de.wedoany.com-Bericht: Forscher der East China University of Science and Technology haben den Degradationsmechanismus von Niedrigsilber-Elektroden in Heterojunction (HJT)-Solarzellen untersucht, um Designrichtlinien für die Herstellung kosteneffizienter und hocheffizienter Photovoltaikmodule zu entwickeln.
Der korrespondierende Autor der Studie, Xiaojun Ye, erklärte gegenüber pv magazine, dass die Forschung systematisch das thermische Alterungsverhalten von silber (Ag)-beschichteten Kupfer (Cu)-Elektroden in HJT-Solarzellen untersucht habe. Dabei wurde festgestellt, dass die Interdiffusion zwischen der Silber- und der Kupferschicht zu einem signifikanten Anstieg des Kontaktwiderstands führt. Die Studie erläutert nicht nur den zugrunde liegenden Degradationsmechanismus, sondern liefert auch entscheidende Leitlinien für die Gestaltung wirtschaftlicher und zuverlässiger Metallisierungsstrategien für HJT-Solarzellenmodule.
Die Forschung basiert auf der Prämisse, dass die Auswirkungen des thermischen Alterungsverhaltens von silberbeschichteten Kupferelektroden, insbesondere der dünnen Silberschale in kommerziellen Pasten, noch nicht vollständig verstanden sind. Daher konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die Untersuchung des Degradationsprozesses unter beschleunigten Alterungsbedingungen und verknüpften die mikrostrukturelle Entwicklung und Interdiffusionsphänomene mit den elektrischen Eigenschaften und der Langzeitzuverlässigkeit.
Im Experiment verwendeten die Forscher eine silberbeschichtete Kupferpaste, bestehend aus Kern-Schale-Partikeln, submikronen Silberpulvern und einer Epoxidharzmatrix. Die Partikelgröße betrug 2 bis 4 Mikrometer, die Dicke der Silberschale etwa 70 Nanometer. Mittels Siebdruck wurde die Paste auf n-Typ monokristalline Siliziumwafer aufgebracht, anschließend bei 150 Grad Celsius getrocknet und bei 195 Grad Celsius ausgehärtet.
Die elektrischen Eigenschaften der silberbeschichteten Kupferelektroden wurden mittels der Transferlängenmethode (TLM) bewertet. Die Analyse zeigte, dass sowohl der Linienwiderstand (Rline) als auch der spezifische Kontaktwiderstand (ρc) mit zunehmender Alterungsdauer anstiegen und eine starke Temperaturabhängigkeit aufwiesen. Darüber hinaus war der spezifische Kontaktwiderstand deutlich temperaturempfindlicher als der Linienwiderstand, was darauf hindeutet, dass die Grenzflächendegradation der Hauptfaktor für den Ausfall der elektrischen Leistung ist.
Mithilfe von Techniken wie energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS), fokussierter Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskopie (FIB-SEM) und Röntgenbeugung (XRD) bestätigten die Forscher, dass die Degradation hauptsächlich durch die Interdiffusion von Silber und Kupfer sowie die Bildung von Defekten angetrieben wird.
Das Forschungsteam fasste zusammen, dass das elektrische Verhalten durch zwei konkurrierende Prozesse gesteuert wird: Einerseits verbessert der Sintereffekt den Kontakt zwischen den Partikeln und stärkt vorübergehend die elektrische Verbindung; andererseits zerstören die Interdiffusion zwischen Silber und Kupfer sowie die Defektbildung allmählich die innere Struktur. Mit fortschreitender Alterung gewinnt der zweite Prozess die Oberhand, das ursprünglich kontinuierliche leitfähige Netzwerk zerfällt in isolierte und schlecht verbundene Pfade, was die Elektronen zwingt, durch gewundenere, diskontinuierliche Strukturen zu fließen, was letztendlich zu einer schwerwiegenden langfristigen Verschlechterung der elektrischen Leistung führt.
Die Wissenschaftler betonten, dass theoretische Analysen zeigen, dass Grenzflächendiffusion und Porenentwicklung unter realen Betriebsbedingungen die Hauptfaktoren für die Langzeitzuverlässigkeit sind. Daher ist die Verbesserung der Grenzflächenstabilität entscheidend für die Erhöhung der Bauteilhaltbarkeit.
Die Forschungsergebnisse wurden als wissenschaftlicher Artikel in der Zeitschrift Solar Energy Materials and Solar Cells unter dem Titel „Thermal aging-induced interdiffusion and reliability degradation in low-silver electrodes for SHJ solar cells“ veröffentlicht. Die Studie liefert entscheidende Erkenntnisse für die Abwägung zwischen Silberreduzierung und der Gewährleistung der Langzeitzuverlässigkeit von Modulen in der HJT-Technologie.
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