4.5 Warstwy pasywacyjne
Powłoki pasywacyjne mają na celu zapobieganie procesom obniżającym wydajność konwersji ogniwa fotowoltaicznego.
Pierwszym procesem jest rekombinacja ładunków na elektrodach. Procesy rekombinacji zachodzą we wszystkich częściach ogniwa, w tym na elektrodach, choć najintesywniejsze są w warstwie aktywnej. Ładunki z elektrody powinny być przekazywane z elektrod do obwodu zewnętrznego, rekombinacja zmniejsza ilość ładunków przekazywanych, a więc wydajność konwersji. Zapobiega się temu wytwarzając w wyniku reakcji chemicznej szczelną, cienką i odporną na korozję warstwę pasywacyjną. Drugim procesem, któremu zapobiega pasywacja, jest utlenianie elektrod. Utlenianie powoduje zmianę (pogorszenie) parametrów ogniw fotowoltaicznych.
W przypadku ogniw fotowoltaicznych warstwy pasywacyjne są umieszczane na przedniej lub tylnej powierzchni ogniwa. Najpopularniejsze są jednak systemy z warstwą pasywacyjną pomiędzy warstwą krzemu, a elektrodą metaliczną. Uproszczone schematy ogniw z warstwą pasywacyjną zostały przedstawione na Rys. 1.
Przykładowy proces pasywacji opracowany przez SoLayTec, InPassion został przedstawiony na filmie "SoLayTec InPassion ALD for Al2O3". Przedstawia on osadzanie warstw tlenku aluminium \( Al_{2}O_{3} \) techniką osadzania warstw atomowych ALD (ang. atomic layer deposition).
.
Przykładowym sposobem pasywacji krzemu jest jego utlenianie. Na otrzymany w wyniku utleniania ditlenek krzemu ( \( SiO_{2} \)) nakładane jest następnie aluminium. Warstwy poddaje się dodatkowej obróbce w 400 \( _{}^{o}\textrm{C} \). Niestety sam proces obróbki wysokotemperaturowej wpływa negatywnie na właściwości elektryczne krzemu [1]. Alternatywnymi warstwami pasywacyjnymi mogą być warstwy z azotku krzemu.
Ogniwa z dolną warstwą pasywacyjną zostały wytworzone i wprowadzone do masowej sprzedaży. Najpopularniejszymi typami ogniw są1:
- PERC (ang. passivated emitter and rear cell),
- PERL (ang. passivated emitter, rear locally diffused),
- PERT (ang. passivated emitter, rear totally diffused) [2].
Użyty w nazwie termin "pasivated emitter" rozumiany jest w tym przypadku jako górna warstwa ogniwa. We wszystkich przypadkach warstwa emitera poddana jest procesowi pasywacji. Dodatkowo pasywowana jest powierzchnia pomiędzy półprzewodnikiem, a elektrodą metaliczną. Ogniwa PERC mają warstwę pasywacyjną spełniającą funkcję refleksyjną. Fotony odbite od warstwy pasywacyjnej trafiając do absorbera, zwiększając liczbę wygenerowanych nośników ładunku. Zasada działania ogniw PERL jest podobna, z uwzględnieniem, że dolna warstwa pasywacyjna jest rozproszona (składa się odseparowanych elementów). W ogniwie PERT przednia i tylna powierzchnia ogniwa monokrystalicznego są pasywowane. Tylna elektroda jest lokalnie rozproszona tylko na stykach metalowych, aby zminimalizować rekombinację przy zachowaniu dobrego kontaktu elektrycznego [3]. Ogniwa z warstwami pasywacyjnymi w standardzie stają się coraz popularniejsze. Na podstawie prognoz z ITRPV (International Technology Roadmap for Photovoltaic), technologie PERC będą miały \( 55\% \) udział w rynku paneli do 2027 r. [4].
Przypis
1. Ogniwa opisano w rozdziałach: 6.2 Ogniwa z elektrodami typu PERL i 6.7 Ogniwa fotowoltaiczne typu PERC i PERT.Bibliografia
1. A. G. Aberle: Surface passivation of crystalline silicon solar cells: a review, Progress in Photovoltaics 2000, Vol. 8, Iss. 5, pp. 473-487.2. J. Zhao, A. Wang, M. A. Green: High-efficiency PERL and PERT silicon solar cells on FZ and MCZ substrates, Solar Energy Materials and Solar Cells 2001, Vol. 65, Iss. 1-4, pp. 429-435, dostęp:14.12.2020
3. B. Szymański: Moduły fotowoltaiczne PERC – Co je wyróżnia i dlaczego zdobywają rynek?, GLOBEnergia 2017/6, dostęp:09.07.2020
4. M. Fisher: ITRPV 11th edition, October 2020, key findings - maturity report update, International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), dostęp:10.11.2020