양면 부동태화 이미터 및 후면 셀(PERC)은 현재 PV 시장에서 가장 높은 점유율을 차지하고 있습니다. 그러나 이종접합(HJT) 및 터널 산화물 패시베이션 접촉(TOPCon) 태양전지는 곧 상당한 시장 점유율을 확보할 것으로 예상됩니다. 기술 발전에도 불구하고 현장에 배치될 때 이종접합 및 TOPCon 기술의 신뢰성에 대한 우려는 여전히 해결되어야 합니다. 이 연구에서는 양면 이종접합, PERC 및 TOPCon 태양전지의 습열 유발 열화에 대한 염화나트륨(NaCl)의 영향을 습열(DH) 테스트 전에 태양전지를 NaCl에 노출시켜 조사했습니다. 연구에 따르면 연구된 모든 태양전지 기술 중에서 TOPCon 태양전지는 20시간 DH 테스트 후에 가장 성능이 저하되었으며, 최대 전력(Pmax) 손실은 최대 75% rel이고, 이종접합(Pmax는 ~50% 감소)이 뒤따랐습니다. rel) 및 PERC 태양전지(Pmax는 ~10% rel만 감소함)는 주로 TOPCon 태양전지 전면, 이종접합 전지 측면 및 PERC 태양전지 후면의 Rrs 증가에 기인합니다. PERC 전면과 TOPCon 태양전지 후면은 안정적인 것으로 확인됐다. Rs의 상승은 금속 접촉부 부식에 기인하며, 이는 금속을 접촉시키는 수많은 Na+ 및 Cl 이온으로 인해 발생합니다. 이러한 부식으로 인해 다공성이 증가하고 실리콘 인터페이스에서 접점이 분리되며 경우에 따라 복합재 손실이 증가합니다. 이러한 결과는 현장에서 발생할 수 있는 잠재적인 오류를 강조하므로 모든 태양전지 기술에 매우 중요합니다. Na+ 및/또는 Cl 이온은 태양광 유리, 사람의 지문, 플럭스, 빗물, 토양/먼지 및 바닷물에 존재하는 일반적인 오염 물질입니다. 현장 작동 중에 이러한 이온은 태양전지에 침투하여 직접 상호 작용할 가능성이 있습니다. 우리가 선호하는 해결책은 태양전지가 부식에 강하다는 것입니다.

태양광(PV) 시스템에서 전기를 생산하는 비용을 줄이려면 PV 모듈의 수명(즉, 최대 20%의 상대적 성능 감소)이 최소 25년, 이상적으로는 50년이어야 합니다. 안정성은 더욱 중요합니다[1]. PERC(양면 패시베이션 이미터 및 후면 셀), HJT(이종접합) 및 TOPCon(터널 산화물 패시베이션 접촉) 태양전지는 높은 효율성과 제조 가능성 [2]. 첨단 기술에도 불구하고 이종접합 및 TOPCon과 같은 일부 태양전지 기술은 여전히 높은 습도에서 상당한 전력 손실을 일으킬 수 있는 신뢰성 문제에 직면해 있습니다. 이는 에틸아세테이트(EVA)와 같은 저가형 재료를 사용하여 포장할 때 특히 그렇습니다[3-6]. 이러한 문제를 방지하기 위해 양면 이종접합 및 TOPCon 태양전지는 일반적으로 전면과 후면에 유리판뿐만 아니라 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 또는 열가소성 폴리올레핀(TPO)을 사용하여 캡슐화됩니다. 어떤 경우에는 가장자리 밀봉재도 사용되어 보다 안정적인 모듈을 생성합니다[3,4,6-8]. 그러나 이러한 모듈은 파손 위험이 높고 무게가 증가하며 제조 비용이 더 높습니다[9,10]. 이상적으로는 EVA 캡슐화를 갖춘 유리 뒷면 모듈이 선호되는데, 그 이유는 습기 및 기타 오염 물질로 인한 고장에 효과적이라면 상대적으로 저렴하기 때문입니다. 따라서 이종접합 및 TOPCon 태양전지 기술에서 습도로 인한 열화를 해결하기 위해서는 광범위한 연구가 필요합니다.

현장 및/또는 실내 습도 테스트에서 성능 저하를 일으키는 가장 일반적인 성능 중 하나는 금속 접촉 부식으로, 이는 시간이 지남에 따라 직렬 저항(Rs)을 증가시킵니다[11-16]. 이로 인해 성능이 저하됩니다. 이러한 부식의 근본 원인은 수분, 다양한 오염물질, 태양전지의 금속 접촉부 사이에서 발생하는 전기화학적 반응으로 생각됩니다. 오염 물질에는 EVA의 아세트산 가수분해가 포함될 수 있습니다[11,13,17-20]. 또한 잔류 플럭스는 주로 수분 및 금속 접촉과 화학적으로 반응하는 유기산 및/또는 할로겐화물 물질의 존재로 인해 접촉 부식에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났으며 이로 인해 직렬 Rs가 증가합니다. –23]. 이러한 할로겐화물 물질에는 염소(Cl), 브롬(Br), 불소(F)가 포함됩니다[24-27].

또한 나트륨(Na)은 고압 작동 중 침출 또는 습한 열 조건에서 고온 및 습도에 노출되어 태양광 유리 방출의 일반적인 오염 물질이기도 합니다[28,29]. Lausch 등, Khan 등, Sporleder 등의 연구. Na+ 이온이 태양 전지에 침투하면 양면 PERC 태양 전지의 전면에 션트 문제가 발생하고 후면에 부식이 발생할 수 있음을 강조합니다[30-32]. 이는 결국 모듈 성능 저하로 이어집니다. 또한 PV 모듈은 비, 흙, 먼지뿐만 아니라 해수(부유형 태양광의 경우)와 같은 다른 오염물질과도 접촉합니다.염화나트륨(NaCl)의 양 [33-41]. 이는 대기 오염을 발생시키는 산업 현장 근처 지역의 경우 특히 그렇습니다. 육지나 바다에 배치할 때 Na+ 및 Cl 이온은 습기뿐만 아니라 가장자리 및/또는 백시트 및/또는 전면 유리를 통해 태양광 모듈에 들어갈 수 있습니다. 또한, 인간의 지문에는 다량의 Na+ 및 Cl 이온이 포함되어 있어 부적절한 취급으로 인해 생산 중 태양전지를 오염시킬 수 있습니다[42-44]. 우리의 최근 연구에 따르면 핑거프린팅으로 인해 4000시간의 습열(DH) 테스트(유형 1 오류 모드) 후에 이종접합 모듈의 전력 손실이 최대 ~40% rel까지 발생할 수 있는 것으로 나타났습니다[5]. 또한, 다른 연구 그룹에서는 실내에서 DH로 테스트했거나 20년 동안 실외에 설치한 태양광 모듈의 결함 구역에 Na+ 및 Cl 이온이 존재함을 밝혔습니다[11,12,45]. 이러한 발견은 Na+ 및 Cl 이온이 처리 또는 캡슐화 단계(예: 태양광 유리, 플럭스 또는 인간 지문을 통해) 또는 실외 환경(예: 비, 토양, 또는 먼지). 이러한 이온(Na+ 및 Cl)은 태양전지의 고장을 일으키는 역할을 할 수 있습니다. 전자 분야의 여러 연구에서는 특히 습도가 높은 환경에서 전자 부품 부식에 대한 NaCl의 막대한 영향을 강조했습니다[25,46-48]. 이러한 부식은 성능을 저하시킬 가능성이 있습니다. 태양 전지의 경우, 여러 그룹에서 수행한 연구에 따르면 NaHCO3를 함유한 수용액은 DH 테스트 후 이종 접합 태양 전지의 인듐 도핑 주석 산화물(ITO) 층의 심각한 열화를 일으킬 수 있음이 나타났습니다[49-52]. 따라서 이러한 성능 저하로 인해 VOC(개방 회로 전압) 및 FF(충진율)가 크게 손실되어 궁극적으로 전력이 크게 감소하게 됩니다. 그러나 NaCl의 중요성과 태양전지에 미치는 영향을 이해하기 위한 연구는 제한적으로 수행되었습니다. 따라서 실리콘 태양전지의 습열 고장에서 Na+ 및 Cl 이온의 역할, 특히 금속 접촉 부식에 대한 기여에 대한 포괄적인 연구가 필수적입니다. 필드 모듈(캡슐화 장치)에서 관찰된 모든 오류 모드가 실험실의 비캡슐화 셀에서 복제될 수 있기 때문에 태양전지(비캡슐형 셀) 수준의 신뢰성 테스트는 더 효율적이고 비용 효과적입니다. . 따라서 본 연구의 목적은 습도가 높은 조건에 노출된 PERC, 이종접합 및 TOPCon 태양전지에서 NaCl의 영향을 철저하게 조사하는 것입니다.

이 작업에서는 업계의 양면 n형 실리콘 HJT, TOPCon 및 p형 PERC 태양전지를 사용했습니다. HJT 및 PERC 태양전지는 이 작업에 사용되는 산업적으로 공급되는 양면 n형 실리콘 HJT, TOPCon 및 p형 PERC 태양전지입니다. HJT와 PERC 태양전지는 모두 CSI Solar에서 생산됩니다. TOPCon 태양전지는 다양한 제조업체에서 생산됩니다. 2022년 모든 태양전지가 생산됩니다. HJT 태양전지는 양면에 본질적으로 수소화된 비정질 실리콘(i-a-Si:H) 보호층이 있고 인 도핑(n-a-Si:H)과 붕소 도핑(p-a-Si: H) 전면 및 후면의 수소화된 비정질 실리콘 패시베이션 층. 양쪽에 ITO 레이어가 있고 스크린 인쇄된 H 모양의 은색 그리드가 있습니다. PERC 태양전지는 전면에 인 도핑 이미터(n+ 이미터), 실리콘 수소화물(SiNx:H) 패시베이션 층 및 스크린 인쇄된 H형 은 그리드를 갖추고 있습니다. 뒷면에는 알루미나(Al2O3)/SiNx:H 보호층 적층 및 스크린 인쇄된 H 패턴 알루미늄/은 그리드가 있습니다. TOPCon 태양전지는 붕소 도핑 이미터(p+ 이미터), 이산화규소(SiO2)/Al2O3/SiNx:H 적층, 전면 스크린 인쇄 H 패턴 실버 그리드를 특징으로 합니다. SiO2/인 도핑 폴리실리콘(n+poly-Si)/SiNx:H 적층 및 뒷면에 스크린 인쇄된 H 패턴 은 그리드. 그림 1(a-c) HJT, PERC 및 TOPCon 태양전지 다이어그램에 개략적으로 표시되어 있습니다. 그런 다음, 0.9% 중량%의 의료용 염화나트륨 용액을 태양전지 위에 뿌립니다. 전면("NaCl 전면"이라고 함), 후면("NaCl 후면"이라고 함) 또는 양면("NaCl 측면"이라고 함)에 적용합니다. 적용 후 모든 태양 전지를 실온의 주변 공기에 15-20분 동안 방치하여 NaCl 용액이 건조되도록 합니다. NaCl에 노출되지 않은 대조군으로 각 그룹에 하나의 태양 전지가 남아 있습니다. NaCl이 습도로 인한 고장에 미치는 영향을 연구하기 위해 모든 태양전지는 85°C 및 85% 상대습도(RH)에서 최대 20시간 동안 DH에 대해 테스트되었습니다. 그림 1(d)는 이 작업의 상세한 실험 흐름도를 보여줍니다.

PVMeasurements의 LOANA 도구를 사용하면 표준 테스트 조건에서 초기 상태 이후와 DH 테스트 중 증분 단계 이후 모든 샘플에 대해 전류-전압(I-V) 측정이 수행됩니다. DH 테스트 전후에 BTi(LIS-R3) 발광 이미징 시스템을 사용하여 직렬 저항(Rs) 이미지를 캡처합니다. TLM(전송선로법) 측정에 LOANA를 사용하여 변화가 영향에 의한 것인지 분석합니다.블록 저항 또는 접촉 저항. 레이저 및/또는 플라즈마 집속 이온빔(PFIB)을 사용하여 일부 태양전지의 핑거 전극을 절단합니다. 그런 다음 DH 테스트 후 금속 접촉 구성(은, 알루미늄, 프릿/바인더 수지)의 변화를 이해하기 위해 주사 전자 현미경(SEM) 이미징 및 에너지 분산 X선 분광법(EDS) 매핑 분석을 사용했습니다. 이는 ThermoFisher G4 Plasma FIB UXe 이중 빔 시스템과 전계 방출 NanoSEM 450 시스템을 사용하여 달성됩니다.

그림 2는 DH 테스트 후 대조 태양전지와 NaCl 노출 태양전지의 I-V 매개변수의 전면, 후면 및 양면의 변화를 보여줍니다. 그림 3은 모든 태양전지에 대한 4시간 DH 테스트 전후의 Rs 이미지를 보여줍니다. DH 테스트 후 대조 태양전지에서는 I-V 매개변수 또는 Rs 이미지에 큰 변화가 관찰되지 않았습니다. 이는 85°C 온도에서 85% 상대 습도에 노출된다고 해서 테스트된 태양전지의 성능이 저절로 저하되지는 않는다는 것을 의미합니다. 그러나 태양전지 기술에 따라 DH 테스트 이전에 NaCl에 노출된 태양전지에서는 다양한 손실이 발생합니다. TOPCon 태양전지는 최대 전력(Pmax) 손실이 약 75% rel(양쪽 모두 NaCl에 노출된 태양전지)로 손실이 가장 심각합니다. 이러한 손실은 주로 전면에서 발생하는 오류로 인해 발생하며, 그 정도는 덜하지만 후면에서도 발생합니다. NaCl에 정면만 노출된 세포의 경우 Rs의 심각한 증가(~4000% REL)가 관찰되어 Pmax 손실이 ~75% REL로 나타났습니다. 전면, 후면 또는 측면에서 NaCl에 노출된 TOPCon 태양전지에서는 약 1.5~2% rel의 VOC 감소가 관찰되었습니다. NaCl에 양면에만 노출된 TOPCon 셀의 단락 전류(JSC)가 크게 떨어지는 것은 Rs의 큰 증가로 인해 캐리어 수집을 방해할 수 있습니다. 이종접합 태양전지는 전면 및 후면 결함으로 인해 염화나트륨 노출에 의해 심각한 영향을 받습니다. NaCl에 전면만 노출된 태양전지의 경우 I-V 매개변수와 Rs 이미지에서 Rs의 심각한 증가가 관찰되었으며 그 결과 약 35% rel의 Pmax 손실이 발생했습니다. 태양전지 뒷면만 NaCl에 노출되면 Rs(300% rel)는 증가하고 VOC 및 JSC는 약 1~2% rel 감소하여 Pmax 손실이 약 20% rel이 됩니다.

그림 1. 본 연구에 사용된 (a) HJT 태양전지, (b) PERC 태양전지, (C) TOPCon 태양전지의 개략도와 (d) 실험 흐름도.

그림 2. DH 노출 시간에 따른 TOPCon 태양전지, HJT 및 PERC 태양광 발전의 상대적 one-SunL-V 매개변수(PmaxRsVoc 및 Jsc)

20시간의 DH 테스트 후, PERC 태양전지는 약 10% rel의 Pmax 손실(양쪽 모두 NaCl에 노출)로 최소한의 성능 저하를 나타냈습니다. Pmax의 감소는 주로 Rs(~260%rel)(VOC의 ~0.8% rel 감소, JSC의 ~2.5% rel 감소)의 증가와 재결합으로 인한 것입니다.

그림 3: TOPCon(왼쪽 위), PERC(위) 및 T(아래) 태양전지는 각각 D 테스트 전과 D 테스트 4시간 후 Rs 이미지에서 촬영되었으며 A와 컨트롤은 Na에 폭력적이지 않았습니다. , NaI 및 NaCI 테스트 전에 DH 테스트 전에 전면 및 후면 NaC1이 각각 전면 및 후면 NaC1에 노출되었습니다.

20시간의 DH 테스트 후 PERC 셀은 약 10% rel의 Pmax 손실로 최소한의 분해를 나타냈습니다(양쪽 모두 NaCl에 노출). Pmax의 감소는 주로 Rs(~260%rel)(VOC의 ~0.8% rel 감소, JSC의 ~2.5% rel 감소)의 증가와 재결합으로 인한 것입니다.

그림 4는 NaCl에 사전 노출 여부에 관계없이 DH 테스트를 거친 HTJ, PERC 및 TOPCon 태양전지의 접촉 저항률(ρc) 변화를 보여줍니다. 접수된 태양전지의 결과도 참고자료로 제공된다. HJT, TOPCon 및 PERC에 대한 대조 태양전지(전면 또는 후면)의 ρc는 20시간 DH 테스트 후에 약간의 변화를 보였습니다. 그 값은 DH 테스트를 거치지 않은 태양전지와 비슷합니다. 유사하게, DH 테스트 전에 NaCl에 노출된 TOPCon 태양전지의 뒷면과 PERC 태양전지의 앞면은 20시간 테스트 후에도 안정적인 ρc 값을 나타냈으며 이는 대조 태양전지에서 관찰된 결과와 유사합니다. 그러나 이종접합 태양전지의 양면과 전면에 NaCl 처리를 한 ρc를 갖는 TOPCon 태양전지는 유의한 증가를 보였다. 20시간의 DH 테스트 후, 전면 또는 후면에서 NaCl에 노출된 이종접합 태양전지의 ρc는 대략 10배 증가했습니다. 마찬가지로, 동일한 DH 테스트 기간 후에 NaCl 전면에 노출된 TOPCon 태양전지의 ρc는 2배 이상 증가한 것으로 나타났습니다. 모든 태양전지의 블록 저항이 크게 변하지 않았다는 점은 주목할 가치가 있습니다(데이터는 표시되지 않음). 또한 PERC 태양전지 뒷면의 ρc는 접촉이 완전히 손상되어 20시간 동안 DH 테스트를 수행한 후에는 측정할 수 없다는 점에 유의해야 합니다. 이 특정 문제는 후속 섹션에서 더 자세히 논의됩니다. 이러한 결과는 의 변화와 일치합니다.그림 1, 2, 2, 3에서 볼 수 있듯이 I-V 및 Rs 이미징 결과에서 관찰된 Rs. 이는 염화나트륨이 태양전지의 금속 접촉에 상당히 부정적인 영향을 미친다는 것을 의미합니다.

그림 4. DH는 20시간 후에 PERC, TOPCon 및 HTJ 태양전지의 접촉 저항을 테스트했습니다. F_F는 새로운 태양전지의 전면 접촉면을 나타내고, F_R은 처리되지 않은 태양전지의 후면 접촉면을 나타내고, C_F는 제어 태양전지의 전면 접촉면을 나타내고, C_R은 제어 태양전지의 후면 접촉면을 나타내고, Na_α _F는 DH 테스트 전면에서 NaCl에 노출된 태양전지의 전면 접촉면을 나타내고, Na_ α _R은 DH 테스트 전면에서 NaCl에 노출된 태양전지의 후면 접촉면을 나타낸다. PERC 태양전지의 후면 접촉 저항은 20시간의 DH 테스트 후에는 측정할 수 없다는 점에 주목할 가치가 있습니다.

삼 . 2. 근본 원인 분석

철저한 분석 결과, NaCl을 사용한 DH 테스트에 사전 노출된 후 태양전지 성능이 저하되는 주요 원인은 ρc의 증가로 인해 RS가 증가한 것으로 확인되었습니다. 이는 금속 접촉이 영향을 받았음을 나타냅니다. 따라서 모든 태양전지의 금속 접촉 변화를 자세히 연구합니다. 그림 5는 HTJ, PERC 및 TOPCon 태양전지용 금속 접점의 SEM 단면 및 평면도 이미지를 보여줍니다. DH 테스트 전 NaCl에 노출된 후 TOPCon 태양전지의 후면 핑거 전극(d)과 PERC 태양전지의 전면 핑거 전극(f) 사이에는 대조군 셀(c, e)과 비교하여 유의미한 차이가 관찰되지 않았습니다. DH 테스트 전에 NaCl에 노출된 후 각 그룹. 이러한 결과는 그림 2와 3에 표시된 I-V, Rs 이미지 및 TLM 결과와 잘 일치합니다. 그림 2-4에서 볼 수 있듯이 TOP Con과 PERC 태양광의 제어 태양전지 사이에는 Rs와 ρc 사이에 큰 차이가 없습니다. 세포의 뒷면과 앞면이 각각 NaCl에 노출되었습니다. 이러한 결과는 염화나트륨이 TOPCon 태양전지의 후면 접촉과 PERC 태양전지의 전면 접촉에 심각한 열화를 일으키지 않는다는 것을 입증합니다. 그러나 조립식 DH로 테스트한 후 TOPCon의 전면 접점(b), PERC의 후면 접점(h), HJT 태양전지의 전면 및 후면 접점(j, l)이 심각한 손상을 입었습니다. NaCl에 노출. 구체적으로, NaCl에 사전 노출된 TOPCon(b)의 전면 접점과 HJT 유닛(j, l)의 전면 및 후면은 Si 기판 인터페이스에서 박리됩니다. 또한, PERC 셀의 후면 접점(h)은 NaCl 사전 노출 DH 테스트 후 20시간 후에 심하게 부식되었으며, 이는 논의된 대로 TLM 측정을 수행할 수 없는 이유를 설명합니다.

그림 5. (ad) T0PCo(단면) (e) PERC(단면) (g) PERC(보기) (T-cross) 금속 연결 SEM 이미지. 모든 샘플은 20시간 동안 DH에 대해 테스트되었으며 NCI는 전면에 사전 노출되었습니다.

NaCl 전면), 후면(후면 NaCl), NaCI 노출 없음(대조군).

3.2.1. 불안정한 접촉의 상세한 분석 불안정한 접촉의 원인을 이해합니다.

NaCl 용액에서 DH 테스트 후 일부 접촉 불량의 원인을 파악하기 위해 PFIB를 사용하여 불량 접촉 단면을 만들고 SEM 이미지와 EDS 분석을 수행했습니다. 그림 6은 20시간 동안 DH 테스트를 수행한 후 HJT 태양 전지의 정면 접촉에 대한 단면 SEM 및 EDS 매핑 이미지의 결과를 보여줍니다. 두 가지 시나리오를 비교했습니다. 1: NaCl에 미리 노출되지 않은 세포(대조군), DH 테스트 후 안정함(그림 6-a); 2: NaCl의 전면(NaCl의 전면)에 미리 노출된 태양 전지는 DH 테스트 후에 실패합니다(그림 6-b). 그림 6a에 표시된 것처럼 대조군 세포의 정면 접촉에서는 Na+ 또는 Cl 이온이 검출되지 않았습니다. 이 접촉은 밀도가 높고 다공성이 낮으며 작은 Ag 입자와 큰 Ag 입자의 혼합물이 실리콘 기판에 단단히 부착됩니다. 또한, 고농도의 탄소(C)와 산소(O)가 관찰되었다. 반대로 DH 테스트 이전에는 HJT 셀 전면(NaCl 전면)을 NaCl 용액에 노출한 결과 핑거 전극에 다량의 그림 6-b와 같이 내부에 Na와 Cl이 있습니다. 이 접촉은 다공성이 더 크고 O 함량이 낮으며, 특히 Ag 입자 주변의 C 함량이 높습니다. 또한 이 접촉에서는 주로 더 큰 Ag 입자가 관찰됩니다. 이러한 결과는 NaCl이 Ag 및 바인더 수지와 전기화학적 반응을 거쳐 바인더 수지의 분해 및/또는 제거 및 Ag의 부식을 초래할 수 있음을 시사합니다. 접점에서 바인더 수지의 분해/제거는 저온 Ag 슬러리의 응집력을 약화시켜 접점과 핑거 전극 인터페이스가 벗겨짐에 따라 접점에서 바인더 재료 및/또는 더 작은 Ag 입자가 제거될 수 있습니다. Si 기판은 캐리어 수집을 감소시켜 Rs가 증가하고 성능이 크게 저하될 가능성이 높습니다.

TOPCon의 모든 전면 접점이 아니라는 점에 유의하는 것이 중요합니다.태양전지는 NaCl에 미리 노출되었을 때 DH 테스트 후에 층화됩니다. 이는 본 연구에 사용된 불균일한 NaCl 분사 방법과 산업용 태양전지에 대한 스크린 인쇄의 가변성이라는 두 가지 요인에 기인할 수 있습니다. 그림 5(b) 단면 SEM 이미지는 Si 기판에서 접촉이 적층된 가장 극단적인 영역을 보여주는 반면, 그림 7은 적층되지 않은 영역을 선택하고 분석합니다. 그림 5(b)에 표시된 단면 SEM 샘플은 레이저로 인한 전면 손상을 최소화하기 위해 후면에서 레이저 절개를 활용하여 준비되었습니다. 그림 7에 표시된 단면 SEM 이미지는 손가락 접촉을 통해 PFIB를 사용하여 밀링되었습니다. PFIB는 평탄하지 않은 지역(계층화된 지역)에서는 작업이 어렵습니다. 따라서 결과의 신뢰성을 보장하기 위해 비계층적 영역만 분석하기로 결정했습니다. 그림 7은 특히 Si 기판에 대한 금속 접점의 접착을 지원하는 데 중요한 역할을 하는 계면에서 유리 분말의 상당한 감소를 명확하게 보여줍니다. 결과적으로 접점이 기판에서 분리되기 쉽습니다.

그림 8은 PERC 이후 태양전지 접점의 평면도 SEM 및 EDS 이미지를 보여줍니다. 태양 전지는 NaCl 뒷면에 사전 노출 여부에 관계없이 20시간 DH 테스트를 거쳤습니다. DH 테스트 후 제어 PERC 태양전지의 후면 접점은 안정적입니다. 반대로, 후면 NaCl에 노출된 PERC 태양전지는 그림 2, 3, 5-h에서 볼 수 있듯이 DH 테스트 후 상당한 성능 저하를 겪었습니다. PERC 태양전지를 제어하는 후면 접점은 느슨하게 응집력이 있고 다공성이 높은 구조를 나타냅니다. 이 접점은 주로 Al과 특정 양의 Ag, Si, O, 바륨(Ba) 및 아연(Zn)으로 구성됩니다. 이는 Si2O, Ba2O3 및 ZnO가 접촉하는 Al과 Ag를 결합하기 위한 유리 프릿 층으로 사용되었을 수 있음을 시사합니다[62]. 이들 구성요소의 약한 접착력이 발견되어 연결이 너무 강하지 않음을 나타냅니다. Na와 Cl은 대조군에서는 관찰되지 않았다. 반면, NaCl에 노출된 PERC 태양전지의 후면 노출은 DH 테스트 후에 심각하게 변경되었습니다. 이 접촉 표면은 다량의 O, Na 및 Cl을 나타내는 반면 Si, Ba 및 Zn은 거의 검출되지 않습니다. 또한 일부 접촉 영역에서는 Al 및 Ag 농도가 감소한 것으로 나타났습니다. 이러한 발견은 DH 테스트 이전에 NaCl의 영향을 받은 PERC 태양전지의 후면 접점이 상당한 부식을 경험했음을 시사합니다. 이 접촉의 유리 분말층(Si2O, BaO, ZnO)도 NaCl과의 전기화학 반응으로 인해 분해 및/또는 제거될 수 있습니다. PERC 태양 전지 이후에 접촉하게 되는 Si 기판에 알루미늄 및 은 입자의 접착을 촉진하는 효과적인 유리 프릿이 없으면 그림 8-b에 표시된 것처럼 Al 및/또는 Ag가 제거될 수 있습니다. 그 결과, Figure 2의 3.1절 I-V 결과에서 볼 수 있듯이 DH 테스트 이후에 Rs의 큰 증가가 관찰되었다.

이전 논의와 유사하게, 태양 전지가 NaCl에 노출된 후 DH 테스트를 실시할 때 TOPCon 태양 전지의 후면 접점과 PERC 태양 전지의 전면 접점이 안정적으로 유지되는 이유를 더 깊이 이해하기 위해 PFIB를 사용하여 조심스럽게 절단합니다. 교차로에 연락하십시오. SEM 및 EDS 분석이 이어졌습니다. 그림 9와 10은 TOPCon 태양 전지의 후면 접촉 표면과 PERC 태양 전지의 전면 접촉 표면의 단면 SEM 및 EDS 이미지를 보여줍니다. 이 태양전지는 NaCl에 노출되기 전(그림 9-b 및 10-b)과 NaCl에 노출되기 전(그림 9-a 및 10-a)에 20시간 DH 테스트를 거쳤습니다. 그림 2-5(c, d, e, f)에 표시된 것처럼 이러한 태양전지의 R은 20시간 DH 테스트 후에도 변하지 않았습니다. TOPCon 태양전지 제어(그림 9-a)와 PERC 태양전지 제어(그림 10-a)의 금속 접점은 대부분의 은 입자의 밀도와 강한 응집력을 보여줍니다. 이러한 접점은 주로 Pb-Te-O 유리 프릿 층의 존재로 인해 실리콘 기판에 단단히 접착됩니다[60,63]. Na 및 Cl은 이러한 접촉에서 관찰되지 않았습니다.

마찬가지로, DH 테스트 전에 NaCl에 노출된 TOPCon 태양전지의 후면 접점(그림 9-b)과 PERC 태양전지(그림 10-b)도 실리콘 기판에 대한 강한 접착력을 보여주었습니다. 이러한 접착은 유리 프릿 층(Pb-Te-O)의 존재로 인해 촉진되며, 핑거 전극과 실리콘 기판 사이의 경계면에서 심각한 박리는 관찰되지 않습니다. 이러한 접점은 컴팩트하게 유지되며 접점 영역 내 다공성이 크게 증가하지 않습니다. 또한, 유사한 수의 유리 프릿(Pb-Te-O)이 이들 샘플에서 검출되었는데, 이는 TOPCon 태양전지의 후면 접점과 PERC 태양전지의 전면 접점의 유리 프릿 층이 최소한의 영향을 받았음을 시사합니다. 이러한 접촉점, 특히 기공 영역에서는 많은 수의 Cl이 검출되는 반면, 이러한 접촉점에서는 소량의 Na만 발견되거나 Na가 전혀 발견되지 않습니다. Cl이 TOPCon 태양전지의 후면 접점과 PERC 태양전지의 전면 접점에서만 발견되는 이유는 불분명합니다.이 태양전지는 DH 테스트 전에 염화나트륨에 노출되었습니다. 그러나 이러한 접촉 전극은 주로 은과 Pb-Te-O 유리 프릿으로 구성되어 있으며, 소형화 및 강한 응집력이 내구성에 중요한 역할을 했을 가능성이 있습니다. 이러한 특성은 음으로 하전된 Na+ 이온을 끌어당기면서 반발력을 통해 Na+ 이온의 진입을 방해할 수 있습니다. Cl 이온과 같은. 또한 Pb-Te-O 유리 프릿의 상당한 내식성은 접촉 불량을 방지하는 데 중요한 역할을 할 수도 있습니다. 이 특성으로 인해 DH 테스트에서 NaCl과 습기를 견딜 수 있어 내식성이 더욱 향상됩니다.

이 연구의 결과는 Cl 이온(음이온)이 접점에 침투하는 것만으로는 금속 접점의 빠르고 심각한 열화로 이어질 가능성이 없음을 시사합니다. 그러나 TOPCon 태양전지의 양면과 HJT 태양전지의 양면에서 관찰한 바와 같이 Na+와 Cl 이온이 동시에 접촉전극에 침투하는 경우(이전 절의 Figure 6, 7 참조) 공존하면 노출이 크게 악화되어 RS가 증가할 수 있습니다. Na+ 이온(양이온)이 모든 태양전지 기술에서 금속 접점의 심각한 부식을 유발하는 주요 전기화학적 반응 요인인지, 아니면 Na+ 이온이 Na+ 이온과 Cl 이온의 결합의 결과인지는 확실하지 않습니다. 음이온). 현재 각 태양전지 기술의 고장을 일으키는 양이온(Na+)과 음이온(Cl)의 구체적인 역할을 확인하기 위한 연구가 진행 중입니다. 연구 결과는 향후 연구에서 논의될 것이다. 결론적으로, 이 연구에서 제시된 작업은 조사된 프로세스가 셀 수준(캡슐화되지 않은 셀)에서 습한 열 안정성에 대한 가속화된 테스트 역할을 할 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 보여줍니다.

이 연구에서는 HJT, PERC 및 TOPCon이라는 세 가지 양면 실리콘 태양전지 기술의 분해에 염화나트륨이 미치는 영향을 조사했습니다. 우리의 연구에 따르면 TOPCon 태양전지는 NaCl에 노출된 20시간 DH 테스트 후 가장 높은 수준의 성능 저하를 보였으며, Pmax는 약 75% rel 감소했고, HJT(Pmax는 약 50% rel 감소)와 PERC 태양전지가 그 뒤를 이었습니다. Pmax는 약 10% 상대 감소). 모든 셀 열화의 주요 원인은 ρc의 증가로 인해 TOPCon의 정면 Rs 증가, HJT 양쪽의 Rs 증가, PERC 셀의 Rs 증가입니다. 또한, HJT 및 PERC 태양전지의 뒷면과 TOPCon 태양전지의 양면에서 주로 재조합 손실이 증가하는데, 이는 Na+ 이온이 셀 내부로 침투하여 재결합 중심을 형성함으로써 발생하기 때문일 수 있다. VOC 및 JSC 손실. 반면, DH 테스트 결과 TOPCon 태양전지의 후면 전극과 PERC 태양전지의 전면 전극은 안정적인 것으로 확인됐다. 이는 접점 내부를 관통하는 Na+ 이온의 양이 미미한 반면 금속 접점 내부에는 Cl 이온만 발견되기 때문일 수 있습니다. 그러나 TOPCon 전면, HJT 전면 및 후면, PERC 후면 등 접점 불량의 경우 Na+ 및 Cl 이온이 금속 접점에 침투합니다. 이 연구는 Cl 이온이 접점 자체에 들어가는 것이 접점에 대한 빠르고 심각한 손상의 유일한 원인이 아닐 수 있음을 시사합니다. 따라서 20시간 동안 지속된 DH 테스트 동안 Rs는 증가하지 않았습니다. 그러나 Na+와 CL 이온이 동시에 전극에 침투하게 되면 이들의 공존으로 인해 심각한 접촉 불량이 발생하여 궁극적으로 RS가 증가하게 됩니다. 이 과정에서 더 많은 구멍이 있는 접촉 구조가 생성되어 전류 흐름을 방해합니다. 또한, 유리 프릿의 열화는 금속 접점과 실리콘 기판 사이의 계면 접착력을 약화시켜 결국 금속 접점이 실리콘 기판에서 분리되는 원인이 됩니다. 이는 현장에서 심각한 오류가 발생할 수 있음을 나타내기 때문에 모든 태양전지 기술에 대한 우려 사항입니다. Na+ 및/또는 Cl 이온은 태양광 유리, 납땜 플럭스(할로겐화물 함유)와 같은 인간 지문, 비, 토양/먼지, 바닷물과 같은 실외 환경과 같은 다양한 소스에서 자주 발견됩니다.

태양광 모듈이 현장에서 작동할 때 이러한 이온은 세포에 침투하여 직접 접촉하는 능력을 갖습니다. 이러한 효과는 일반적으로 바닷물과 같이 Na+ 및 Cl 이온 수준이 높은 지역에 설치되는 부유형 태양광 발전의 경우 특히 심각합니다. 따라서 유해한 영향을 방지하려면 태양전지나 모듈 수준에서 억제 방법을 사용해야 합니다. 특히, Na+ 이온(양이온) 단독 또는 Cl 이온(음이온)과 공존하는 것이 다양한 태양전지 기술에서 금속 접점의 광범위한 부식을 일으키는 전기화학 반응의 주요 원동력인지 명확하게 밝혀지지 않았습니다. 우리는 각각의 특정 태양전지 기술이 실패하는 원인이 되는 양이온(Na+)과 음이온(Cl)의 다양한 역할을 조사하고 있으며,결과는 향후 연구에 게시될 예정입니다. 이 연구는 또한 모듈 기술의 신뢰성을 종합적으로 평가하기 위해 새로운 신뢰성 테스트를 위해 태양광 모듈의 전위 유발 열화 및 습열 테스트를 결합해야 할 필요성을 강조합니다.