Photoluminescence imaging is demonstrated to be an extremely fast spatially resolved characterization technique for large silicon wafers. The spatial variation of the effective minority carrier lifetime is measured without being affected by minority carrier trapping or by excess carriers in space charge regions, effects that lead to experimental artifacts in other techniques. Photoluminescence imaging is contactless and can therefore be used for process monitoring before and after individual processing stages, for example, in photovoltaics research. Photoluminescence imaging is also demonstrated to be fast enough to be used as an in-line tool for spatially resolved characterization in an industrial environment.

Abstract Although the power conversion efficiency of perovskite solar cells has increased from 3.81% to 22.1% in just 7 years, they still suffer from stability issues, as they degrade upon exposure to moisture, UV light, heat, and bias voltage. We herein examined the degradation of perovskite solar cells in the presence of UV light alone. The cells were exposed to 365 nm UV light for over 1,000 h under inert gas at <0.5 ppm humidity without encapsulation. 1-sun illumination after UV degradation resulted in recovery of the fill factor and power conversion efficiency. Furthermore, during exposure to consecutive UV light, the diminished short circuit current density (J sc ) and EQE continuously restored. 1-sun light soaking induced recovery is considered to be caused by resolving of stacked charges and defect state neutralization. The J sc and EQE bounce-back phenomenon is attributed to the beneficial effects of PbI 2 which is generated by the decomposition of perovskite material.

Light and elevated temperature induced degradation (LeTID) can induce high power losses in photovoltaic modules built from various types of silicon wafers. After the industry's rapid transition from Boron- to Gallium-doping, it is still unclear how the new dopant atom affects the degradation process and why it entails an apparently higher resistance to LeTID. We treat identically processed Gallium-doped Czochralski silicon wafers at 16 different conditions by screening temperature and minority charge carrier density (in the following "injection"). The illumination source is regulated to keep the injection constant at each condition. This method allows for an improved quantitative analysis of the LeTID kinetics based on effective lifetime measurements. Our results show that Gallium-doping shifts the equilibrium between the formation of LeTID defects and their temporary recovery (TR) to the latter, leading to a reduced degradation extent at temperatures up to 80 °C. The efficacy of this TR-induced LeTID suppression depends delicately on both temperature and injection which explains why Gallium-doped silicon appears to be LeTID-immune at high illumination intensities. By accounting for the influence of TR, we extract activation energies and injection exponents that relate to the dominant defect transitions separately, revealing a large discrepancy to effective values reported in literature. The increased accuracy of our kinetic parameters enhances the reliability of existing efficiency models. Finally, we find that a degradation as expected under field conditions can be probed at a 100-fold accelerated rate in the lab. By shining light on LeTID kinetics in Gallium-doped silicon, we explain the dopant atoms' influence on the degradation behavior, establish a basis for precise yield modelling and formulate guidelines for accelerated test protocols.

Fully textured perovskite silicon tandem solar cells are promising for future low-cost photovoltaic deployment. However, the fill factor and open-circuit voltage of these devices are currently limited by the high density of defects at grain boundaries and at interfaces with charge transport layers. To address this, we devise a strategy to simultaneously enhance perovskite crystallization and passivate the perovskite/C60 interface. By incorporating urea (CO(NH2)2) as an additive in the solution step of the hybrid evaporation/spin-coating perovskite deposition method, the crystallization kinetics are accelerated, leading to the formation of the desired photoactive phase at room temperature. With that, perovskite films with large grain sizes (>1 μm) and improved optoelectronic quality are formed at low annealing temperatures (100°C). Concurrently, remnant urea molecules are expelled at the perovskite surface, which locally displaces the C60 layer, thus reducing interfacial non-radiative recombination losses. With this strategy, the resulting tandem solar cells achieve 30.0% power conversion efficiency.

In this contribution, we investigate the formation and dissociation of boron–hydrogen (BH) pairs in crystalline silicon under thermal equilibrium conditions. Our samples span doping concentrations of nearly two orders of magnitude and are passivated with a layer stack consisting of thin aluminum oxide and hydrogen-rich silicon nitride (Al2O3/SiNx:H). This layer stack acts as a hydrogen source during a following rapid thermal annealing. We characterize the samples using low-temperature Fourier-transform infrared spectroscopy and four-point-probe resistivity measurements. Our findings show that the proportion of hydrogen atoms initially bound to boron (BH pairs) rises with increasing boron concentration. Upon isothermal dark annealing at (163 ± 2) °C, hydrogen present in molecular form, H2, dissociates at a rate directly proportional to the concentration of boron atoms, ∝ [B−], leading to the formation of BH pairs. With prolonged annealing, an unknown hydrogen complex is formed at a rate that is inversely proportional to the square of the boron concentration, ∝ 1/[B−]2, resulting in the disappearance of BH pairs. Based on experimental observations, we derive a kinetic model in which we describe the formation of the unknown complex through neutral hydrogen H0 binding to a sink. Additionally, we investigate the temperature dependence of the reaction rates and find that the H2 dissociation process has an activation energy of (1.11 ± 0.05) eV, which is in close agreement with theoretical predictions.

Understanding the behavior of mobile ions in perovskite‐based solar cells (PSCs) is crucial for improving their performance and stability, which belong to the key hurdles in advancing this technology toward commercialization. This study explores the role of mobile ions in PSCs using the comprehensive technology computer‐aided design model which is extended to simulate the frequency‐dependent capacitance ( C–f ) of PSCs. It is compared with equivalent circuit approaches showcasing the validity and advantages of full device modeling. By combining the simulation of full measurement procedures with C–f and J–V measurements on experimental test structures, the observed C–f characteristics can be quantitatively related to performance losses in scan‐time‐dependent J–V curves, both originating from ion diffusion. With this combined analysis, insights can be provided on the physical origin and interpretation of the different C–f plateaus caused by the displacement of ions. Finally, the C–f characteristics of PSCs under illumination and the impact of band alignment and recombination at the perovskite interface are investigated. Experimental PSCs with and without electron‐transport layer passivation are fabricated, showing a good agreement between the simulated and measured C–f and pointing toward a lower surface recombination for the passivated PSC. This study shows how drift‐diffusion modeling helps to characterize and interpret capacitance‐based data.

A model for hydrogen in silicon is presented, which accounts for both in‐diffusion and out‐diffusion from a passivation layer (e.g., SiN x ), as well as the known hydrogen reactions within the silicon matrix. The model is used to simulate hydrogen diffusion and reactions during contact firing in a solar cell process, with a particular focus on variations in the cooling process, the sample thickness, and boron doping levels. The model reproduces the measured differences in hydrogen concentration due to these variations and thus helps to understand hydrogen‐induced surface degradation and the dependencies of light and elevated temperature‐induced degradation (LeTID) on the cooling process due to the close relation of LeTID and hydrogen. The same model and parameters are utilized to simulate the subsequent annealing of the fired samples at temperatures ranging from 160 to 290 °C. By successfully modeling the development of boron–hydrogen pairs during dark annealing processes across varying temperatures and doping levels, it is demonstrated that diffusion toward the Si/SiN x interface explains the observed decrease in resistivity and reductions in boron–hydrogen concentrations over extended dark annealing durations. Our simulations show the necessity of considering the depth‐dependent hydrogen distributions after the firing process for analyzing the dark annealing.