Efisiensi Tinggi Silicon Inverted Pyramid-Based Passivated Emitter dan Sel Belakang
Abstrak
Tekstur permukaan adalah salah satu teknik terpenting untuk meningkatkan kinerja perangkat fotovoltaik (PV). Sebagai tekstur depan yang menarik, piramida terbalik (IP) telah menarik banyak minat penelitian karena efek antirefleksi dan karakteristik strukturalnya yang unggul. Dalam makalah ini, kami menyiapkan struktur IP silikon (Si) seragam tinggi pada wafer silikon monokristalin komersial dengan ukuran standar 156 × 156 mm
2
menggunakan teknik etsa kimia berbantuan logam (MACE) dan alkali anisotropik. Menggabungkan tekstur IP depan dengan pasif permukaan belakang Al2 O3 /SiNx , kami membuat emitor pasif dan sel belakang (PERC) berbasis IP baru. Memanfaatkan keunggulan optik dari IP yang dioptimalkan dan peningkatan kinerja listrik perangkat, kami mencapai efisiensi tinggi 21,4% dari PERC berbasis IP Si, yang sebanding dengan efisiensi rata-rata sel surya PERC komersial. Morfologi yang mengoptimalkan tekstur IP adalah kunci untuk peningkatan arus hubung singkat Isc dari 9,51 A hingga 9,63 A; sementara itu, tumpukan SiO2 /SiNx pasif untuk n
+
. berbasis IP Si emitor dan tumpukan Al2 O3 /SiNx pasif untuk permukaan belakang menjamin tegangan sirkuit terbuka yang tinggi Vok 0,677 V. Pencapaian perangkat PV berkinerja tinggi ini menunjukkan teknik tekstur yang kompetitif dan prospek yang menjanjikan untuk produksi massal PERC berbasis IP Si.
Pengantar
Meningkatkan efisiensi adalah tema abadi industri sel surya, yang terutama berfokus pada dua aspek:kinerja optik dan kinerja listrik. Teknik tekstur depan penting untuk mendorong kinerja optik perangkat. Piramida terbalik (IP) sebagai struktur penangkap cahaya yang menarik telah menarik banyak perhatian karena efek antirefleksi yang unggul dan karakteristik strukturalnya [1,2,3,4,5,6,7]. Untuk lebih spesifik, cahaya panjang gelombang pendek yang masuk dalam silikon (Si) IP mengalami tiga kali lipat atau lebih pantulan sebelum dipantulkan, memiliki satu atau lebih pantulan daripada yang ada di piramida tegak tradisional [7,8,9]. Sementara itu, Si berstruktur piramida terbalik ini akan menghindari kerugian rekombinasi parah yang dihadapi oleh Si hitam berstruktur nano [10,11,12,13,14,15,16] karena karakteristik strukturnya yang besar dan terbuka.
Dengan menggunakan litografi tekstur piramida terbalik pada permukaan depan dan SiO2 pasivasi permukaan belakang, kelompok Green [17] telah berhasil membuat emitor pasif yang efisien 25,0% dan sel surya difusi lokal (PERL) belakang dengan luas 4 cm
2
. Namun, teknik litografi tidak cocok untuk produksi massal karena biayanya yang mahal, kapasitas produksi yang rendah, dan ketidakcocokan. Baru-baru ini, banyak minat penelitian beralih ke piramida terbalik area besar dengan teknik metal-assisted chemical etching (MACE) karena teknik MACE sederhana, berbiaya rendah, area yang luas, dan kompatibel dengan lini produksi saat ini [14, 18,19, 20,21]. Misalnya, Jiang et al. [7] telah melaporkan struktur nano piramida terbalik yang disiapkan oleh proses MACE diikuti oleh perawatan solusi pembangunan kembali struktur nano pasca dan efisiensi konversi sel surya silikon multi-kristal berbasis IP (mc-Si) dalam ukuran besar 156 × 156 mm
2
wafer mencapai hingga 18,62%. Dengan memanfaatkan nanopartikel Cu untuk mengkatalisis etsa kimia Si, Yang et al. [8] telah mencapai 18,87% efisien sel surya Si terstruktur IP dengan area yang luas. Zhang dkk. [9] telah membuat sel surya sc-Si dengan struktur mikro IP dengan tekstur alkali termodulasi yang dikombinasikan dengan metode MACE yang dioptimalkan dan telah mencapai perangkat bertekstur IP berukuran 1-μm yang efisien 20,19% dengan area yang luas. Sejauh ini, kinerja sel surya Si IP dengan area yang luas belum memuaskan karena keseragaman area besar dari morfologi IP, kontrol ukuran fitur IP, dan pasivasi perangkat. Hasilnya, tekstur Si IP yang dioptimalkan di bagian depan bersama dengan pasif di bagian belakang diharapkan dapat meningkatkan kinerja sel lebih jauh.
Dalam makalah ini, kami berhasil membuat efisiensi 21,4% Si IP-based passivated emitter and rear cells (PERC) dengan ukuran wafer surya standar 156 × 156 mm
2
dengan menggabungkan tekstur MACE IP depan yang dioptimalkan dengan tumpukan simultan SiO2 /SiNx pasif untuk n
+
. berbasis IP Si emitor dan tumpukan Al2 O3 /SiNx pasif untuk permukaan belakang. Kunci untuk kinerja tinggi terletak pada keunggulan optik dari tekstur IP dan pengurangan rugi-rugi listrik dengan passivasi simultan dari n
+
berbasis Si IP emitor dan permukaan belakang. Struktur dan teknik perangkat PERC berbasis IP Si baru ini menunjukkan potensi besar dalam produksi massal sel surya berbasis silikon efisiensi tinggi.
Metode
Struktur perangkat PERC berbasis Si IP dirancang sebagai berikut:(i) PERC berbasis Si IP n
+
emitor dipasifkan oleh tumpukan SiO2 /SiNx (PECVD) lapisan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1a. Struktur Si IP memiliki efek antirefleksi panjang gelombang pendek yang baik karena lebih banyak peluang dari tiga pantulan atau lebih; sementara itu, tumpukan SiO2 /SiNx lapisan memberikan reflektansi berkurang lebih lanjut dan efek pasif yang sangat baik untuk IP Si n
+
emitor. (ii) Reflektor belakang terdiri dari tumpukan Al2 O3 (ALD)/SiNx (PECVD) lapisan dan layar-cetak Al seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1a. Lapisan dielektrik stack dirancang untuk mengoptimalkan sifat optik dari panjang gelombang panjang dengan meningkatkan reflektansi belakang bagian dalam sambil mempertahankan efek pasivasi listrik yang baik, yang dikaitkan dengan pasivasi efek medan dari muatan negatif tetap di Al2 O3 lapisan dan pasivasi kimia atom hidrogen dalam SiNx film. Singkatnya, sifat optik dan listrik dalam desain ini secara bersamaan dipertimbangkan untuk memastikan kinerja tinggi PERC berbasis IP Si.
Perancangan dan proses PERC berbasis IP Si. a Diagram tiga dimensi PERC berbasis IP Si. b Alur proses PERC berbasis IP Si
Komersial 180-μm-tebal 156 mm × 156 mm (100) berorientasi silikon kristal (c-Si), boron-doped (1–3 Ω·cm) wafer tipe-p digunakan sebagai substrat. Setelah proses pembersihan standar, dibuat tekstur piramida terbalik pada permukaan wafer Si sebagai berikut:(1) Wafer Si yang telah dibersihkan direndam dalam larutan campuran AgNO3 (0,0001 M)/HF (4 M)/H2 O2 (1 M) selama 300 s, menghasilkan Si berpori. (2) Wafer Si dengan Si berpori digores dalam NH4 OH:H2 O2 :H2 O =1:1:6 (volume) solusi selama 200 s untuk menghilangkan sisa nanopartikel Ag. (3) Wafer dengan Si berpori dimodifikasi dalam HNO3 :H2 O:HF =4:2:1 (volume) larutan untuk menyiapkan lubang nano. (4) Tekstur piramida terbalik dibuat pada permukaan wafer Si dengan etsa anisotropik larutan NaOH 60 °C masing-masing selama 30, 60, dan 90 detik.
POCl3 berdifusi selama 40 menit pada 800 °C dalam tungku tabung kuarsa dan kemudian n
+
emitor terbentuk di bagian depan wafer (M5111-4WL/UM, CETC 48th Research Institute). Resistansi lembar dari Si berbasis IP n
+
emitornya adalah 105-110 Ω·sq
−1
. Emitor selektif dibuat di permukaan depan wafer dengan doping laser (DR-SE-DY70, DR Laser). Setelah permukaan belakang dipoles, SiO2 film pasivasi disiapkan dengan oksidasi termal di bagian depan wafer silikon. Al2 O3 lapisan pasivasi diendapkan pada permukaan belakang wafer oleh ALD (PEALD-156, HUGUANG Scientific Instruments of Beijing) selama 30 menit pada 150 °C. PECVD-SiNx lapisan dibentuk oleh reaksi NH4 /SiH4 (SC-TD-450C). Selanjutnya, lapisan pasivasi tumpukan belakang dari wafer berbasis Si IP diablasi secara lokal dengan panjang gelombang 532 nm dan laser panjang pulsa 10 ps (DR-AL-Y60, DR Laser), untuk membentuk lebar 50 μm dan Bukaan saluran lokal pitch 1 mm. Akhirnya, PERC berbasis IP Si menjalani proses sablon komersial (PV1200, DEK) dan co-firing (CF-Series, Despatch), untuk membentuk kontak Ohmic yang baik dan BSF lokal.
Morfologi dan struktur sampel dikarakterisasi dengan mikroskop elektron pemindaian JEOL JSM-6390LA. Masa hidup pembawa minoritas diukur dengan menggunakan Sinton WCT-120. Spektrum serapan ditentukan dengan FTIR (Tensor 27, BRUKER). Kurva C-V diukur dengan penganalisis impedansi (E4900A, KEYSIGHT). Foto-foto photoluminescence dan electroluminescence diambil dengan sistem analisis pencitraan PL/EL (LIS-R2, BTimaging). Spektrum reflektansi, serta IQE dan EQE, diukur pada platform pengukuran efisiensi kuantum (QEX10, Pengukuran PV). Parameter listrik sel surya diselidiki dengan pengukuran arus-tegangan (I–V) di bawah penerangan AM1.5 (Crown Tech IVTest Station 2000). Efisiensi sel diukur dengan menggunakan Penguji Sel Tunggal BERGER Lichttechnik.
Hasil dan Diskusi
Gambar 2a-e menunjukkan gambar SEM tampilan atas dari langkah-langkah proses yang berbeda untuk tekstur permukaan silikon. Gambar 2a menunjukkan Si berpori 50–80 nm pada permukaan wafer Si yang digores dengan metode MACE dalam larutan campuran AgNO3 /HF/H2 O2 . Selanjutnya, Si berpori dimodifikasi oleh etsa isotropik dalam larutan air campuran yang mengandung HF/HNO3 dan berubah menjadi struktur lubang nano dengan diameter 800 nm seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2b. Akhirnya, piramida terbalik mikron (IP) dengan ukuran yang berbeda (Gbr. 2c-e) diperoleh dengan natrium hidroksida dalam larutan air pada 60 °C selama 30, 60, dan 90 s, masing-masing. Dari Gambar 2c–e, kita dapat melihat bahwa setelah perlakuan alkali, ukuran struktur IP untuk tiga waktu etsa 30, 60, dan 90 s berturut-turut adalah ~ 1, 1.3, dan 1.8 μm, yang berarti peningkatan ukuran IP dengan peningkatan waktu perawatan alkali. Juga, kami melihat bahwa IP cenderung runtuh dan transit menjadi piramida tegak dengan peningkatan waktu etsa. Seperti diketahui, piramida terbalik memiliki kelebihan dalam memerangkap cahaya dibandingkan piramida tegak karena cahaya akan mengalami pemantulan satu atau dua kali lebih banyak pada piramida terbalik dibandingkan dengan piramida tegak. Oleh karena itu, struktur dengan waktu etsa yang lebih pendek cocok untuk tekstur penangkap cahaya perangkat PV karena keuntungan dalam antirefleksi panjang gelombang pendek. Gambar 2f adalah foto yang dibandingkan untuk struktur permukaan yang berbeda sesuai dengan Gambar 2a–e.
Morfologi struktur piramida terbalik Si yang disiapkan (Si IPs-strus). a Citra SEM silikon berpori diperoleh dengan MACE. b Gambar SEM lubang nano dengan modifikasi berikut di HF/HNO3 solusi campuran. c –e Gambar SEM piramida terbalik (penampang melintang inset) dengan etsa dalam larutan NaOH berair pada 60 °C selama 30, 60, dan 90 detik, masing-masing. f Foto yang dibandingkan untuk struktur permukaan yang berbeda sesuai dengan a –e
Sekarang kita beralih ke sifat optik Si IP-strus. Dari reflektansi di seluruh rentang panjang gelombang 300-1100 nm (Gbr. 3a), kami mengamati bahwa Si berpori memiliki refleksi rendah karena kinerja perangkap cahaya yang sangat baik dari struktur nano [22,23,24]. Untuk struktur lubang nano, reflektansi di seluruh rentang panjang gelombang memiliki peningkatan yang jelas, yang dikaitkan dengan penurunan kepadatan dan peningkatan ukuran fitur lubang nano. Setelah perawatan NaOH selama 30 detik, memanfaatkan 3-4 pantulan antara (111) bidang IP, struktur IP menampilkan refleksi yang lebih rendah pada rentang panjang gelombang 300–1100 nm, terutama dalam rentang panjang gelombang pendek 300–500 nm . Dengan bertambahnya waktu alkali etsa, IP menjadi lebih besar dan cenderung menjadi piramida tegak, menghasilkan peningkatan reflektansi. Ketika semua sampel ditutupi dengan tumpukan yang sama SiO2 /SiNx lapisan, reflektansi turun tajam lebih dari 10%, yang dikaitkan dengan reflektansi gabungan dari interferensi optik tumpukan SiO2 /SiNx film tipis dan struktur permukaan. Dalam hal ini, spektrum refleksi sampel dari proses yang berbeda terutama berbeda dalam rentang panjang gelombang 300–600 nm, yang disebabkan oleh perbedaan ukuran fitur IP. Secara khusus, Si IP-strus ditutupi oleh tumpukan SiO2 /SiNx lapisan menampilkan kemampuan antirefleksi panjang gelombang pendek yang lebih baik daripada yang lain, menunjukkan efisiensi kuantum eksternal (EQEs) yang sangat baik dalam rentang panjang gelombang pendek.
Sifat optik dari Si IP-strus yang disiapkan. a Reflektansi terukur dari morfologi permukaan yang berbeda dan b reflektansi rata-rata matahari Rave pada rentang panjang gelombang 300-1100 nm
Selanjutnya, kami menghitung rata-rata reflektifitas matahari Rave (lihat Gambar 3b) pada rentang panjang gelombang 300-1100 nm dan bandingkan reflektifitas Si IP-strus dengan struktur lain yang sesuai dengan proses antara yang berbeda yang ditunjukkan pada Gambar 2a-c. Rave dapat dihitung dengan ekspresi
dimana R (λ ) dan S (λ ) masing-masing menunjukkan reflektansi terukur dan distribusi spektral foton surya AM1.5. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3b, Rave s dari Si, lubang nano, IP, dan IP berpori dengan SiO2 /SiNx pelapisan adalah 8,22, 17,96, 15,18 (grup 1—30s)/17,35% (grup 2—60s)/20,3% (grup 3-90s), dan 3,91% (grup 1—30s)/4,48% (grup 2—60 s)/5,60% (grup 3-90s), masing-masing. Rave s menunjukkan bahwa IP-strus memiliki kemampuan antirefleksi yang lebih baik daripada lubang nano dan menunjukkan tren penurunan dengan peningkatan ukuran fitur. Ketika IP-Strus dilapisi oleh tumpukan SiO2 /SiNx lapisan, terendah Rave adalah 3,91%, menunjukkan struktur perangkap cahaya yang ideal untuk perangkat PV.
Tumpukan SiO2 (~ 2 nm)/SiNx (~ 75 nm) pasivasi untuk n
+
. berbasis IP Si emitor adalah cara yang efektif untuk mencapai kinerja listrik yang baik dari PERC berbasis IP dan efek pasifnya [1] dan mekanismenya telah dipelajari secara sistematis dalam pekerjaan kami sebelumnya [14]. Untuk menunjukkan keunggulan listrik dari tumpukan Al2 O3 /SiNx lapisan pasif di bagian belakang perangkat kami, kami menyelidiki pengaruh kondisi anil dan perendaman cahaya yang berbeda pada masa pakai pembawa minoritas yang efektif (τeff ) sehubungan dengan tingkat injeksi (Δn ), seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4a. Perhatikan bahwa wafer Si yang dipoles memiliki masa pakai pembawa minoritas massal ~ 350 μs, dan tumpukan Al2 O3 /SiNx lapisan diendapkan secara simetris di kedua sisi wafer Si yang dipoles. Ketebalan bagian dalam Al2 O3 dan bagian luar SiNx lapisan diperkirakan sebagai ~ 3 dan ~ 125 nm, masing-masing. Dua kondisi anil dilakukan di atmosfer udara:300 °C dan 800 °C selama 15 menit. Kemudian wafer diterangi pada 25 °C di bawah lampu halogen rentang gelombang penuh dengan intensitas daya 50 mW cm
−2
untuk 100 s. Seperti dapat dilihat dari Gambar 4a, 48 τeff (300 °C) dan 126 μs τeff (800 °C) setelah anil jauh lebih tinggi daripada 22 μs τeff dari Al2 . yang disetorkan O3 /SiNx sampel pasif pada tingkat injeksi 1,2 × 10
15
cm
−3
.
aτeff sehubungan dengan tingkat injeksi Δn pada suhu anil yang berbeda untuk Al2 O3 /SiNx wafer pasif. Garis putus-putus menunjukkan satu tingkat injeksi matahari. b Spektrum FTIR sampel. cC–V kurva untuk Au/Al2 O3 -SiNx /Si struktur. d Foto fotoluminesensi dan elektroluminesensi perangkat
Yang penting, masa hidup minoritas efektif sampel anil setelah 100 s iluminasi adalah 230s dan 150s, masing-masing, jauh lebih tinggi dari 126s dan 48s sebelum iluminasi, menunjukkan pasivasi permukaan c-Si yang ditingkatkan dengan cahaya yang sangat jelas dari Al2 O3 /SiNx lapisan. Efek perangkap muatan selama perendaman cahaya [25,26,27,28] bisa menjadi salah satu mekanisme utama untuk pasivasi permukaan c-Si yang ditingkatkan cahaya dari Al2 O3 /SiNx film. Sebagai Al2 O3 film dilaporkan memiliki kerapatan muatan tetap negatif [29,30,31,32], beberapa kelebihan elektron yang dihasilkan oleh cahaya kemungkinan besar akan disuntikkan atau disalurkan ke keadaan jebakan di bagian dalam Al2 O3 film, menghasilkan peningkatan tingkat pasivasi efek medan. Menariknya, efek pasivasi yang ditingkatkan cahaya pada anil 300 °C lebih baik daripada pada 800 °C, yang berarti bahwa perendaman cahaya pada suhu anil yang lebih rendah adalah cara yang lebih efektif untuk penerapan perangkat PV.
Untuk mempelajari pengaruh proses anil pada modifikasi permukaan, kami membandingkan spektrum serapan spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) dari sampel yang dianil dengan sampel as-deposisi. Gambar 4b menunjukkan bahwa ikatan Si–N, Si–O, Si–H, dan N–H sesuai dengan puncak serapan regangan pada bilangan gelombang ~ 840, 1070, 2200, dan 3340 cm
−1
, masing-masing. Kita melihat bahwa densitas ikatan Si–N dan Si–O menunjukkan peningkatan yang nyata setelah anil; sementara itu, kerapatan ikatan Si–H sedikit meningkat. Peningkatan densitas ikatan Si–O dan Si–H menunjukkan penurunan ikatan yang menggantung pada antarmuka Si/SiO2 , menghasilkan efek pasivasi yang lebih baik [33]. Juga, proses anil mempromosikan kepadatan ikatan Si-N, menunjukkan struktur yang lebih padat yang secara efektif dapat mencegah difusi keluar H masuk ke lingkungan alih-alih ke curah Si. Namun, untuk suhu annealing yang terlalu tinggi, H dalam gugus Si–H dan N–H dapat lepas dari sebagian besar Si dan lapisan dielektrik ke lingkungan, yang menyebabkan penurunan efek pasivasi. Hasil FTIR konsisten dengan umur minoritas efektif.
Untuk lebih memahami perbedaan mekanisme pasivasi antara anil termal dan perlakuan perendaman cahaya, kami menganalisis densitas muatan tetap (Nf ) dan kepadatan jebakan antarmuka (Nitu ) pada antarmuka Si dan Al2 O3 (ALD)/SiNx (PECVD) menumpuk lapisan dengan menggunakan kapasitansi–tegangan (C-V ) pengukuran dari model metal-oksida-semikonduktor (MOS) yang ketat.
Perhatikan bahwa S adalah luas elektroda logam, e adalah muatan elektronik, COX adalah kapasitansi lapisan film dielektrik, VMS adalah perbedaan fungsi kerja antara elektroda logam dan Si tipe-p, dan VFB adalah tegangan pita datar.
Menggunakan metode Lehovec [34], kita dapat memperoleh Nitu dari C-V kurva:
dimana (δC /δV )FB adalah pita kemiringan dekat-datar dan diambil sebagai nilai absolut. CFB , e , dan k adalah kapasitansi struktur MOS dalam pita datar, muatan elektronik, dan konstanta Boltzmann.
Dapat dilihat dari Gambar 4c bahwa pengukuran C-V kurva dari Al2 O3 /SiNx lapisan tumpukan menunjukkan wilayah akumulasi yang jelas, wilayah penipisan, dan wilayah inversi. Menurut C-V kurva dan Persamaan. (2–4), kami memperoleh properti antarmuka dari struktur MOS yang disiapkan, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Kepadatan muatan negatif tetap menunjukkan peningkatan yang signifikan dengan urutan besarnya setelah anil termal sementara kepadatan keadaan antarmuka menurun secara signifikan, menunjukkan bahwa anil meningkatkan pasivasi kimia dan pasivasi efek medan dari film dielektrik. Dengan perlakuan perendaman cahaya lebih lanjut, densitas keadaan antar muka tetap pada tingkat yang sama, sedangkan densitas muatan negatif tetap meningkat lebih lanjut. Seperti disebutkan di atas, beberapa kelebihan elektron yang dihasilkan oleh cahaya kemungkinan besar akan disuntikkan atau disalurkan ke keadaan jebakan di bagian dalam Al2 O3 film, yang berarti bahwa perendaman cahaya dapat meningkatkan pasivasi efek medan dari film dielektrik. Meskipun nilai Nitu tinggi, sampel dengan anil 300 °C dan perendaman cahaya 100 s memiliki τ tertinggi eff dari 230-an karena N . tertinggi f dari 2,87 × 10
12
cm
−2
, artinya dalam hal ini pasifasi efek medan memiliki keunggulan dibandingkan pasifasi kimia.
Gambar 4d menunjukkan foto fotoluminesensi dan elektroluminesensi sel surya IP 1, 1,3, dan 1,8 μm dengan proses pasivasi yang sama. Kecerahan tiga kelompok foto untuk fotoluminesensi dan elektroluminesensi pada dasarnya mempertahankan tingkat yang sama, yang berarti bahwa ketiga kelompok perangkat sel surya berkinerja sama baiknya dalam pasifasi cacat. Artinya, proses pasivasi menentukan kinerja listrik sel surya alih-alih ukuran fitur IP, yang akan dikonfirmasi oleh parameter output sel surya fabrikasi berikut.
Berdasarkan kinerja optik dan listrik yang sangat baik dari SiO2 simultaneous secara simultan /SiNx tumpukan lapisan pasif depan Si berbasis IP n
+
emitor dan Al2 O3 /SiNx tumpukan lapisan reflektor belakang pasif, kami membuat PERC berbasis IP Si.
Gambar 5a menunjukkan efisiensi kuantum internal (IQEs) dan refleksi permukaan depan dari PERCs berbasis IP Si yang dibuat. Kita dapat mengamati bahwa perangkat berbasis IP etsa alkali 30 detik (grup 1—30 s) menunjukkan reflektansi terendah dalam panjang gelombang pendek 300–600 nm karena ukuran fitur IP yang lebih kecil. Yang penting, grup 1-30 memiliki IQE tertinggi dalam rentang panjang gelombang ini, dan dengan demikian menghasilkan efisiensi kuantum eksternal (EQEs) tertinggi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5b. Selain itu, perangkat fabrikasi menampilkan EQE yang hampir sama dalam rentang panjang gelombang panjang karena tingkat reflektansi dan IQE yang sama dalam rentang ini. Oleh karena itu, grup 1-30 dengan ukuran fitur yang lebih kecil memiliki kinerja keluaran yang lebih baik daripada dua grup lainnya, yang selanjutnya dikonfirmasi oleh I-V dan P-V kurva perangkat (lihat Gambar. 5c). Gambar 5d menunjukkan η perangkat juara kami mencapai 21,41%, serta Vok dari 0,677 V, Akusc dari 9,63 A, dan FF sebesar 80,30%. Sepengetahuan kami, ini adalah yang tertinggi η antara sel surya berbasis MACE-IP. Sisipan Gambar 5d adalah foto permukaan depan dan belakang perangkat juara.
PERC berbasis IP Si berkinerja tinggi. a IQE dan reflektansi PREC berbasis IP Si dengan waktu etsa alkali yang berbeda. b EQE dari PERC berbasis IP Si dengan waktu etsa alkali yang berbeda. cI–V dan P-V kurva PERC berbasis IP Si dengan waktu etsa alkali yang berbeda. dI–V dan P-V kurva perangkat juara
Selanjutnya, Tabel 2 menunjukkan parameter rinci dari perangkat fabrikasi. Jelas, rata-rata Isc (9,63 A) perangkat kelompok 30 lebih tinggi dari dua kelompok lainnya, yang terletak pada kemampuan anti-refleksi terbaik dari permukaan depan seperti yang disebutkan di atas. Perbedaan Akusc s terutama menentukan kinerja keluaran perangkat. Selain itu, semakin tinggi FF dan resistansi seri yang lebih rendah Rs menjamin η . yang lebih tinggi dari kelompok 30-an. Perlu dicatat bahwa semua rata-rata Vok s dari PERC berbasis Si IP berada dalam kisaran 674–676 mV, menunjukkan bahwa pasivasi luar biasa yang sama untuk permukaan depan dan belakang semua grup. Akhirnya, dengan memanfaatkan peningkatan kinerja optik dan listrik, kami telah berhasil mencapai η . tertinggi dari 21,4% sel surya PERC berbasis IP Si.
Kesimpulan
Sebagai kesimpulan, kami mengoptimalkan morfologi struktur MACE Si IP dan membuat sel surya PERC berbasis IP Si baru dengan ukuran standar 156 × 156 mm
2
dengan menggabungkan tumpukan SiO2 /SiNx lapisan tekstur IP dilapisi dengan tumpukan Al2 O3 /SiNx pasif dari permukaan belakang. Sifat optik menunjukkan bahwa rata-rata matahari Rave tekstur IP yang dilapisi oleh tumpukan SiO2 /SiNx lapisan bisa mencapai 3,91%, menunjukkan IP struktur perangkap cahaya yang ideal untuk perangkat PV. Juga, analisis listrik menunjukkan bahwa permukaan belakang yang dipoles dipasifkan oleh tumpukan Al2 O3 /SiNx lapisan memiliki τ . yang sangat tinggi eff dari 230 μs karena perlakuan termal dan perendaman cahaya, menunjukkan pasivasi permukaan c-Si yang ditingkatkan dengan baik dari Al2 O3 /SiNx lapisan. Pengukuran FTIR memberikan penjelasan lebih lanjut untuk tinggi τeff s dari permukaan belakang dipasifkan oleh tumpukan Al2 O3 /SiNx lapisan. Yang penting, kepadatan muatan tetap yang tinggi Nf dari 2,87 × 10
12
cm
−2
diperoleh melalui pengukuran C-V, yang mengungkapkan pasivasi efek medan yang kuat dari Al2 O3 /SiNx lapisan. Terakhir, manfaatkan performa optik dan kelistrikan yang sangat baik di bagian depan Si berbasis IP n
+
emitor dan reflektor belakang, kami mencapai tertinggi 21,4%, serta Vok dari 0,677 V, Akusc dari 9,63 A, dan FF sebesar 80,30%. Pencapaian PERC berbasis IP Si efisiensi tinggi memberikan IP cara efektif untuk produksi massal sel surya efisiensi tinggi berbasis Si.
Ketersediaan data dan materi
Kumpulan data yang mendukung kesimpulan artikel ini disertakan dalam artikel.
Singkatan
PV:
Fotovoltaik
IP:
Piramida terbalik
Si:
silikon
MACE:
Etsa kimia dengan bantuan logam
PERC:
Emitor pasif dan sel belakang
PERL:
Pemancar pasif dan sel surya difusi lokal belakang
