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Auswirkung von Silizium-Materialvariationen auf das Degradations- und Regenerationsverhalten von Solarzellen

Auswirkung von Silizium-Materialvariationen auf das Degradations- und Regenerationsverhalten von Solarzellen

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WEINERT, Nicolas, 2021. Auswirkung von Silizium-Materialvariationen auf das Degradations- und Regenerationsverhalten von Solarzellen [Bachelor thesis]. Konstanz: Universität Konstanz

@mastersthesis{Weinert2021Auswi-56930, title={Auswirkung von Silizium-Materialvariationen auf das Degradations- und Regenerationsverhalten von Solarzellen}, year={2021}, address={Konstanz}, school={Universität Konstanz}, author={Weinert, Nicolas} }

2022-03-22T07:27:01Z Im Rahmen dieser Arbeit konnten einige Effekte und Einflüsse, welche die Degradations- und Regenerationskinetik von Silizium-PERC-Solarzellen beeinflussen, untersucht werden. Der Schwerpunkt lag dabei bei der Untersuchung verschiedener Materialvariationen, insbesondere Kontaminationen. Das Degradations- und Regenerationsverhalten wurde anhand der bestimmten DeltaVOC-Werte untersucht. Aus diesen Werten wurden für einen genaueren Vergleich zwischen den Materialvariationen die Raten der Degradation und Regeneration in Abhängigkeit der Degradationstemperatur und daraus die Aktivierungsenergien bestimmt. Als Referenz für die mc-PERC-Solarzellen wurde eine mit Bor-dotierte Zelle verwendet. Ein Vergleich, zwischen der Referenz-Zelle und einer sauerstoffarmen mc-PERC-Zelle, hat keinen signifikanten Unterschied im Degradations- und Regenerationsverlauf gezeigt. Durch weitere Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Sauerstoffkonzentration keinen, oder einen sehr geringen Einfluss auf das Degradations- und Regenerationsverhalten der Solarzellen hat. Dies ist ein Indiz dafür, dass es sich bei dem beobachteten Degradations- und Regenerationsmechanismus um den als LeTID bekannten Defekt handelt. Durch die Untersuchung einer metallarmen Zelle, konnte der Einfluss von metallischen Kontaminationen auf die Degradationskinetik gezeigt werden. Eine geringe Konzentration an metallischen Verunreinigungen bewirkt eine beschleunigte Degradation. Dies spiegelte sich anhand der bestimmten Raten wieder. Die aus den Raten bestimmten Aktivierungsenergien der Degradation zeigen deutlich erhöhte Werte. Zudem konnte beobachtet werden, dass der reduzierte Metallgehalt keinen Einfluss auf das Regenerationsverhalten hat. Durch die Untersuchung von mc-PERC-Solarzellen mit einer erhöhten Konzentration an Aluminium, konnte eine leichte Verzögerung der Degradation und eine starke Verzögerung der Regeneration festgestellt werden. Es konnte eine erhöhte Aktivierungsenergie sowohl für die Degradation, als auch für die Regeneration bestimmt werden. Ein möglicher Ansatz um dieses Verhalten zu erklären, ist die Bindungsenergie (gemessen im dunkeln) von Al-H-Paaren, welche im Vergleich zu B-H-Paaren erhöht ist. Unter der Voraussetzung, dass die Degradation und Regeneration durch das Lösen der Al-H-Paare entsteht, würde das die erhöhte Aktivierungsenergie der Degradation und Regeneration erklären [39]. Bei dem Vergleich der Referenz-Zelle mit Titan und Nickel kontaminierten PERC-Zellen, konnte eine verzögerte Degradation festgestellt werden. Die Werte der Aktivierungsenergie der Degradation sind durch die Zugabe von Nickel oder Titan deutlich erhöht. Für die Regeneration konnte eine ähnliche Verzögerung wie für die Aluminium-kontaminierte Zelle festgestellt werden. Die Aktivierungsenergie der Regeneration der mit Nickel kontaminierten Zelle ist dabei vergleichbar zu der Aktivierungsenergie der Referenz-Zelle, während die Aktivierungsenergie der Regeneration von Titan deutlich darunter liegt.<br />Für die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Dotierungen auf das Degradations- und Regenerationsverhalten von Cz-PERC-Solarzellen wurde eine Bor-dotierte Zelle als Referenz verwendet. Untersuchungen an einer Bor-Aluminium-kodotierten Zelle haben anhand der DeltaVOC-Werte keinen erheblichen Einfluss auf die Degradation gezeigt. Auch wenn anhand der bestimmten DeltaVOC-Werten kein deutlicher Unterschied zur Referenz-Zelle zu erkennen ist, zeigen die bestimmten Raten und Aktivierungsenergien der schnellen und langsamen Degradation ein völlig unterschiedliches Verhalten als die Referenz-Zelle. So zeigt beispielsweise die langsame Degradation einen deutlichen Anstieg der Aktivierungsenergie. Bei der Regeneration zeigt die Bor-Aluminium-kodotierte Zelle im Vergleich zur Referenz eine deutliche Verzögerung der Regeneration, was anhand der bestimmten Raten bestätigt werden konnte. Für die Aktivierungsenergie der Regeneration wurde ein größerer Wert als für die Referenz-Zelle bestimmt. Diese Erhöhung der Aktivierungsenergie der Degradation und Regeneration wurde ähnlich wie bei der Aluminium-kontaminierten mc-PERC-Zelle aufgrund der größeren Bindungsenergie der Al-H-Paare erklärt. Die Degradation und Regeneration einer undotierten Cz-PERC-Solarzelle mit einem Basiswiderstand von ca. 40 Ohmcm zeigt im Vergleich zur Referenz-Zelle ein verzögertes Degradations- und Regenerationsverhalten, welches mit dem der Bor-Aluminium-kodotierten Zelle vergleichbar ist. Die Aktivierungsenergien der Degradation und Regeneration sind im Vergleich zur Referenz-Zelle erhöht. Das verzögerte Verhalten der undotierten Probe lässt sich dabei möglicherweise auf die geringere Bor-Konzentration zurückführen. Die in dieser Arbeit untersuchten PERC-Zellen bieten einen guten Überblick über die Auswirkungen zahlreicher Materialvariationen auf das Degradations- und Regenerationsverhalten. Dies kann als Grundlage für eine weiterführende Arbeit genutzt werden, bei der eine Spezifizierung auf eine bestimmte Materialvariation und gleichzeitig mehrere Degradationsbedingungen verwendet werden. Die hier gewonnenen neuen Erkenntnisse der Cz-Bor-Aluminium-kodotierten PERC-Solarzelle legen beispielsweise einen Einfluss des Elements Aluminium auf den LeTID-Defekt bzw. dessen Regeneration nahe. Durch eine reine Aluminium-Dotierung oder eine größere Variation der Aluminiumkonzentration könnte dieser Effekt genauer untersucht werden. 2021 deu Auswirkung von Silizium-Materialvariationen auf das Degradations- und Regenerationsverhalten von Solarzellen Weinert, Nicolas Weinert, Nicolas terms-of-use 2022-03-22T07:27:01Z

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