Diskussion

I dokument Kandidatexamen i Teknisk Fysik, TFGC01 (sidor 21-25)

I figur 13a och 14a syns ett förväntat resultat av en multikristallin PERC-cell i leveranstillstånd med homogent fördelade defekter och korngränser. Det syns även tydligt att 13a och 14a är systerceller. Defekter och korngränser har samma position i båda cellerna. De fyra områdena i varje cell som representeras i figur 15 och 16 visar även de att cellerna är systerceller. Systerceller är celler vars kisel lager är tagna bredvid varandra i gjutet kisel, det medför att kornstrukturen är mycket liga för de båda cellerna.

Den inhomogena degraderingen som observeras i figur 13b skulle kunna bero på att belysningen på cellen inte är konstant 1000𝑊/𝑚2 över hela cellen. En variation mellan olika punkter antas finnas. En sådan variation skulle kunna beskriva varför degraderingen är lägre längs kanterna. Det är känt degraderingens storlek och hastighet beror på ljusstyrkan och temperaturen [4]. Om ljusstyrkan är lägre kan degraderingen antas bli lägre.

Värmeplattan antas hålla en konstanttemperatur.

Att fler korngränser syns i LBIC-skanningarna efter degraderingen beror högstroligt på att degraderingens storlek varierar mellan dessa områden. Korngränserna har efter degradering högre IQE än kornen. Det går därför att säga att degraderingen är större i kornen än i de små korngränserna. Fler korngränser kan observeras i 13b samt i figur 15.

Degraderingsförloppet för prov 2 som representeras i figur 17A och 17B, skiljer sig mycket från den för prov 1. Degraderingen är betydligt mindre för prov 2 än för prov 1. Av det kan man utläsa att den eller de dominerande degraderingsmekanismerna för LeTID har en högre aktiveringsenergi än den som fås av den termiskaenergin vid rumstemperatur. Detta anses vara ett rimligt resultat, då tidigare experiment har kunnat visa att PERC-celler inte lider av kraftig degradering förrän den förhöjda temperaturen når 50°C [4]. Samma resultat observeras i LBIC-skanningarna där ingen större skillnad kan hittas mellan 14a och b, samt för bilderna i figur 16.

Den degradering som kan observeras är en liten sänkning av IQE nära de allvarliga defekterna, det syns tydligt i figur 16. Det skulle betyda att en liten ljusaktiverad degraderingsmekanism sker nära defekterna. Det skulle även betyda att en annan eller flera mekanismer sker vid defekterna för det varma provet. Att endast en liten minskning i IQE kan observeras för prov 2 stämmer bra med det resultat som erhålls i figur 17A och B.

De vertikala raderna med punkter som kan observeras i figur 15 och 16 tros vara öppningarna i passiveringslagret. Det känns rimligt då en förhöjd rekombination vid öppningarna borde ske på grund av fördelning av energinivåer i bandgapet, se figur 6a. Att dessa punkter inte går att observera efter degradering i figur 15, antas bero på att degraderingen i kornen är högre än den vid öppningarna i passiveringslagret. Skillnaden i IQE mellan kornen och öppningarna blir då mindre och svårare att observera. I figur 16 kan dessa punkter observeras båda före och efter degradering vilket tyder på att belysningen inte påverkar passiveringslagret och dess öppningar.

Degraderingsexperiment liknande det som utförs för prov 1 har visat samma degraderingsförlopp, med högre degraderingshastighet i början för att sedan plana ut. Men storleken på degraderingen och hur många timmar som behövs för att nå maximal degradering, har varierat mellan olika experiment. Variationen tros bero på skillnader i laborationsmiljö, det vill säga olika temperaturer och skillnader i ljusstyrka [3]. Skillnader i tillverkningen av solcellen som används har genererat variation av degraderingsstorlek [6]. Experiment har kunnat visa skillnader i degraderingsförlopp beroende från vilken del

22

av det gjutna kislet, det aktiva lagret kommer ifrån. Dessa faktorer gör det svårt att jämföra exakta siffror för degraderingen, men de resultat som erhållits här anses vara rimliga och degraderingsförloppet överensstämmer med tidigare genomförda experiment.

Om den snabba degraderingen i början för prov 1 skulle bero på de BO-komplex och FeB pars upplösning, skulle samma sak även ha skett för prov 2. Då det inte sker en snabb degradering för prov 2 tyder det på att BO-komplex och FeB pars upplösning inte kan vara en dominerande degraderingsmekanismen för proven. BO-komplex och FeB pars upplösning är ljusaktiverade mekanismer (LID mekanismer) [1], som borde ha skett för båda proverna. Flera experiment har kommit fram till den slutsatsen att BO-komplex och FeB pars upplösning inte har någon dominerande inverkan på LeTID [2] [4] [3].

Teorin som Bredemeier presenterar i [6] skulle kunna beskriva de erhållna graferna i figur 17A och 17B. Teorin går ut på att det i kislet finns många metallslaggpariklar som under rapid thermal annealing (RTA) löser upp sig och bildar lösta atomer i kristallgittret 𝑀𝑖. De lösta atomerna kan då binda till andra orenheter X i materialet såsom syre, kväve och kol och 𝑀𝑖− 𝑋 komplex bildas. 𝑀𝑖− 𝑋 antas bidra lite till rekombination. När provet belyses under förhöjd värme ändrar komplexen konfiguration till 𝑀𝑖− 𝑋 som agerar som mer aktiva rekombinationscentrum. Det skulle beskriva den snabba degraderingen i början. Vid fortsatt belysning och värme delar komplexen upp sig till 𝑀𝑖 och 𝑋. 𝑀𝑖 antas i teorin vara ett mycket aktivt rekombinationscentrum vilket beskriver den långsammare degraderingen.

Tillslut diffunderar 𝑀𝑖 och fastnar vid till exempel korngränser och ytan där de inte längre gör lika stor skada. Det sista steget skulle kunna beskriva den regenerering som bland annat beskrivs i [2] och [4]. Prov 2 skulle då inte aktivera processen som bildar 𝑀𝑖− 𝑋 komplex och då inte degradera på samma sätt. Bredemeirs teori anses vara rimlig, då det för LID är känt att BO-komplex och FeB pars upplösning är de dominerande mekanismerna. Det är känt att dessa typer av mekanismer ger upphov till degradering hos solceller, det är därför inte otroligt att det skulle vara liknande mekanismer som sker för LeTID.

Att degraderingsförloppet överensstämmer med vad Bredemeiers model beskriver går att se i resultatet. Det skulle dock vara intressant att likt Bredemeiers experiment [6] ta reda på vilka metallföroreningar kislet innehåller samt vilka koncentrationer det är av de.

I figur 17b representeras tomgångsspänningens degraderingsförlopp. Under de 10 första timmarna er hålls ett resultat som skulle kunna liknas vid en sinuskurva. Då detta resultat erhålls för båda proven så är det inte osannolikt att det är någon mekanism som sker för båda cellerna under de 10 första timmarna. Det går dock inte att utesluta att det är små mätfel. Fler experiment krävs för att fastställa om det är något och i så fall vad det är som sker. Då det sker i båda proverna skulle det kunna vara en mekanism som aktiveras av belysningen. Det som sker under de 10 första timmarna beskrivs inte av Bredemeiers teori [6], dock är det inte omöjligt att det kan vara bildande och upplösning av olika komplex i materialet som ger upphov till vågen under de första 10 timmarna. Sinuskurvan anses dock inte vara nån dominerande degraderingmekanism.

Fill factor som representeras i figur 17C, anses inte påverkas av degradering.

Standardavvikelsen är större än variationen i mätningarna, vilket tyder på att det skulle kunna vara oförändrat. Det är rimligt då FF bland annat beror på resistanser i cellen och inte på kortslutningsström och tomgångspänning. Storleken på rekombinationen borde inte påverka resistansen i någon större grad. Resistansen i materialet är en materialkonstant som inte borde påverkans nämnvärt av ljus-och värmebehandling.

23

Översiktsbilderna efter degradering, figur 13b och 14b, visar att det är degraderingen av de områden utan lokala defekter som är dominerande. I de fina områdena där kristaller är mest kontinuerliga sker den största degraderingen. Bredemeiers teori kan beskriva degradering av de områdena som erhållits [22].

I figur 18 visas en quioteitent bild av område A. En quioteitent bild är en bild som jämför två andra bilder genom att placera de ovanpå varandra. I Figur 18 indikerar rött oförändrat och lila mycket förändrat. Det som kan observeras för prov 1 är att det finns en viss variation mellan olika lokalt defektfria områden. Detta kan bero på att metalldefektstätheten kan variera mellan områdena, vilket fortfarande skulle kunna beskriva av Bredemeiers teori. För prov 2 kan ingen ny information erhållas.

Det som tydligt framgår i figur 19 är att korngränserna är oförändrade eller i alla fall minst förändrade om vi jämför med omgivningen. Vi kan även se att en del korngränser får högre EQE efter belysning, de röda partierna. Vi kan likt de andra bilderna av prov 1 se fler korngränser i quioteitenta bilder än i bilderna gjorda vid leverans. Det är här tydligt att de lokalt defektfria områdena påverkas mycket. Det som observeras här är dock att områdena närmast kornen lider av större degradering än som tidigare observeras i figur 15. Det skulle

Figur 18. Quioteitent bild av prov 1 till vänster och prov 2 till höger.

Figur 19. Prov 1 område A. Till höger en quioteient bild där före och efter degraderingen jämförs.

24

kunna bero på att metalldefektetstätheten är högre där. Det skulle även kunna bero på att det nära defekter sker andra degraderingsmekansimer.

Den degradering som observeras vid korngränser och defekter kan beskrivas av Bredemeiers teori. Degraderingen i korngränser är inte lika stora som de för de lokalt defektfria områdena, vilket är rimligt. Metallkomplex i en fin periodisk kristall borde göra mer skada en ett metallkomplex i en allvarlig defekt. Degraderingen som observeras vid de allvarliga defekterna anses vara större för prov 1 än för prov 2. Det skulle kunna medföra att det är minst 2 mekanismer som sker. En ljusaktiveras vilket även observeras för prov 2 samt en som aktiveras av termisk energi. Den som aktiveras av värmen skulle kunna beskrivas av Bredemeier. Det skulle även kunna vara så att värmen accelererar mekanismen som observeras för prov 2.

LBIC-mätningar görs endast med en våglängd av ljus till skillnad från I-V värdena som tas fram av ljus från hela spektret. Det kan medföra att resultatet från LBIC-mätningarna och I-V värdena kan skilja sin lite från varandra.

Vid sista mätningen uppkom en spricka när prov 1 skulle laddas i utrustningen, se figur 20. Sprickan anses inte påverkat resultatet. En ytterligare LBIC-skanning av prov 1 genomfördes, då utrustningen kopplades till en annan punkt. Det resultatet var identiskt med det resultat erhållet när utrustningen kopplades till sprickan.

Silverpastan som appliceras för att göra fram- och bakkontakten kontinuerlig visar inga tendenser till att påverka resultatet. Förstorad bild över området med silverpasta visas i figur 21. Det är dock oklart om silverpastan vid högre förhöjd temperatur skulle kunna påverka resultatet.

Figur 20. Spricka vid framkontakt.

Figur 21. LBIC-bilder för prov 1 vid de område där fram- och bakkontakt görs kontinuerliga med silverpasta.

25

I dokument Kandidatexamen i Teknisk Fysik, TFGC01 (sidor 21-25)

Relaterade dokument