UNSW-New Insights into Hydrogen Induced Degradation

Faculty ofEngieringShPhtvoltac d Renwable Enrgy nieringNew Isi iHyro IducDradto: Astudyon p-dn-tp Silc+ Oth pstUNSW 氢致衰减的新发现: 对于型/型硅片的进一步研究+ USW的其他进展Daniel Chnotributrs:PilpG.Hamer,MonygKim,ShaoyngLiu,AlisonCiesla,hE.,RChFiacreRouxZZh,BrdWrigt,arloVrgsArfSdi,UtkrsVrse,VicriStefniCdnyS,ZivrXy,HJiMlmD.Abot,eMuBretJ.lnStarWna17thIsue PVE LA-Crystaline Silcon Advace Thnolgy d MtrialsForuxi,i–24t 2018 Light-and elvated Tmperature-Induce Dgradtion (热辅助光致衰减-LID)•Since 201, LTID hs bn asigficnt roblm frth PVinustry, ipartulrmanufctreofc-S eialsdPERCsolarcel• 从 年起，光伏业界认为热辅助光衰是个大问题，特别是针对多晶和PERC电池厂家•In acdeia, ther av ben 250+ publications ied atunerstading LeTID bhviourknics,idtifygthrote,figmiio tris• 在学术界，以及有超过250篇关于LeTID的文献。这些文献包含了:理解 I的表现形式，动力学，造成LeTID的根本原因以及缓解衰减的方法。 2 LeTID afects al Silcon Wafers LTID 能影响所有的硅材料•ourinlil mtril: c-Si,Cz,UMG,cast-mon,FZ 所有硅材料都发现了LeTID:多晶硅,单晶硅冶金硅 类单晶硅, 区熔法单晶硅N-type CzP-type FZ P-type Cast MonP-type Hmc-Si, CzP-type UG zChen tal.,Sol. Energy Mater. Sol.s 172(0)293–0 Niwlt l.,J Apl. Phs. ,85(17)Chen tal.,Sol. Energy Mater. Sol.s 1(20)4–823 Hydrogen Iduce Dgradtion 氢致衰减 4 Varshney tal., WCPE-7JuHwi. (2018)•Th isw asbtnil mout fevidce tosuget hat ydrogen maybrpoil forLTI•目前已有大量证据表明氢可能导致热辅助光衰•Varshney tal.: Chngi the icknes ofthe SiNx:H dielctri layer toicdroecratdurigirncrashdgin xt fct trio.• 增加SiNx:H非导电层的厚度会增加在烧结过程中氢的浓度, 表现了与缺陷密度的相关性 Hydrogen Iduce Dgradtion 氢致衰减 5•Firng ofthe SiNx:H layer isnot esntial forthe frmation fLeTID. Only ahydsurcisqud.J.dnsedhtcbeiuc ing plm hrgti [1]•SiNx:H层的烧结并非形成热辅助光衰的必要原因. 只要有氢源即可.Jns等人演示了等离子氢化可致热辅助光衰[]。•ydrogen ay bel tocause rcombinatio nits ow ithout er spci[2].•氢自身可能导致再合[2][1]Jen tal., JApl. Phys., vol.124, no.8, p.0571,(208)2CislWCE-7JuneHawi() Recap from April: Technolgy Forum (April 2018) 6 ColdwnSiNx:HN-type Si+-mitrdren [1]Chen tal., Sol. Energy Mater. Sol. Cels, vol.185, p.174–82, 01 The Impact ofIluminatio n P-difused n-type•Our vius tdy l ked th LeTID inth ark. 我们之前对于LeTID的研究只基于黑暗情况. 7•In thedark, weobsrve ulk degration ad recovry cnsite with at isulyrd inp-tySi.黑暗中,我们发现n型硅体衰减与复原过程与我们曾观测到的型衰减过程相吻合•B ading smal out filuminatio (0.2 su), wes aecondary erto.但是加入少量光照后(0.2 s 等效光强), 我们观测到了二次衰减 •During dark nealig, deration curs pimarily withn te bulk without sfcthsJ0. 在黑暗加温过程中，实验表明衰减基于J0没有明显变化的情况下,主要发生在硅体中•Under low intesit ofiluminatio, bulk degration isflowed bya subqurfacdegr 在低强度光照下，硅体衰减之后紧跟着硅片表面衰减 The Impact ofIluminatio n P-difused n-type 8 The Impact ofIluminatio n P-difused n-type 9•By increasig theiluminatio t0.3 sun, thedgration ismre xtnsive howv b tse rcveryacio把光照增加到0.3个太阳等效光强后，衰减程度加剧，衰减后观测到复原过程 The Impact ofIluminatio n P-difused n-type 10•By increasig theiluminatio t0.3 sun, thedgration ismre xtnsive howv b tse rcveryacio把光照增加到0.3个太阳等效光强后，衰减的程度加剧，衰减后观测到复原过程•At 0.5sun, thercovry ation rt pers tincreas, doinatig thebehaviorlg timescl增加到.个太阳等效光强后，复原过程加剧并主导硅片的长期表现 The Impact ofIluminatio n P-difused n-type 1•If wecontiue toincreas thiluminatio (1–.5 sun), wedon’t visualy bsrv asdy grdo wevrsample’trcrbcktoth tigrtin crigi bckgd如果进一步增加光强到1-.5个太阳，我们没有观测到二次衰减过程，但样品并没有复原到起始点衰减过程仍然存在•J0s increas lo apers tohave iluminatio depnce的增加程度与光照强度相关 Comparing the Impact ofIluminatio n p-ad n-type Sinclusi: Lit soking hsrs dife -tye silco wfer iucs both bk dfcaurfcedgati. 结论：对于磷掺杂的型硅片，光照测试会同时导致硅主体和明显的表面衰减what pens wh liht sok p-nd -type silcon ith difernt miters? 当我们对不同发射极掺杂的n型或型硅片做光照测试时会有怎样的反应？We fbrictd 3ymetrical ifetm strucr: 准备3组对称的少子寿命样品结构：•p-yeultisliwihapohsdifue miter (convetial strr) p 型多晶硅-磷掺杂的发射极（传统结构）•n-Czwith aborndifuse iter n型单晶硅-硼掺杂发射极tye isphrifdmitr 型单晶硅-磷掺杂发射极Al samplsaivted it SiNx:H an ir a740°C 所有的样本均用SNx:H钝化并740°C烧结Teting w don t160 °in thedrk ot 1sun 测试均在160°C黑暗环境或个太阳等效光强下进行 12p-tye mc-Sin+itrNx:Hn-type c-Si+mtriNx:Hn-type c-Si+mtriNx:H Investigatin the rol fthe miter 发射极作用的研究 •A convetial p-tye wafr ith aposhrus difion: Adig iluminatio (1-su) gficnlclesdegation recvryketcs• 传统的p型硅片-磷掺杂发射极：对比黑暗与光照测试，增加光照强度可以极大加快衰减/复原机理 13 p-tye mc-Sin+itrNx:H Investigatin the rol fthe miter 发射极作用的研究 14 p-tye mc-Sin+itrNx:Hn-type c-Si+triNx:H•For n-type subtraes with born-difuse miters, we simlar behviours. Racirt lduig ak alng dtacltdy 1.5 OM(dofmgnit) er1-ilitio•对于n型硅片-硼掺杂发射极，我们检测到了相似的结果。反应速率在黑暗加温 情况下相对慢；在1个太阳光照条件下增加了1.5个数量级 Investigatin the rol fthe miter 发射极作用的研究 15 p-tye mc-Sin+itrNx:Hn-type c-Si+triNx:Hn-type c-Si+mtriNx:H•N-type subtraes with aposhrus-dife miter: action rtes ar signficly fndrk, btlow nudlu •型硅片-磷掺杂发射极：反应速率相比光照下，在黑暗下明显要快。 n-type c-Si+mtriNx:Hp-tye c-Sin+itrNx:HInvestigatin the rol fthe miter 发射极作用的研究 16n-type c-Si+triNx:H•Comparing P-type with an+-emitr and N-type with ap+-emitr, thedetoicosti hkrsobidntcl•将型-磷扩散发射极与型-硼扩散发射极硅片作比较，黑暗加温情况下的衰减时间常数保持一致 n-type c-Si+mtriNx:Hn-type c-Si+triNx:Hp-tye mc-Sin+itrNx:HInvestigatin the rol fthe miter 发射极作用的研究17•Comparing l3 strucres: undr iluminatio, wealso berv simlar detotieonta.Thseplsrvrydifntptfothe SiNx:H d fr di• 比较3种不同的硅片-发射极组合：光照下，我们同样检测到相似的衰减时间常数，这些样品除了SiNx:H和烧结条件一致，其他都不相同 Key observations 关键结论 18 1.In theprsnce ofa p-n jucio, tditfilmailrs thedegrtn ecovrypocs. 在-n结的存在下，增加光照可以加快衰减和复原反应速率2.In theprsnce ofa hig-low rgio ttirtes raldyfat, hwv,itn ligrult inslowercto kiecs 在重掺/轻掺区的存在下，增加光照反而会减缓衰减/复原反应 速率 Modeling: Dopant Ieractions with Hydrogen模拟: 掺杂物与氢的相互作用 19 •Wwatd tmel thbviur fhyrogenis cargste aond p- juctiori-low difri• 我们希望可以模拟氢在p-n结附近或重掺/轻掺区附近的分布与价态•We usd aSh-ockley modl aptfrom un ta.[1]tterin th cgtep fydren.• 我们引入了Su等人的Sah-ockley模型来模拟氢的价态•[Hto] =1 ×05cm-3740°C• 我们通过激光掺杂改变PERC电池的背金属接触点的间距(1 m 到8 )金属铝通过印刷并且在740 °时烧结 ImctfAlui LeTID铝对LTID的影响 26…•Samples with alrge fractionl Aconta rehad smler dops inVOC hroitlit serpihignfictgat.•铝的相对接触面积越大,iV(隐射开压) 的下降越少; 而少量接触面或无接触面的样品iVOC有明显降低•The Alconta does play role indtrming thextn ofLeTID dgration背板铝接触面积与LTID的衰减程度密切相关 No laser1 spacing Rapid Testing ofLID 光衰快速测试方法•UNSW ivlpi acntles and i-situ form frapid tesing forLID. 正在研发非接触式/原位快速LID监测技术•This wilquickly telus whtr ot cel/wafr isuctibl tI rnt. 这项技术可以快速监测硅片/硅电池是否会受LI影响•e can ompar tdgratin, rgrtion rte and egradtio ext fordifrtslesin 10 s. 我们可以在10秒内监测不同样品的衰减/复原反应速率和衰减程度•Can beud forLTID imc-Si and B-OLeTID inCz. 这项技术可以应用于多晶硅的LeTID和单晶硅的B-/LeTIDRate ofractions-situ oitrig27 Is the IEC Standr Suficent for LeTID observations?当前 标准是否足够预防LTID现象?•Standr Popsal forLeTID esigfcel –GCApil2018.•2018 年4月， 建议对硅电池的LTID表现进行标准化测试•Is thetandr used tost bh mc-Si olclanmcel?• 此标准是否兼容多晶硅电池和单晶硅电池的测试？•How dyou separt B-O and LeTID(B-OilcoversLTIDstar tgrd)?• 怎么区分衰减的源头，-或是LeTI? (-会在LeTI开始衰减 时恢复) IV measurentLight expor (10kWh/275 ±°C)IV measurentLight expor (5kh/275 ±°C)IV measurentStbl?NoYesEnd Pre-tant: Light exposur (20kWh/2 45°C)(B-Ofmati?) 28 Is the IEC Standr Suficent for LeTID observations?当前 标准是否足够预防LTID现象?•Does thsting top when t dgraio raeisablrt mplcvr?• 标准测试在何时终止 衰减速率趋于稳定还是样品复原后？•Can you cnt forsecndary degrtimhai (ufce)• 如何解释二次衰减(表面衰减)机制？•Do thes t acurtely rpsent rndrpesn fidcit? Pot-lmato?• 这些测试是否可以精确预测电池在室外组件条件下的表现？封装后呢？ 29 IV measurentLight expor (10kWh/275 ±°C)IV measurentLight expor (5kh/275 ±°C)IV measurentStbl?NoYesEnd Pre-tant: Light exposur (20kWh/2 45°C)(B-Ofmati?) How lng should we b tesing our mdules for?组件测试时间需要多长？ 30 •Most cmpanies r curently udeci onthe condits and urations frLeTIDtigodls. 大多数公司到目前都无法决定针对LTID用的测试条件和时间•So cpanies wt ote at75 °C,1 sun for80 hurs (480 min). Othersv rodup20hor(20mi) 有些公司用75°C, 1个太阳，8小时。也有公司提议测试2小时•At UNW, ehavben tsig cercial on ad c-Si PERC modulsfromy difrompanis 在新南威尔士大学，我们已经测试了不同公司的单晶和多晶 组件