Ricerca mostra la vulnerabilità delle celle solari TOPCon alla corrosione da contatto

Gli scienziati dell’Università australiana del Nuovo Galles del Sud (UNSW) e del produttore cinese-canadese di moduli fotovoltaici Canadian Solar hanno analizzato il degrado delle celle solari industriali TOPCon sottoposte a condizioni di test accelerati a 85 C e 85% di umidità relativa, nell’ambito del cosiddetto dump heat test (DH85).

“I nostri risultati evidenziano la vulnerabilità delle celle solari TOPCon alla corrosione da contatto, sottolineando la reattività elettrochimica della metallizzazione come potenziale rischio per il funzionamento a lungo termine del modulo” ha dichiarato al pv magazine l’autore principale della ricerca, Bram Hoex. “Questo studio fornisce approfondimenti cruciali sui meccanismi di degrado delle celle TOPCon, essenziali per ottimizzare le prestazioni e migliorare l’affidabilità a lungo termine di questi moduli”.

Hoex ha spiegato che lo studio è complementare al precedente lavoro del gruppo di ricerca e lo amplia grazie all’utilizzo di due tipi di sali contenenti sodio che hanno permesso ai ricercatori di osservare le differenze nelle reazioni chimiche che avvengono. “Questa migliore comprensione della chimica sottostante che spiega la degradazione è fondamentale per migliorare ulteriormente la stabilità di TOPCon”, ha aggiunto.

Il gruppo ha pubblicato un primo documento alla fine di aprile, in cui ha identificato tre nuovi tipi di guasti ai moduli solari TOPCon che non erano mai stati rilevati nei pannelli PERC. Il lavoro intendeva valutare l’impatto delle distinte dei materiali (BOM) sull’affidabilità delle celle solari PERC e TOPCon disponibili in commercio.

“I risultati sono stati piuttosto sorprendenti per noi”, ha dichiarato Hoex a pv magazine. “Ci aspettavamo che l’elastomero poliolefinico (POE) in generale avesse buone prestazioni, ma abbiamo scoperto che alcuni POE hanno avuto prestazioni molto scarse. Ciò è probabilmente dovuto ai diversi additivi utilizzati nei POE, che reagiscono con il flusso di saldatura e la metallizzazione, provocando la corrosione da contatto”.

Nella nuova ricerca, gli scienziati hanno riscontrato differenze significative tra la sensibilità della parte anteriore e posteriore delle celle solari TOPCon quando la degradazione è stata indotta da due sali contenenti sodio – bicarbonato di sodio (NaHCO3) e cloruro di sodio (NaCl).

Gli studiosi hanno condotto i test con celle solari TOPCon di tipo n G1 da 158,75 mm x 158,75 mm con 5 busbar. L’efficienza media di conversione della potenza è stata del 23,1%.

Sul lato anteriore, i dispositivi sono stati realizzati con un emettitore a diffusione di boro ricoperto di ossido di alluminio (Al2O3) e nitruro di silicio (SiNx), oltre a uno stack di ossinitruro di silicio (SiOyNz) che fornisce la passivazione superficiale e agisce come rivestimento antiriflesso (ARC). Sul lato posteriore, le celle presentavano un’architettura TOPCon basata su uno strato di ossido di silicio (SiO2) a effetto tunnel accoppiato a uno strato di poli-Si drogato con fosforo e a uno strato di SiNx ARC.

“La metallizzazione sul lato anteriore comprendeva una combinazione di argento (Ag) e alluminio (Al, 3-5 at.%) come materiale conduttore, mentre il contatto metallico sul lato posteriore era costituito esclusivamente da Ag per la conduzione”, hanno spiegato i ricercatori.

Il test DH85 è stato condotto utilizzando immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) su cinque campioni di cellule: cellule di riferimento trattate solo con acqua deionizzata (DIW), cellule esposte a NaHCO3 sul lato anteriore, NaHCO3 sul lato posteriore, cellule esposte a NaCl sul lato anteriore e cellule esposte a NaCl sul lato posteriore.

Per quanto riguarda il primo gruppo, gli scienziati hanno scoperto che l’esposizione delle celle TOPCon a un’elevata umidità e a temperature elevate per periodi prolungati non ha portato intrinsecamente alla degradazione. Per gli altri gruppi, invece, la degradazione dell’efficienza è stata significativa.

“Il nostro test accelerato con NaCl causa un’estrema degradazione dell’efficienza di conversione dell’energia, con una riduzione relativa del 92%, mentre NaHCO3 provoca una riduzione relativa dell’efficienza del 5%”, ha dichiarato Hoex. “Il meccanismo principale di degradazione è un aumento significativo della resistenza in serie (Rs), probabilmente dovuto a reazioni elettrochimiche all’interno della pasta argento-alluminio (Ag/Al)”.

“Applicato sul retro della cella solare TOPCon, il NaHCO3 aumenta la ricombinazione e deteriora i contatti, portando a una riduzione dell’efficienza del 16% dopo sole 100 ore di test DH85” ha aggiunto Hoex. “Al contrario, NaCl aumenta principalmente la ricombinazione e non sembra influire sui contatti, causando una perdita di efficienza del 4%. Ulteriori indagini rivelano meccanismi di degrado nei contatti metallici posteriori, in particolare l’ossidazione all’interfaccia Ag-Si”.

Gli scienziati hanno sottolineato che le paste Ag/Al sono esposte a rischi di stabilità a lungo termine quando sono esposte a contaminanti a livello ionico e hanno affermato che dovrebbero essere studiate altre combinazioni di livelli ionici.

“In sintesi, questo studio rivela che i meccanismi di degradazione da contatto TOPCon sono significativamente influenzati dalla combinazione di ioni e composizioni della pasta”, hanno dichiarato i ricercatori. “Offre una visione cruciale dei modelli di degradazione e dei fattori sottostanti che influenzano i contatti metallici delle celle solari TOPCon, aiutando potenzialmente nella valutazione dell’affidabilità a livello di modulo”.

I risultati sono disponibili nell’articolo “Unveiling the origin of metal contact failures in TOPCon solar cells through accelerated damp-heat testing“, pubblicato su Solar Energy Materials and Solar Cells. Il team di ricerca comprendeva anche accademici dell’Università di Nantong e dell’Università Jiao Tong di Shanghai in Cina.

In un altro studio pubblicato all’inizio di aprile, lo stesso team di ricerca ha collaborato con gli scienziati del produttore cinese di pannelli Jolywood per progettare un processo di cottura assistito da laser nella produzione di celle solari TOPCon che, a quanto risulta, può aumentare la qualità dei contatti e la resistenza alla corrosione, riducendo al contempo i costi di produzione.

Chiamata Jolywood Special Injected Metallization (JSIM), la nuova tecnica consiste in un processo di cottura assistito da laser che utilizza una pasta d’argento (Ag) personalizzata per la formazione del contatto frontale delle celle solari TOPCon. Si tratta di una tecnica di cottura a bassa temperatura che ha lo scopo di facilitare la penetrazione della pasta attraverso il rivestimento antiriflesso frontale della cella.

“La tecnologia JSIM è già in produzione ad alto volume da parte di Jolywood e anche altre aziende stanno sviluppando e implementando le proprie versioni di cottura assistita da laser”, ha dichiarato all’epoca l’autore principale della ricerca, Bram Hoex, a pv magazine. “Jolywood è stato uno dei primi produttori a introdurre la tecnologia TOPCon nella produzione in grandi volumi”.

I presenti contenuti sono tutelati da diritti d’autore e non possono essere riutilizzati. Se desideri collaborare con noi e riutilizzare alcuni dei nostri contenuti, contatta: editors@nullpv-magazine.com.