قام باحثون في جامعة نيو ساوث ويلز (UNSW) في أستراليا بتقييم تأثير أنواع التدفق المختلفة على تآكل التلامسات المعدنية في الخلايا الشمسية ذات التلامس الممرر بأكسيد النفق (TOPCon) في ظل ظروف الحرارة الرطبة. أظهرت النتائج أن تدفقات "عدم التنظيف" يمكن أن تسبب تآكلًا شديدًا للتلامسات الفضية والألومنيوم (Ag-Al) في الجانب الأمامي.
اختبار الحرارة الرطبة (DH) هو اختبار شيخوخة متسارع يعرض الأجهزة الكهروضوئية لدرجة حرارة 85 درجة مئوية ورطوبة 85٪ لمدة 1000 ساعة على الأقل لتقييم موثوقية الوحدة في ظل هذه الظروف القاسية. قال برام هوكس، المؤلف المراسل للورقة: "يوفر بحثنا لمصنعي الخلايا الكهروضوئية طريقة سريعة ومنخفضة التكلفة لتحديد مشكلات الموثوقية المتعلقة بالتدفق في وقت مبكر من الإنتاج، وبالتالي تقليل مطالبات الضمان وفقدان الأداء الناجم عن التآكل الناتج عن الرطوبة".
يستخدم التدفق أثناء تجميع الوحدة لإزالة طبقة الأكسيد من سطح شريط اللحام لضمان رابطة معدنية قوية. ركز فريق البحث على تدفقات "عدم التنظيف"، والتي لا تتطلب تنظيفًا ويمكنها إزالة طبقة الأكسيد وتشكيل رابطة قوية، ولكنها تترك كمية صغيرة من البقايا غير الموصلة.
استخدمت الاختبارات تدفقين تجاريين: التدفق A، القائم على حمض الكربوكسيل، والتدفق B، القائم على حمض الماليك. تم إنتاج ثلاث خلايا TOPCon من النوع n باستخدام عملية تحسين التلامس المعزز بالليزر (LECO) في عام 2019 و 2022 و 2023. لاحظ الباحثون أن الخلايا لها هيكل مماثل، مع باعث أمامي مضاف إليه البورون مغطى بأكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) ونيتريد السيليكون (SiNx)، وخطوط شبكة فضية مطبوعة بالشاشة؛ وتكون الجانب الخلفي من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) والسيليكون متعدد الكريستالات المضاف إليه الفوسفور و SiNx ونفس خطوط الشبكة الفضية.
تم تقسيم العينات إلى خمس مجموعات: التدفق A في الجانب الأمامي، والتدفق B في الجانب الأمامي، والتدفق A في الجانب الخلفي، والتدفق B في الجانب الخلفي، وعينة تحكم غير مفعلة. تم تطبيق التدفق بالرش وتجفيفه على لوح تسخين عند 85 درجة مئوية لمدة تصل إلى 10 دقائق.
كشف التحليل أن بقايا التدفق "عدم التنظيف" تسببت في تآكل كبير لتلامسات Ag–Al في الجانب الأمامي من TOPCon في ظل ظروف الحرارة الرطبة، مما أدى إلى زيادة المقاومة المتسلسلة وتقليل الكفاءة. وأشار هوكس إلى أن: "التدفق A المحتوي على الهالوجين أكثر تآكلاً بشكل ملحوظ من التدفق B، ولكن كلاهما يمكن أن يسبب تدهورًا كبيرًا".
وجد فريق البحث أيضًا أن معجون الفضة الخلفي أظهر تدهورًا طفيفًا بسبب استقراره الكيميائي الأكبر، في حين أن هيكل التعدين الأكثر كثافة والمحتوى الأقل من الألومنيوم قد حسّن مقاومة التآكل.
لمعالجة هذه المشكلات، يوصي الباحثون بإجراء اختبار الحرارة الرطبة على الخلايا غير المعبأة قبل تغليف الوحدة لتحديد المخاطر المتعلقة بالتدفق بسرعة. كما يوصون باختيار تركيبة تدفق منخفضة الهالوجين ومحسنة الحمض وتحسين تركيبة وهيكل معجون التعدين للحد من اختراق التدفق.
نُشرت نتائج البحث في مجلة Solar Energy Materials and Solar Cells، بعنوان "تقييم تأثير التآكل الناجم عن تدفق اللحام على الخلايا الشمسية TOPCon".
في السابق، أكدت دراسة مشتركة أجرتها جامعة نيو ساوث ويلز وشركة Canadian Solar أن اختيار التدفق أمر بالغ الأهمية لموثوقية خلايا TOPCon والخلايا الوصلية غير المتجانسة (HJT). وجد فريق منفصل من معهد كوريا لتكنولوجيا الإلكترونيات (KETI) أن التدفقات التجارية يمكن أن تتسبب في تآكل أقطاب أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) في خلايا HJT، مما يشكل خطرًا للتدهور المبكر. استكشفت جامعة نيو ساوث ويلز أيضًا آليات تدهور خلايا TOPCon في ظل الحث بالأشعة فوق البنفسجية، وتغليف أسيتات إيثيلين فينيل (EVA)، والتعرض لأيونات الصوديوم، مما يكشف عن أوضاع فشل مختلفة لم تُرَ في وحدات PERC.
قام باحثون في جامعة نيو ساوث ويلز (UNSW) في أستراليا بتقييم تأثير أنواع التدفق المختلفة على تآكل التلامسات المعدنية في الخلايا الشمسية ذات التلامس الممرر بأكسيد النفق (TOPCon) في ظل ظروف الحرارة الرطبة. أظهرت النتائج أن تدفقات "عدم التنظيف" يمكن أن تسبب تآكلًا شديدًا للتلامسات الفضية والألومنيوم (Ag-Al) في الجانب الأمامي.
اختبار الحرارة الرطبة (DH) هو اختبار شيخوخة متسارع يعرض الأجهزة الكهروضوئية لدرجة حرارة 85 درجة مئوية ورطوبة 85٪ لمدة 1000 ساعة على الأقل لتقييم موثوقية الوحدة في ظل هذه الظروف القاسية. قال برام هوكس، المؤلف المراسل للورقة: "يوفر بحثنا لمصنعي الخلايا الكهروضوئية طريقة سريعة ومنخفضة التكلفة لتحديد مشكلات الموثوقية المتعلقة بالتدفق في وقت مبكر من الإنتاج، وبالتالي تقليل مطالبات الضمان وفقدان الأداء الناجم عن التآكل الناتج عن الرطوبة".
يستخدم التدفق أثناء تجميع الوحدة لإزالة طبقة الأكسيد من سطح شريط اللحام لضمان رابطة معدنية قوية. ركز فريق البحث على تدفقات "عدم التنظيف"، والتي لا تتطلب تنظيفًا ويمكنها إزالة طبقة الأكسيد وتشكيل رابطة قوية، ولكنها تترك كمية صغيرة من البقايا غير الموصلة.
استخدمت الاختبارات تدفقين تجاريين: التدفق A، القائم على حمض الكربوكسيل، والتدفق B، القائم على حمض الماليك. تم إنتاج ثلاث خلايا TOPCon من النوع n باستخدام عملية تحسين التلامس المعزز بالليزر (LECO) في عام 2019 و 2022 و 2023. لاحظ الباحثون أن الخلايا لها هيكل مماثل، مع باعث أمامي مضاف إليه البورون مغطى بأكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) ونيتريد السيليكون (SiNx)، وخطوط شبكة فضية مطبوعة بالشاشة؛ وتكون الجانب الخلفي من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) والسيليكون متعدد الكريستالات المضاف إليه الفوسفور و SiNx ونفس خطوط الشبكة الفضية.
تم تقسيم العينات إلى خمس مجموعات: التدفق A في الجانب الأمامي، والتدفق B في الجانب الأمامي، والتدفق A في الجانب الخلفي، والتدفق B في الجانب الخلفي، وعينة تحكم غير مفعلة. تم تطبيق التدفق بالرش وتجفيفه على لوح تسخين عند 85 درجة مئوية لمدة تصل إلى 10 دقائق.
كشف التحليل أن بقايا التدفق "عدم التنظيف" تسببت في تآكل كبير لتلامسات Ag–Al في الجانب الأمامي من TOPCon في ظل ظروف الحرارة الرطبة، مما أدى إلى زيادة المقاومة المتسلسلة وتقليل الكفاءة. وأشار هوكس إلى أن: "التدفق A المحتوي على الهالوجين أكثر تآكلاً بشكل ملحوظ من التدفق B، ولكن كلاهما يمكن أن يسبب تدهورًا كبيرًا".
وجد فريق البحث أيضًا أن معجون الفضة الخلفي أظهر تدهورًا طفيفًا بسبب استقراره الكيميائي الأكبر، في حين أن هيكل التعدين الأكثر كثافة والمحتوى الأقل من الألومنيوم قد حسّن مقاومة التآكل.
لمعالجة هذه المشكلات، يوصي الباحثون بإجراء اختبار الحرارة الرطبة على الخلايا غير المعبأة قبل تغليف الوحدة لتحديد المخاطر المتعلقة بالتدفق بسرعة. كما يوصون باختيار تركيبة تدفق منخفضة الهالوجين ومحسنة الحمض وتحسين تركيبة وهيكل معجون التعدين للحد من اختراق التدفق.
نُشرت نتائج البحث في مجلة Solar Energy Materials and Solar Cells، بعنوان "تقييم تأثير التآكل الناجم عن تدفق اللحام على الخلايا الشمسية TOPCon".
في السابق، أكدت دراسة مشتركة أجرتها جامعة نيو ساوث ويلز وشركة Canadian Solar أن اختيار التدفق أمر بالغ الأهمية لموثوقية خلايا TOPCon والخلايا الوصلية غير المتجانسة (HJT). وجد فريق منفصل من معهد كوريا لتكنولوجيا الإلكترونيات (KETI) أن التدفقات التجارية يمكن أن تتسبب في تآكل أقطاب أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) في خلايا HJT، مما يشكل خطرًا للتدهور المبكر. استكشفت جامعة نيو ساوث ويلز أيضًا آليات تدهور خلايا TOPCon في ظل الحث بالأشعة فوق البنفسجية، وتغليف أسيتات إيثيلين فينيل (EVA)، والتعرض لأيونات الصوديوم، مما يكشف عن أوضاع فشل مختلفة لم تُرَ في وحدات PERC.
