호주 뉴사우스웨일스 대학교(UNSW) 연구진은 습열 조건에서 터널링 산화물 패시베이션 접촉(TOPCon) 태양 전지 내 금속 접촉부의 부식에 대한 다양한 플럭스 유형의 영향을 평가했습니다. 그 결과, "노-클린" 플럭스가 전면 은-알루미늄(Ag-Al) 접촉부의 심각한 부식을 유발할 수 있다는 것을 보여주었습니다.

습열(DH) 테스트는 광전 장치를 85°C 및 85% 습도에 최소 1000시간 동안 노출시켜 이러한 극한 조건에서 모듈의 신뢰성을 평가하는 가속 노화 테스트입니다. "본 연구는 광전지 제조업체에게 생산 초기에 플럭스 관련 신뢰성 문제를 식별하는 빠르고 저렴한 방법을 제공하여 습기로 인한 부식으로 인한 보증 청구 및 성능 손실을 줄입니다."라고 논문의 교신 저자인 Bram Hoex가 말했습니다.

플럭스는 강력한 금속 결합을 보장하기 위해 솔더 리본 표면에서 산화물 층을 제거하기 위해 모듈 조립 중에 사용됩니다. 연구팀은 세척이 필요 없고 산화물 층을 제거하고 강력한 결합을 형성하지만 소량의 비전도성 잔류물을 남기는 "노-클린" 플럭스에 초점을 맞췄습니다.

테스트는 카르복실산을 기반으로 하는 플럭스 A와 말산을 기반으로 하는 플럭스 B, 두 가지 상업용 플럭스를 사용했습니다. 2019년, 2022년, 2023년에 레이저 강화 접촉 최적화(LECO) 공정을 사용하여 세 개의 n형 TOPCon 셀을 생산했습니다. 연구진은 셀이 전면 붕소 도핑된 에미터가 알루미늄 산화물(Al₂O₃)과 질화 규소(SiNx)로 덮여 있고 스크린 인쇄된 은색 그리드 라인이 있는 유사한 구조를 가지고 있음을 언급했습니다. 후면은 이산화 규소(SiO₂), 인 도핑된 폴리실리콘, SiNx 및 동일한 은색 그리드 라인으로 구성되었습니다.

샘플은 전면 플럭스 A, 전면 플럭스 B, 후면 플럭스 A, 후면 플럭스 B 및 플럭스 처리하지 않은 대조군, 5개의 그룹으로 나뉘었습니다. 플럭스는 스프레이로 도포하고 최대 10분 동안 85°C 핫플레이트에서 건조했습니다.

분석 결과, "노-클린" 플럭스 잔류물이 습열 조건에서 TOPCon 전면 Ag-Al 접촉부의 상당한 부식을 유발하여 직렬 저항을 증가시키고 효율을 감소시키는 것으로 나타났습니다. Hoex는 "할로겐 함유 플럭스 A가 플럭스 B보다 훨씬 더 부식성이 높지만, 둘 다 상당한 열화를 유발할 수 있습니다."라고 언급했습니다.

연구팀은 또한 후면 은 페이스트가 더 큰 화학적 안정성으로 인해 열화가 거의 나타나지 않았으며, 더 조밀한 금속화 구조와 낮은 알루미늄 함량이 부식 저항성을 향상시켰다는 것을 발견했습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구진은 모듈 포장 전에 포장되지 않은 셀에 습열 테스트를 수행하여 플럭스 관련 위험을 신속하게 식별할 것을 권장합니다. 또한 저할로겐, 산 최적화 플럭스 제형을 선택하고 플럭스 침투를 제한하기 위해 금속화 페이스트의 조성 및 구조를 최적화할 것을 권장합니다.

연구 결과는 "TOPCon 태양 전지에서 솔더 플럭스 유도 부식의 영향 평가"라는 제목으로 Solar Energy Materials and Solar Cells 저널에 게재되었습니다.

이전에 UNSW와 Canadian Solar의 공동 연구를 통해 플럭스 선택이 TOPCon 및 이종 접합(HJT) 셀의 신뢰성에 중요하다는 것이 확인되었습니다. 한국전자통신연구원(KETI)의 별도 연구팀은 상업용 플럭스가 HJT 셀의 인듐 주석 산화물(ITO) 전극을 부식시켜 조기 열화의 위험을 초래할 수 있음을 발견했습니다. UNSW는 또한 UV 유도, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 캡슐화 및 나트륨 이온 노출 하에서 TOPCon 셀의 열화 메커니즘을 탐구하여 PERC 모듈에서는 볼 수 없는 다양한 고장 모드를 밝혀냈습니다.