Um grupo de pesquisadores da Universidade de Oxford, no Reino Unido e na China, especialista em pasta de metalização Changzhou Fusion Novos Materiais, identificou um novo modo de falha nos módulos solares TOPCon fabricados através da chamado otimização de contato aprimorada por laser (LECO).
O processo é realizado após a queima da pasta de metalização e envolve a varredura de um laser por meio de uma célula de silício cristalino enquanto ela está sob polarização reversa. O resultado é que os elétrons portadores livres são forçados entre o contato do metal e o silício, criando uma nova estrutura na borda do contato e da superfície da camada emissora de boro – um contato disparado por corrente (CFC). Em virtude da nova estrutura de CFC, as células TOPCon que passam pelo processo LECO não demonstram resistividade de contato após o ciclo térmico.
“Esse processo induz uma alta densidade de corrente localizada na interface de contato, promovendo a interdifusão entre os materiais de prata e silício, o que reduz a resistência de contato e melhora a eficiência celular”, explicaram os cientistas, lembrando que os ganhos de eficiência podem chegar a até 0,6%. “O LECO é especialmente eficaz em células TOPCon, onde ajuda a obter baixa resistividade de contato, mantendo uma boa passivação de interface no lado p, aumentando assim a tensão de circuito aberto e o fator de preenchimento simultaneamente.”
A equipe de pesquisa investigou, em particular, uma degradação na resistência em série que afeta as células TOPCon após o tratamento de temperatura e viés. Ele também explicou que seu trabalho se baseou em pesquisas científicas anteriores que demonstram que a aplicação de uma corrente durante o processo térmico pode aumentar a resistência em série “em uma ordem de magnitude”.
Os acadêmicos conduziram o monitoramento in situ I-V durante um processo de recozimento de 400 °C de células solares TOPCon convencionais e tratadas com LECO e aplicaram ciclos de polarização independentes em uma ordem direta-reversa-direta-reversa. Além disso, eles usaram eletroluminescência (EL) e fotoluminescência (PL) para avaliar a distribuição espacial da resistência em série e a qualidade da passivação celular.
Durante o primeiro ciclo de viés direto, os cientistas observaram um crescimento constante na resistência em série, enquanto no viés reverso encontraram uma ligeira diminuição na resistência em série.
“Essa degradação se alinha com os achados relatados anteriormente na literatura, que atribuíram o aumento da resistência à passivação da interface prata / n + -polissilício”, especificaram. “Ao analisar as células LECO-TOPCon, a condição de viés direto leva a uma diminuição da resistência em série, o que é o oposto do que foi observado nas células TOPCon convencionais. O mais surpreendente é que o viés reverso em LECO-TOPCon degrada severamente a resistência em série, aumentando-a em mais de duas ordens de magnitude durante 30 min.”
Os pesquisadores alertaram que, se não for abordada, a degradação da resistência em série observada pode afetar o desempenho e a viabilidade econômica das células tratadas com LECO. “Mais investigações são necessárias para entender a natureza microscópica desse problema de confiabilidade e explorar possíveis estratégias de mitigação para aumentar a estabilidade em condições operacionais”, concluíram.
Suas descobertas são apresentadas no estudo “A Failure Mode Affecting the Reliability of LECO-Treated High-Efficiency TOPCon Solar Cells“, publicado na RRL Solar.
No ano passado, cientistas da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW) da Austrália e do fabricante de módulos fotovoltaicos sino-canadense Canadian Solar demonstraram a degradação de células solares industriais TOPCon submetidas a condições de teste acelerado de 85 °C e 85% de umidade relativa sob o chamado teste de calor úmido (DH85). O principal mecanismo de degradação nesta pesquisa foi um aumento significativo na resistência em série.
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