fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l’Université des Sciences et Technologies de la Chine de l’Est (East China University of Science and Technology) ont étudié le mécanisme de dégradation des électrodes à faible teneur en argent des cellules solaires à hétérojonction (HJT), dans le but de fournir des directives de conception pour la fabrication de modules photovoltaïques alliant compétitivité économique et haute efficacité.
Xiaojun Ye, auteur correspondant de l’équipe, a déclaré à pv magazine que cette étude a systématiquement examiné le comportement de vieillissement thermique des électrodes en cuivre (Cu) recouvertes d’argent (Ag) dans les cellules solaires à hétérojonction, et a révélé que l’interdiffusion entre la couche d’argent et la couche de cuivre entraîne une augmentation significative de la résistance de contact. L’étude explique non seulement le mécanisme de dégradation sous-jacent, mais fournit également des orientations clés pour la conception de stratégies de métallisation économiques, efficaces et fiables pour les modules de cellules solaires HJT.
L’étude repose sur le postulat que le comportement de vieillissement thermique des électrodes en cuivre recouvertes d’argent, en particulier la fine coque d’argent utilisée dans les encres commerciales, n’est pas encore totalement compris. Pour y remédier, les scientifiques se sont concentrés sur le processus de dégradation dans des conditions de vieillissement accéléré, en reliant l’évolution microstructurelle et les phénomènes d’interdiffusion aux performances électriques et à la fiabilité à long terme.
Au cours des expériences, les chercheurs ont utilisé une encre de cuivre recouverte d’argent composée de particules cœur-coquille, de poudre d’argent submicronique et d’une matrice de résine époxy, avec des particules de 2 à 4 micromètres et une épaisseur de coque d’argent d’environ 70 nanomètres. Cette encre a été imprimée sur des plaquettes de silicium monocristallin de type n par sérigraphie, puis séchée à 150 °C et durcie à 195 °C.
Les performances électriques des électrodes en cuivre recouvertes d’argent ont été évaluées par la méthode de la ligne de transmission (TLM). L’analyse a montré que la résistance linéique (Rline) et la résistivité de contact (ρc) augmentent toutes deux avec le temps de vieillissement, avec une forte dépendance à la température. De plus, la résistivité de contact est nettement plus sensible à la température que la résistance linéique, ce qui indique que la dégradation de l’interface est le principal facteur de défaillance des performances électriques.
Les chercheurs ont confirmé, à l’aide de techniques telles que la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie (EDS), la microscopie électronique à balayage par faisceau d’ions focalisés (FIB-SEM) et la diffraction des rayons X (XRD), que la dégradation est principalement due à l’interdiffusion entre l’argent et le cuivre ainsi qu’à la formation de défauts.
L’équipe de recherche a conclu que le comportement électrique est contrôlé par deux processus concurrents : d’une part, le frittage améliore le contact entre les particules, renforçant temporairement la connexion électrique ; d’autre part, l’interdiffusion entre l’argent et le cuivre ainsi que la formation de défauts détériorent progressivement la structure interne. À mesure que le vieillissement progresse, le second processus prend le dessus, et le réseau conducteur initialement continu se fragmente en chemins isolés et mal connectés, forçant les électrons à traverser des structures plus tortueuses et discontinues, ce qui entraîne finalement une grave dégradation des performances électriques à long terme.
Les chercheurs soulignent que l’analyse théorique montre que, dans des conditions de fonctionnement réelles, la diffusion interfaciale et l’évolution des cavités sont les principaux facteurs déterminant la fiabilité à long terme. Par conséquent, renforcer la stabilité de l’interface est essentiel pour améliorer la durabilité des dispositifs.
Les résultats de cette recherche ont été publiés sous forme d’article dans la revue Solar Energy Materials and Solar Cells, intitulé « Thermal aging-induced interdiffusion and reliability degradation in low-silver electrodes for SHJ solar cells ». L’étude fournit des informations clés pour équilibrer la réduction de l’argent et la fiabilité à long terme des modules dans la technologie HJT.
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