de.wedoany.com-Bericht: Forscher der University of New South Wales (UNSW) und des chinesischen Photovoltaik-Herstellers Trina Solar haben eine silberfreie Silizium-Tunneloxid-Passivierungs-Rückkontakt (TBC)-Solarzelle entwickelt, die auf einer bipolaren Aluminium-Kontakt-Engineering-Strategie, einer speziellen Aluminiumpaste und optimierten Sinterbedingungen basiert.
Der korrespondierende Autor Song Ning erklärte gegenüber pv magazine, dass die Studie die Anwendung von Siebdruck-Aluminiumkontakten auf n- und p-Typ Poly-Si/SiOx-Passivierungskontakten demonstriert und damit einen potenziellen Weg für die Entwicklung silberfreier Rückkontakt-Solarzellen aufzeigt. Das Team stellte zudem signifikante Unterschiede im Verhalten von Aluminium auf n- und p-Typ Poly-Si fest, was neue Einblicke in die Kontaktbildung und zukünftige Optimierungen liefert. Aus industrieller Sicht wird die Reduzierung des Silberverbrauchs für die großflächige Photovoltaik-Herstellung immer wichtiger, und Aluminium könnte ein kostengünstiges Alternativmaterial für hocheffiziente Rückkontakt-Solarzellen darstellen.
Das Forschungsteam verwendete eine nicht-durchbrennende (nFT) Al-Si-Paste, die eine technisch aufbereitete Al-Si-Legierung und ein verbessertes Glasfrittensystem enthält, um eine übermäßige Al-Si-Legierungsbildung an der Grenzfläche zu unterdrücken und die Bildung tiefer, großer Al-p⁺-Bereiche zu vermeiden. Dieser Ansatz trägt dazu bei, eine niedrige Kontaktwiderstandsfähigkeit zu erreichen und gleichzeitig die hervorragende Passivierungsqualität des Poly-Si/SiOx-Kontakts zu erhalten.
Zur Bewertung der Eignung dieser Technologie in der TBC-Struktur stellten die Forscher symmetrische Lebensdauerproben her, die industrielle n- und p-Typ Poly-Si/SiOx-Passivierungskontakte simulieren. Die Proben bestanden aus einer stark mit Phosphor oder Bor dotierten Poly-Si-Schicht, einer dünnen oberen SiOx-Schicht und einem AlOx/SiNx-Stapel. Die Proben wurden in zwei Gruppen eingeteilt: Eine diente der Extraktion von Kontaktparametern wie der Rekombinationsstromdichte, die andere der Untersuchung des Kontaktbildungsmechanismus.
Die Charakterisierung erfolgte mittels einer Reihe umfassender Techniken, darunter optische Mikroskopie, Raman-Spektroskopie, Photolumineszenz-Bildgebung und die Übertragungsleitungsmethode zur Messung des Kontaktwiderstands. Rasterelektronenmikroskopie und Rasterkraftmikroskopie dienten der Untersuchung der Kontaktmorphologie und Grenzflächeneigenschaften, während elektrochemische Kapazitäts-Spannungs-Kurven Informationen zur Dotierungstiefe lieferten. Numerische Simulationen mit Quokka 3 bewerteten das Effizienzpotenzial der Solarzelle und untermauerten die Analyse der Auswirkungen auf Bauelementebene.
Simulationsergebnisse zeigten, dass ein 257 nm Femtosekunden-UV-Laser selektiv die dielektrische Aluminiumoxid-Siliziumnitrid (AlOx/SiNx)-Stapelschicht zur Bildung lokaler Kontakte entfernen kann, ohne die darunterliegende Poly-Si/SiOx-Passivierungsschicht zu beschädigen. Anschließend wurden silberfreie TBC-Solarzellen mit lokalen Aluminiumkontakten unter Verwendung dicker n- und p-Typ Poly-Si-Schichten und optimiertem Sintern bei 700 °C bewertet. Diese Sinterbedingungen führten zu niedrigem Kontaktwiderstand und geringer Kontaktrekombination.
Die Grenzflächenanalyse zeigte eine starke Polaritätsabhängigkeit, wobei n-Typ Poly-Si eine begrenzte Ätzung aufwies. Die spezielle Al-Si-Paste konnte die Gesamtreaktionskinetik abschwächen, jedoch blieb die p-Typ-Grenzfläche aufgrund des fehlenden Rückwärtsdotierungsbarrieren reaktiver, weshalb die Sinteroptimierung besonders entscheidend ist, um Passivierungsverluste zu vermeiden.
Die Bauelementsimulation bestätigte die Machbarkeit der Technologie, wies jedoch auf Einschränkungen durch die höhere Kontaktrekombination hin. Der Wirkungsgrad der Solarzelle sank von 26,8 % bei silberbasierten Zellen auf 25,9 % bei aluminiumbasierten Bauelementen. Die Wissenschaftler erklärten, dass die relativ hohen Rekombinationsverluste an der Aluminium/Poly-Si-Grenzfläche eine zentrale Herausforderung für die industrielle Anwendung darstellen. Bevor Aluminiumkontakte als praktikable Alternative zu Silber angesehen werden können, müsse die Kontaktrekombinationsstromdichte erheblich gesenkt werden. Die gleichzeitige Erzielung niedriger Kontaktwiderstandsfähigkeit und die Reduzierung der Rekombination sowohl für n- als auch p-Typ-Kontakte seien entscheidend, um die Effizienzlücke zu schließen.
Das Design der neuartigen Solarzelle wurde in der Fachzeitschrift „Solar Energy Materials and Solar Cells“ veröffentlicht, der Artikel trägt den Titel „Auf dem Weg zu silberfreien Rückkontakt-Siliziumsolarzellen: Bipolare Siebdruck-Aluminiumkontakte auf Poly-Si/SiOx-Passivierungskontakten“. Das Forschungsteam plant, in Zukunft die Pastentechnik zu verbessern und Grenzflächenbarrieren einzuführen.
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