abstrato

Para a aplicação de células solares, a estabilidade da qualidade da passivação da interface para as condições no campo é crucial. realizamos um experimento para testar a resiliência de diferentes esquemas de passivação baseados em óxido de alumínio para iluminação a 75 ° c. diferentes tratamentos térmicos para ativar a passivação e / ou simular a ativação de contato foram realizados antes da imersão da luz. o experimento foi realizado em silício de zona flutuante de 1 Ωcm de doping de tipo p e n. o estudo demonstra que uma boa qualidade de passivação pode ser alcançada tanto pela deposição de camada atômica quanto por pecvd e que a adição de camadas de tampão de nitreto de silício aumenta grandemente a estabilidade térmica. Nas bolachas de tipo p, observou-se uma degradação severa, mas temporária, da qualidade elétrica da massa da bolacha durante as primeiras horas após a aplicação de tais camadas de cobertura. Além desse efeito, observou-se estabilidade temporal razoável da vida efetiva para amostras de tipo p, enquanto as amostras de n-tipo apresentaram excelente estabilidade a longo prazo.

Palavras-chave: silo de zona flutuante, passivação de óxido de alumínio, estabilidade, imersão leve

1. Introdução

As melhorias recentes da eficiência de conceitos de células solares industrialmente viáveis ​​foram conduzidas por

melhorias da qualidade em massa do material e redução das perdas de recombinação nas superfícies. isso foi suportado

pelo surgimento de esquemas de passivação baseados em óxido de alumínio para aplicação industrial devido ao seu bom

propriedades de passivação. A boa qualidade de passivação das camadas de óxido de alumínio está bem estabelecida na literatura e

demonstrada por uma multiplicidade de estudos, e. [1] e referências nele contidas. estudos sobre a estabilidade de

Os esquemas de passivação geralmente se concentram em um sistema e / ou um fator de estresse, como armazenamento escuro, iluminação ou umidade

condições de teste de calor [2-4]. para generalizar os resultados anteriores, realizamos um estudo comparando múltiplos

esquemas diferentes em uma combinação de fatores de estresse que ocorre após a operação do módulo fotovoltaico: iluminação em

temperatura elevada.

nomenclatura

Al2o3 camadas de óxido de alumínio estequiométricas depositadas por p-ald

Camadas de óxido de alumínio removidas por pecvd

fz float-zone

degradação induzida por luz leve e alta temperatura

deposição de camada atômica ativada por plasma p-ald

deposição de vapor químico plasmada de pecvd

imagem de fotoluminescência pli

rtp processamento térmico rápido

Velocidade de recombinação de superfície srv

2. Experimento

2.1. preparação de amostras, todas as experiências foram realizadas em bolachas de silício de zona de flutuação de quatro polegadas (fz). Após a limpeza química húmida, foi realizado um tratamento de oxidação a 1050 ° c para estabilizar a qualidade da massa da bolacha, conforme sugerido por grant et al. [5]. a camada resultante de óxido de silício foi posteriormente gravada. para demonstrar se o tratamento térmico afetou o experimento, um grupo de amostra de referência não foi submetido a ele. as camadas de óxido de alumínio investigadas de 20 ou 30 nm de espessura foram depositadas em ambos os lados da bolacha, quer por deposição de camada atômica ativada por plasma (p-ald) a 230 ° C, quer por deposição de vapor químico plasmática (pecvd) a 300 ° c. a aplicação comum de camadas de óxido de alumínio no ambiente industrial são camadas finas tampadas por camadas dielétricas adicionais. Essas camadas geralmente fornecem funções adicionais, como melhorias óticas ou estruturação simplificada. As camadas de nitride de silício de silício depositado pecvd também mostraram ser benéficas para a estabilidade de camadas de passivação de óxido de alumínio para tratamentos térmicos, e. [6, 7]. portanto, para uma parte dos grupos de amostra, 100 nm de a-sinx (índice de refração 2) foram depositados sobre as camadas de óxido de alumínio. Após a deposição, as camadas de passivação foram ativadas por uma variedade de tratamentos térmicos que se assemelham a tratamentos potenciais no processamento de células solares. as amostras foram recozidas para formar gás a 425 ° c, no ar ambiente em uma placa quente a 450 ° c ou em atmosfera de nitrogênio em um forno de processamento térmico rápido (rtp) a 650 a 900 ° c. A incerteza quanto à temperatura real da amostra para o último processo é estimada em uma faixa de tset ± 15 k de medidas de termopares.

uma ampla gama de esquema de passivação e combinações de processos térmicos foi investigada no estudo. uma visão geral das variações investigadas é dada na fig. 1.

2.2. as condições de teste e as medições de caracterização da força de vida efetiva da carga de minoria τeff em amostras de vida simétricas fornecem uma medida para a recombinação no volume da bolacha e nas interfaces para a passivação da superfície. um instrumento de sintonia wct-120 testador de vida foi usado para medir τeff em uma região de 4 cm de diâmetro ao redor do meio do

amostra. as vidas foram avaliadas em densidade fixa de carga de carga minoritária de 5 × 1015 cm-3 para ambos os tipos de doping.

A atividade de recombinação na bolacha e as mudanças na qualidade da passivação superficial podem ser facilmente resolvidas neste

O nível de injeção e a medição no centro da bolacha minimizam a influência dos danos de manuseio.

A estabilidade dos esquemas de passivação estudados para iluminação a temperatura elevada foi realizada por 1 sol

iluminação equivalente da lâmpada halógena a 75 ° c. As medidas de vida foram realizadas ex situ, ou seja, as amostras foram

removido do estágio de amostra controlado pela temperatura.

temperaturas na faixa de 75 ° c podem ocorrer na operação do módulo no campo sob iluminação intensa. tal

As condições, obviamente, não se aplicam continuamente. no entanto, esperamos que estas condições acelerem e intensifiquem

possíveis efeitos de degradação, enquanto - com sorte - não se desencadeiam efeitos que não ocorriam na aplicação real. isto

deve notar-se que a iluminação da lâmpada halógena utilizada apresentou uma menor parcela de comprimentos de onda UV do que a energia solar

espectro. Por outro lado, esta parte do espectro é muitas vezes absorvida no módulo convencional de vidro e células solares

materiais de encapsulamento.

3. Resultados

3.1. qualidade de passivação

uma visão geral dos melhores valores de τeff medidos dos grupos de amostras introduzidos na fig. 1 são mostrados na fig. 2. o

medido τeff nas amostras demonstra que os diferentes esquemas de passivação e processos térmicos resultam em

qualidade de passivação diferente. observamos que ambas as técnicas de deposição de óxido de alumínio podem fornecer excelente

passivação quando uma camada de cobertura a-sinx é depositada no topo. as amostras investigadas dos grupos 1 e 2 apresentam τeff

valores próximos da parametrização do limite intrínseco por Richter et al. [8]. algumas amostras de tipo n ainda excedem

parametrização, indicando um excelente desempenho de passivação. algumas das amostras de tipo p são ligeiramente

afetado pela contaminação por ferro introduzida durante o processamento químico úmido, o que provoca uma pequena diminuição no

tempo de vida. Além dos efeitos induzidos pelo ferro, observa-se uma melhora no τeff em algumas amostras após a iluminação

a 75 ° c, indicando uma melhoria dos parâmetros da interface ao longo do tempo. amostras que não sofreram

O passo de oxidação de 1050 ° c (grupo 3) apresenta menor τeff do que as amostras com a mesma passivação superficial após a

pré-tratamento térmico. as amostras que não apresentam uma camada de cobertura a-sinx (grupo 4) resultam em menor tempo de vida

nível, demonstrando a utilidade de tais camadas.

3.2. ativação de defeitos em massa em silício de tipo p fz.

observamos que várias amostras de tipo p dos grupos 1 a 3 (ou seja, com uma camada de cobertura) mostram uma degradação

seguido de uma recuperação de τeff após a iluminação a 75 ° c nas primeiras horas. um efeito semelhante foi observado por

Sperber et al. [9] e exemplos são mostrados na fig. 3. Dependendo da temperatura de disparo, observamos o tempo

a degradação é grave. As amostras disparadas em altas temperaturas exibem baixas vidas de injeção tão baixas como 30 μs no

mínimo de curva, enquanto as amostras disparadas a temperaturas moderadas mostram apenas uma pequena degradação. um padrão característico

é visto em imagens de fotoluminescência e um tratamento de re-passivação de temperatura ambiente demonstra conclusivamente

o efeito deve ser causado por defeitos ativos de recombinação na massa da bolacha. uma investigação minuciosa e discussão de

O efeito pode ser encontrado na referência.

3.3. Estabilidade de longa duração

as evoluções temporais de τeff medidas em amostras dos grupos 1 e 2 são mostradas na fig. 3. o n-tipo

As amostras apresentam uma excelente estabilidade durante todo o experimento. a progressão das amostras do tipo p é

dominado pelos defeitos em massa discutidos na seção 3.2 (e ref. [10]) nas primeiras dez a vinte horas. depois,

as vidas são estáveis ​​em um alto nível durante 1000 horas, seguido de uma pequena degradação. as amostras passivadas por

As camadas de óxido de alumínio nua (grupo 4) mostraram uma degradação ligeira mas constante do τeff medido (não mostrado).

no entanto, a imagem gráfica revelou que a degradação se originou de danos de superfície relacionados à manipulação de amostras da

camadas finas. devido ao menor nível de vida útil geral, não podemos excluir o efeito observado em amostras tampadas de tipo p

para ocorrer em camadas de óxido de alumínio nua ainda. as progressões medidas de todos os grupos de amostras e um detalhado

a discussão pode ser encontrada na ref.

4. Conclusão

nós realizamos um experimento com uma variedade de esquemas de passivação baseados em óxido de alumínio depositados em bolachas de silício Fz de 1 Ωcm p e n-tipo. eles foram submetidos a diferentes tratamentos de ativação térmica para estudar a qualidade da passivação resultante e sua estabilidade à iluminação a temperatura elevada. as vidas efetivadas medidas demonstram que as camadas de óxido de alumínio podem fornecer uma boa qualidade de passivação. as vidas medidas em algumas amostras de tipo n, mesmo superam sistematicamente a parametrização atual da recombinação intrínseca dada por richter et al. [8]. Isso indica excelente qualidade de passivação e sugere que a parametrização seja muito conservadora.

Os testes de estabilidade foram realizados por iluminação da lâmpada halógena com uma intensidade equivalente a um sol a 75 ° c por vários milhares de horas. Foi observada excelente estabilidade de amostras de tipo n passivadas por óxido de alumínio e protegidas por uma camada de cobertura a-sinx. As amostras de tipo P processadas apresentaram uma degradação significativa, mas temporária, da vida útil em massa e uma ligeira degradação para durações de iluminação superiores a 1000 horas. as condições experimentais (isto é, principalmente a alta temperatura constante) resultam em uma aceleração significativa de efeitos quando comparada à aplicação no campo. portanto, os resultados simulam a aplicação no campo de vários anos e, portanto, a degradação observada não é muito prejudicial para a operação do módulo. no entanto, o efeito deve ser mantido em mente para a interpretação de estudos realizados sob tais condições, e. estudos de letid ou a estabilidade do estado de defeito estabilizado.

A estabilidade a longo prazo dos esquemas de passivação investigados é discutida em detalhes na ref. [11]. A degradação está relacionada à formação de defeitos na massa da bolacha e é o principal assunto da ref.

reconhecimentos

Este trabalho foi apoiado pelo ministério federal alemão de assuntos econômicos e energia bmwi e pelos parceiros da indústria dentro do cluster de pesquisa solarlife sob o número de contrato. 0325763a. os autores são responsáveis ​​pelo conteúdo.

fonte: sciencedirect

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