In this study, Mitigation of Potential-induced degradation (PID) for PERC solar cells using SiO2 Structure of ARC layer. The conventional PID test was conducted with a cell-level test based on the IEC-62804 test standard, but a copper PID test device was manufactured to increase the PID detection rate. The accelerated aging test was conducted by maintaining 96 hours with a potential difference of 1000 V at a temperature of 60℃. As a result, the PERC solar cell of SiO2-Free ARC structure decreased 22.11% compared to the initial efficiency, and the PERC solar cell of the Upper-SiO2 ARC structure decreased 30.78% of the initial efficiency and the PID reliability was not good. However, the PERC solar cell with the lower-SiO2 ARC structure reduced only 2.44%, effectively mitigating the degradation of PID. Na+ ions in the cover glass generate PID on the surface of the PERC solar cell. In order to prevent PID, the structure of SiNx and SiO2 thin films of the ARC layer is important. SiO2 thin film must be deposited on bottom of ARC layer and the surface of the PERC solar cell N-type emitter to prevent surface recombination and stacking fault defects of the PERC solar cell and mitigated PID degradation.
This paper reports on a systematic and quantitative assessment of light induced degradation (LID) and regeneration in full Al-BSF and passivated emitter rear contact cells (PERC) along with the fundamental understanding of the difference between the two. After LID, PERC cells showed a much greater loss in cell efficiency than full Al-BSF cells (~0.9% vs ~0.6%) because the degradation in bulk lifetime also erodes the benefit of superior BSRV in PERC cells. Three main regeneration conditions involving the combination of heat and light ($75^{\circ}C/1\;Sun/48h$, $130^{\circ}C/2\;Suns/1.5h$ and $200^{\circ}C/3\;Suns/30s$) were implemented to eliminate LID loss due to BO defects. Low temperature/long time ($75^{\circ}C/48h$) and high temperature/short time ($200^{\circ}C/30s$) regeneration process was unable to reach 100% stabilization. The intermediate temperature/time ($130^{\circ}C/1.5h$) generation achieved nearly full recovery and stabilization (over 99%) for both full Al-BSF and PERC cells. We discussed the effect of temperature, time and suns in regeneration mechanism for two cells.
Kim, Kwanghun;Baik, Sungsun;Park, Jaechang;Nam, Wooseok;Jung, Jae Hak
Current Photovoltaic Research
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제6권4호
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pp.94-101
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2018
Light elevated temperature induced degradation (LeTID) was noted as an issue in multi-crystalline silicon solar cells (MSSC) by Ram speck in 2012. In contrast to light induced degradation (LID), which has been researched in silicon solar cells for a long time, research about both LeTID and the mechanism of LeTID has been limited. In addition, research about LeTID in single-crystalline silicon solar cells (SSSC) is even more limited. In order to improve understanding of LeTID in SSSC with a passivated emitter rear contact (PERC) structure, we fabricated four group samples with boron and oxygen factors and evaluated the solar cell characteristics, such as the cell efficiency, $V_{oc}$, $I_{sc}$, fill factor (FF), LID, and LeTID. The trends of LID of the four group samples were similar to the trend of LeTID as a function of boron and oxygen.
The high power of a shingled photovoltaic module can be attributed to its low cell-to-module loss. The production of high power modules in limited area requires high efficiency solar cells. Shingled photovoltaic modules can be made by divided solar cells, which can be produced by the laser scribing process. After dividing the 21% PERC cell using laser scribing, the efficiency decreased by approximately 0.35%. However, there was no change in the efficiency of the solar cell having relatively lower efficiency, because the laser scribing process induce higher heat damages in solar cells with high efficiency. To prove this phenomena, the J0 (leakage current density) of each cell was analyzed. It was found that the J0 of 21% PERC increased about 17 times between full and divided solar cell. However, the J0 of 20.2% PERC increased only about 2.5 times between full and divided solar cell.
친환경 및 고효율의 장점 때문에 신재생 에너지원으로 널리 사용되고 있는 실리콘 태양 전지는 모듈을 직렬 연결하여 발전할 때 500-1,500 V의 전압이 걸리게 된다. 모듈 프레임과 태양 전지 사이에 걸린 이러한 고전압 차에 의해 장시간 가동시 효율 및 최대 출력이 감소하는 현상인 potential-induced degradation(PID)은 실리콘 태양 전지의 수명을 단축시키는 주요 원인 중 하나로 알려져 있다. 특별히 전면 유리의 $Na^+$ 이온이 고전압에 의해 반사방지막을 거쳐 실리콘 내부로 확산하여 실리콘 내부 적층 결함 등에 축적되는 것이 PID의 원인으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 p-형 PERC(passivated emitter and rear contact) 구조 실리콘 태양전지를 대상으로 $Na^+$ 이온의 확산 장벽으로 작용할 수 있는 $SiO_x$층이 p-n 접합과 반사방지막 사이에 삽입되었을 때 그 두께가 PID 현상 완화에 미치는 영향을 연구하였다. 96 시간 동안 1,000 V의 전압을 연속적으로 가한 후 병렬 저항, 효율 및 최대 출력을 측정한 결과 삽입된 $SiO_x$ 장벽층의 두께가 7-8 nm 이상일 때 비로소 PID 현상이 효과적으로 완화되는 것으로 나타났다.
태양광 발전소에 설치된PERC 태양광 모듈 스트링-어레이는 고전압의 전위차로 인해 여전히 potential-induced degradation(PID) 열화 현상이 여전히 보고되고 있다. 이는 태양전지 모듈 커버글라스의 Na+ 이온이 태양전지 봉지재(EVA)를 투과하여 셀 표면으로 전이되고 결함이 많이 분포되어 있는 ARC(SiOx/SiNx) 계면에 양전하가 축적됨으로써 shunt-Resistance(Rsh)가 감소되고 누설전류량이 증가되어 태양전지 출력이 저하되는 현상이다. 본 연구에서는 이를 방지하기 위해 나노임프린트 리소그래피(nano-imprint lithography, NIL) 방식을 이용하여 모스아이(Moth-eye) 나노 구조를 광학 필름 후면에 증착 하였고, 이를 커버글라스와 EVA 사이에 삽입하여 태양광 미니 모듈을 구성하였다. PID 열화 현상을 확인하기 위해 IEC 62804-1 규격에 기반한 셀 단위 PID 열화가속시험을 진행하였고, Light I-V, Dark I-V 분석을 통해 출력(Pmax), 효율(Efficiency), 병렬 저항(shunt resistance)을 확인하였다. 그 결과 기존의 태양전지는 초기 효율 19.76%에서 6.3% 감소하였으나 모스아이 나노 구조 광학 필름(Moth-eye film)이 적용된 태양전지는 0.6% 만 감소하여 PID 열화 현상이 방지되는 것을 확인하였고, 모스아이 나노구조를 통해 투과도가 4% 향상되어 미니 모듈 출력이 2.5% 향상되었다.
We have applied front contact metallization of plated nickel and copper for high efficiency passivated emitter rear contact(PERC) solar cell. Ni is shown to be a suitable barrier to Cu diffusion as well as desirable contact metal to silicon. The plating technique is a preferred method for commercial solar cell fabrication because it is a room temperature process with high growth rates and good morphology. In this system, the electroless plated Ni is utilized as the contact to silicon and the plated Cu serves as the primary conductor layer instead of traditional solution that are based on Ti/Pd/Ag contact system. Experimental results are shown for over 20 % PERC cells with the Plated Ni/Cu contact system for good performance at low cost.
본 연구에서는 PERC(passivated emitter and rear cell) 구조를 갖는 고효율 단결정 실리콘 태양전지에 도금법을 적용하여 Ni/Cu 전극을 형성하였다. 고효율 태양전지는 제작 비용이 높고 공정이 복잡하기 때문에 실용화에 적용이 어려운 단점이 있다. 따라서 태양전지의 효율은 그대로 유지하고, 공정을 간단하게 줄이면서 저가격화 할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다. 기존의 고효율 실리콘 태양전지에 가장 일반적으로 적용되고 있는 Ti/Pd/Ag 전극의 경우 고가의 증착 장비를 이용할 뿐만 아니라 재료 자체도 매우 고가의 물질이 사용되고 있다. 도금법으로 Ni/cu 전극을 형성하여 태양전지를 제작한 결과 공정을 간소화하고 비용을 절감 하면서, 20% 이상의 고효율 태양전지를 얻을 수 있었다.
The effect of rear passivation for passivated emitter and rear cell (PERC) using ozone and H2O oxidant of atomic layer deposited (ALD) Al2O3 was studied by post-annealing in N2 and forming gas ambients. Rear surface of PERC solar cell was passivated by Al2O3 grown by ALD with ozone and H2O oxidant. Al2O3 grown by ALD with ozone oxidant has been known to have many advantages, such as lower interface defects, low leakage current density. Its passivation quality is better than Al2O3 with H2O. Al2O3 layer with 10 nm and 20 nm thickness was grown at $150^{\circ}C$ with ozone oxidant and at $250^{\circ}C$ with H2O oxidant. And then each samples were post-annealled at $450^{\circ}C$ in N2 ambients and at $850^{\circ}C$ in forming gas ambients. The passivation quality was investigated by measuring the minority carrier lifetime respectively. We examined atomic layer deposited Al2O3 such as growth rate, film density, thickness, negative fixed charge density at AlOx/Si interface, and reflectance. The influences of process temperature and heat treatment were investigated using Sinton (WCT-120) by Quasi-Steady State Photoconductance (QSSPC) mode. Ozone-based ALD Al2O3 film shows the best carrier lifetime at lower deposition temperature than H2O-based ALD.
단결정 실리콘 태양전지는 PESC(Passivated Emitter Solar Cell), PERC(Passivated Emitter and Rear Cell), Point Contact Cell, PERL(Passivated Emitter and Rear Locally-Diffused Cell) 형태로 기술적인 발전을 해왔다. BCSC(Buried Contact Solar Cell)는 낮은 제조 단가로 높은 효율을 얻을 목적으로 개발되었으며 개량된 형태인 DSBC(Double Sided Buried Contact Cell)는 양면으로 빛을 흡수할 수 있는 장점이 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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