TOPCon Güneş Hücrelerinde Üreticiye Göre Farklılaşan UV Işınım Performansı Araştırıldı

Güneş enerjisi teknolojilerinde çatı katı uygulamaları için giderek yaygınlaşan TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) hücreler, ultraviyole (UV) ışınımına maruz kaldıklarında gösterdikleri performans farklılıklarıyla mercek altına alındı. ABD'li bir araştırma ekibi, ticari TOPCon güneş hücrelerinde UV kaynaklı bozunmayı (UVID) ve ışıkla iyileşme süreçlerini inceledi. Çalışma, farklı üreticilerden temin edilen hücreler arasında UVID'ye karşı belirgin performans farklılıkları olduğunu ortaya koydu.

Üreticiler Arası Performans Farklılıkları

Bilim insanları, daha önceki araştırmaların TOPCon hücrelerinde önemli düzeyde UV kaynaklı bozunma tespit ettiğini, bu oranların PERC gibi daha eski teknolojilerle kıyaslanabilir veya daha yüksek olabildiğini belirtiyor. Ancak, yapılan yeni incelemelerde, ışık altında bekleme (light soaking) veya akım enjeksiyonu gibi yöntemlerle bu hasarın bir kısmının tersine çevrilebildiği gözlemlendi. Araştırmacılar, farklı üreticilere ait, ancak nominal olarak aynı yapıya sahip, kapsüllenmemiş M10 bifacial TOPCon hücreleri üzerinde titiz bir analiz gerçekleştirdi. Bu hücrelerin tamamının ticari amaçlı ve modül üretiminde kullanılmaya uygun olduğu vurgulandı.

Işıkla İyileşme ve Bozunma Mekanizmaları

Yapılan teknik analizlerde, lokalize harici kuantum verimliliği (EQE) ölçümleri kullanılarak, ışık altında iyileşme ve sonrasında karanlıkta meydana gelen bozunma süreçleri detaylıca incelendi. EQE sisteminin lambasından kontrollü ışık maruziyeti ile iyileşme üzerindeki doz ve dalga boyu etkileri belirlendi. Üç farklı tedarikçiden alınan hücrelerin iyileşme eğilimleri karşılaştırıldı. Analizler, aynı nominal mimariye sahip olmalarına rağmen, malzeme ve üretim süreçlerindeki farklılıkların üreticiye özgü bozunma tepkilerine yol açtığını gösterdi. Araştırmacılara göre, katman kalınlığı, kompozisyon, kompozisyon gradyanları ve mikro yapıdaki değişimler başlangıç performansını az etkilese de, uzun süreli UV maruziyetinde belirginleşiyor.

Sonuçlar ve Öneriler

UV ışınımına maruz kalma, üreticiler arasında net performans farklılıkları yarattı. Bazı tedarikçilerin hücreleri kısa devre akım yoğunluklarında yaklaşık %4 kayıp yaşarken, diğer bir tedarikçinin hücrelerinde bu oran %1'in altında kaldı. UV aralığındaki kuantum verimliliği kayıpları, bir tedarikçi için %40 civarındayken, diğer ikisi için yaklaşık %10 olarak ölçüldü. Ayrıca, UV ışığının hızlandırılmış UV yaşlandırması ve karanlık depolama sonrası performansı kısmen geri getirebildiği anlaşıldı. İyileşme, 320 nm ile 340 nm arasındaki dalga boylarında en güçlü şekilde gerçekleşti ve güneş ışığı veya uygun UV aydınlatması altında saniyeler içinde tamamlandı. En yüksek UV kaynaklı bozunmaya sahip hücrelerde ışık altında bekleme en güçlü iyileşmeyi sağladı. Bu durum, doğru ölçümler için bu yöntemin önemini vurguluyor. İyileşme seviyesi üreticiden üreticiye değişmekle birlikte, gereken ışık dozu benzerdi. Hücreler tipik olarak yaklaşık 55 saat içinde karanlıkta bozunmuş bir duruma geri döndü. Bu da, modüllerin saha koşullarında gece bozunup sabah güneşiyle hızla iyileşebileceği anlamına geliyor. Araştırmacılar, doğru ölçüm için ölçümden hemen önce ışık altında bekletmeyi ve birden fazla ışık bazlı ölçüm yapılıyorsa UV doz geçmişinin tutarlılığı korumak için dikkatlice kontrol edilmesini öneriyor. Bu bulgular, ışık kaynaklı kararsızlığın doğal gün-gece döngüsüyle aynı zaman ölçeğinde işlediğini ve uzun vadeli bozunma mekanizmalarının değerlendirilmesinde dikkate alınması gerektiğini gösteriyor. Gelecekteki çalışmaların, bu etkiyi katman kalınlığı, kompozisyon ve mikro yapı gibi ayrıntılı malzeme özellikleri ile saha modülü çalışmalarını ilişkilendirmesi, TOPCon modül bozunma modellerinin tahmin kapasitesini anlamak ve iyileştirmek için kritik öneme sahip olacak.