Återställning av PID-degraderade CIGS-solceller

Originalartikeln finns att läsa här

För solcellsmoduler som har kopplats i serie kan spänningen för systemet vara mycket hög. Detta har visat sig kunna ge upphov till degradering av solcellerna, vilket kallas potential-inducerad degradering (PID) och leder till en försämring av modulernas verkningsgrad. För att undvika detta kan man utforma elkretsen på ett särskilt sätt, men det kan också vara intressant att utreda orsaken till fenomenet och möjliga sätt att undvika det. PID har redan undersökts väl för de konventionella kiselsolcellerna, men det är relativt outforskat vad gäller tunnfilmssolceller. I denna studie undersöktes dynamiken för PID för CIGS-solceller med två olika bufferlager, och möjligheten att återställa degraderingen av dessa med tre olika metoder.

Solceller med Mo/CIGS/bufferlager/i-ZnO/ZnO:Al/Ni-Al-Ni-kontakt tillverkades på ett glassubstrat med ett bufferlager av CdS respektive Zn(O,S). Dessa degraderades med ett elektriskt fält mellan glasets baksida och gränsytan mellan glas och Mo. I den första återställningsmetoden, etsning, etsades de övre lagrena ner till CIGS-skiktet bort och ersattes med nya lager. I den andra metoden, acceleration, placerades solcellerna i ett motsatt elektriskt fält till det som de degraderats i. I den tredje metoden, förvaring, förvarades proverna i mörker vid 22 grader. Solcellerna med Zn(O,S) som bufferlager testades enbart i den accelererade metoden. Proverna analyserades innan behandling, efter PID och efter återställning.

Efter PID-behandlingen hade alla provers verkningsgrad sjunkit till nära noll. Proverna med CdS-bufferlager förbättrade sin prestanda med både accelerations- och förvaringsmetoderna. Den snabbaste metoden för återställning, åtminstone initialt, var etsning. För prover med Zn(O,S)-bufferlager såg ingen förbättring av verkningsgraden. Djupprofileringen visade att de degraderade solcellerna innehöll ökade halter av natrium (Na) i CdS-lagret och i den översta tredjedelen av CIGS-lagret. Efter acceleration minskade Na-halten i CdS-lagret, dock var den högre än innan försöket. För Zn(O,S)-proverna var Na-halten högre i hela CIGS-lagret, särskilt i den övre tredjedelen. Efter acceleration minskade Na-halten, men den var fortfarande högre än från början och jämfört med CdS-proverna som återställts med acceleration.

Bufferlagret påvisades alltså ha stor betydelse för PID och återställningen. För CdS-prover verkar bufferlagret ta upp Na, och ursprunget till degraderingen vara i antingen bufferlagret, i gränsytan till CIGS eller i övre delen av CIGS-lagret. Detta stöds av förbättringen i prestanda av etsningen, då CdS-lagret ersattes och CIGS-ytan förnyades. För Zn(O,S)-proverna fungerade bufferlagret som en barriär för Na, vilket ledde till en betydligt högre Na-halt i CIGS-lagret. Mycket lite förbättring sågs i prestandan för dessa prover, som därför verkade vara permanent degraderade. Eftersom halten Na fortfarande var hög i de återställda CdS-proven, vars elektriska prestanda nästan helt uppgått till ursprungliga värdena, kan degraderingen dock inte enbart kopplas till den absoluta Na-halten. För detta kan ytterligare analyser behövas.