.10 ± 0.08 eV입니다. 이는 실리콘 밴드갭(약 1.12 eV)과 비슷하며 보고된 LeTID 범위인 0.8~1.2 eV에 해당합니다. 밴드갭 규모의 활성화 에너지는 종종 깊은 준위 결함 보조 전도와 관련이 있지만, 고유 캐리어 농도 기여를 배제할 수 없습니다. 따라서 특정 결함 종을 규명하지 않고 열적으로 활성화된 누설 거동을 지지합니다.

통합 프레임워크 및 현장 외삽

세 가지 증거 계열이 하나의 현상학적 프레임워크로 수렴됩니다: J0(t, T) = J0,intr(T) + A·Ndef(t, T). 고유 포화 전류 위에 시간과 온도에 따라 진화하는 열적으로 활성화된 결함 기여가 더해집니다. 이는 Voc = (nkT/q)·ln(Jsc/(J0 + 1))을 통해 전압 손실로 변환됩니다. 재결합 향상과 누설 활성화는 동일한 표현식 내에서 병렬로 진행됩니다. 따라서 정상 상태 온도 계수, LeTID 동역학, 암전류 누설 진화가 서로 연결됩니다. 이 프레임워크는 특정 결함의 정체를 규명하지 않습니다.

옥외 운전으로 외삽하면: 높은 일사량에서 모듈 셀 온도는 종종 50~65°C입니다. −1.4 mV/K를 사용하면 25°C 대비 60°C는 약 49 mV의 전압 손실을 의미하며, 온도 가속 LeTID는 그 위에 시간 의존적 손실을 추가합니다. 결론은 측정된 셀에만 적용됩니다. 후면 접촉 TOPCon 및 후면 접촉 HJT의 경우 정성적 참고 자료일 뿐입니다: 열화 크기, 활성화 에너지, 재생 동역학은 각각의 패시베이팅 접촉 방식, 계면 품질, 수소 분포, 열 안정성에 따라 달라지며, 전용 비교 연구가 필요합니다. 따뜻한 기후의 고효율 후면 접촉 소자의 경우, 전압 견고성과 장기 에너지 수율은 궁극적으로 후면 패시베이션 안정성과 결함 관리에 달려 있습니다.

Ooitech의 견해

여기서 주목할 점은 49mV의 옥외 손실 중 상당 부분이 후면에서 발생한다는 것입니다. 후면의 패시베이션과 접촉 품질이 장기적인 Voc를 좌우합니다. 모듈 라인에서도 마찬가지입니다. IBC 셀을 어떻게 절단하고, 스트링하고, 라미네이팅하는지에 따라 그 후면 안정성이 현장에서 유지되는지가 결정됩니다. IBC 및 HPBC 레이아웃용 턴키 라인을 구축해 온 우리는 LeTID 내구성을 셀 문제만큼이나 공정 및 재료 문제로 봅니다. 백컨택트 모듈이 실제로 어떻게 제조되는지 보고 싶다면 YouTube 채널을 팔로우할 가치가 있습니다. www.youtube.com/ooitech 백컨택트 모듈이 실제로 어떻게 제조되는지 확인하려면 말이죠.