33.25% کارکردگی، 1000 گھنٹے بعد 96% MPPT برقراری:

مختصر جواب: ایک پیرووسکائٹ-سلیکون ٹینڈم سیل نے 1000 گھنٹے کی جانچ کے بعد اپنی زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ کی 96% برقرار رکھتے ہوئے 33.25% کارکردگی حاصل کی ہے۔ یہ امتزاج ہی اصل نکتہ ہے: ٹینڈم کارکردگی کے ریکارڈ اب رکاوٹ نہیں ہیں، استحکام ہے۔ یہ سیل سلیکون کے نچلے جنکشن کے اوپر پیرووسکائٹ کا اوپری جنکشن رکھتا ہے تاکہ ہر ایک سپیکٹرم کا وہ حصہ جذب کرے جسے وہ بہترین طور پر تبدیل کرتا ہے، اور یہی چیز کارکردگی کو سنگل-جنکشن سلیکون سیل کی تقریباً 27% حد سے کہیں آگے لے جاتی ہے۔ استحکام کے نتیجے میں 85 °C پر ڈیمپ-ہیٹ نمائش شامل تھی، اور پیمائشوں میں تقریباً 400 nm، 750 nm اور 1150 nm کی سپیکٹرل رینجز استعمال کی گئیں۔ ماڈیول مینوفیکچرنگ کے لیے، ٹینڈم سیلز صرف سلیکون کے مقابلے زیادہ تنگ لیمینیشن ونڈوز مسلط کرتے ہیں، کیونکہ پیرووسکائٹ پرت اپنے نیچے موجود سلیکون سے زیادہ نمی اور درجہ حرارت کے لیے حساس ہوتی ہے۔

PV ماڈیول مینوفیکچرنگ · از جیری، Ooitech

پروڈکٹ تعارف

پیرووسکائٹ/سلکان ٹینڈم سیلز پہلے ہی 35% کارکردگی حاصل کر چکے ہیں۔ مسئلہ استحکام کا ہے۔ یہ آلات اب بھی 25 سالہ زندگی کی تجارتی ضروریات سے بہت دور ہیں، اور بنیادی وجہ انٹرفیسز میں ہے۔ وہاں چارج جمع ہوتا ہے، اور یہ جمع ہونا ریڈوکس ردعمل اور آئن کی منتقلی کو متحرک کرتا ہے۔

بڑے پیمانے پر استعمال ہونے والی ALD-SnOx الیکٹران ٹرانسپورٹ لیئر اپنی زیادہ مزاحمت کی وجہ سے موٹائی کے توازن کے مسئلے سے دوچار ہے۔ بہت موٹی ہو تو سیریز مزاحمت بڑھ جاتی ہے۔ بہت پتلی ہو تو یہ اسپٹر نقصان یا آئن کے پھیلاؤ کو روک نہیں سکتی۔ اس کا مطالعہ کرنے کے لیے، AAA-گریڈ LED استعمال کرنے والا ایک پیرووسکائٹ کمپوزٹ MPPT ٹیسٹر جنکشن باکس سیل سرکٹ سے برقی آؤٹ پٹ جمع کرتا ہے اور ماڈیول اور بیرونی PV سسٹم کے درمیان رابطہ فراہم کرتا ہے۔ یہ بطور عمر رسیدگی روشنی کا ماخذ کئی طریقوں سے سیل کے درجہ حرارت کو کنٹرول کر سکتا ہے اور ارد گرد کے ماحول کا انتظام کر سکتا ہے، طویل مدتی استحکام کے ٹیسٹ چلا سکتا ہے۔

یہ کام ایک آل-ALD عمل کے ذریعے SnOx/AZO دوہری تہہ بناتا ہے۔ ایک انتہائی پتلی SnOx بینڈ الائنمنٹ برقرار رکھتی ہے، جبکہ ایک conductive AZO تہہ کم مزاحمت کا راستہ فراہم کرتی ہے اور ایک گھنی رکاوٹ کا کام کرتی ہے۔ یہ چارج نکالنے اور جسمانی رکاوٹ کو دو الگ الگ کاموں میں تقسیم کرتی ہے۔ اس ڈھانچے والے سنگل-جنکشن وسیع-بینڈ گیپ پیرووسکائٹ سیلز 23.47% کارکردگی تک پہنچے، اور ٹینڈم آلات 33.25% تک پہنچے۔ 1000 گھنٹے کی مسلسل روشنی کے بعد وہ اب بھی اپنی ابتدائی کارکردگی کا 96% برقرار رکھتے ہیں، جو انٹرفیس حکمت عملی کی تائید کرتا ہے۔

تکنیکی پیرامیٹرز

پیرووسکائٹ کمپوزٹ MPPT ٹیسٹر کی خصوصیات

تکنیکی فوائد

ALD دوہری تہہ کی تیاری اور برقی کارکردگی

سنگل-جنکشن ٹیسٹوں نے ظاہر کیا کہ SnOx 150 سائیکلوں پر بہترین کارکردگی دکھاتی ہے۔ زیادہ موٹی کرنے سے سیریز مزاحمت بڑھی اور فل فیکٹر گر گیا۔ مزاحمت کی حد کو کم کرنے کے لیے، مصنفین نے ALD سے اگائی گئی AZO انٹرلیئر شامل کی۔ دو اسٹیکس کا موازنہ کیا گیا: 250-سائیکل SnOx بمقابلہ 100-سائیکل SnOx کے ساتھ 400-سائیکل AZO۔

J-V پیمائشوں نے ظاہر کیا کہ SnOx/AZO کا امتزاج آلے کی کارکردگی کو بڑھاتا ہے۔ توانائی کی سطح کے تجزیے نے پایا کہ کنڈکشن بینڈ کم از SnOx سے AZO سے IZO تک نیچے جاتا ہے، جو ایک زیادہ سازگار سیڑھی نما بینڈ الائنمنٹ بناتا ہے جو انٹرفیس نکالنے کی رکاوٹ کو کم کرتا ہے۔ c-AFM نے ظاہر کیا کہ SnOx/AZO اور خالص AZO خالص SnOx سے کہیں بہتر conduct کرتے ہیں۔ KPFM نے SnOx/AZO پیرووسکائٹ فلم پر زیادہ یکساں سطحی پوٹینشل اور کم نقص کثافت دکھائی۔ ٹرانزینٹ ابزورپشن اسپیکٹروسکوپی نے SnOx/AZO کے ساتھ تیز تر کیریئر نکالنے کی تصدیق کی۔

ALD تہہ انحطاط کو دباتی ہے

روشنی کے تحت 85°C پر 400 گھنٹے کی عمر بڑھانے کے بعد، SnOx نمونوں نے UV-vis میں زیادہ لیڈ آئیوڈائڈ جذب، XRD میں دھاتی Pb⁰ ڈفریکشن چوٹیاں، اور کراس-سیکشن SEM میں انٹرفیس خلا کے ساتھ بلک نقصان دکھایا۔ SnOx/AZO نمونوں میں، انحطاط کی یہ علامات بہت کمزور تھیں۔ TOF-SIMS نے SnOx آلات میں پیرووسکائٹ تہہ میں شدید Ag دخول اور شدید I⁻ پھیلاؤ دکھایا، جبکہ SnOx/AZO آلات نے کوئی واضح آئن پھیلاؤ نہیں دکھایا۔

85% RH پر 7 دن کے بعد، SnOx سے ڈھکی فلم نے پیلا δ فیز تیار کیا، لیکن SnOx/AZO کالا رہا۔ PLQY پیمائشوں نے SnOx/AZO کے لیے عمر بڑھانے کے بعد کم غیر تابکاری ری کمبینیشن نقصان اور زیادہ PLQY برقراری دکھائی۔ KPFM نے عمر رسیدہ SnOx نمونے کے لیے سطحی نقص کثافت میں بڑا اضافہ دکھایا، جبکہ SnOx/AZO بمشکل تبدیل ہوا۔

پروڈکٹ ایپلیکیشن

سنگل-جنکشن سیل کی کارکردگی اور استحکام

ITO / NiOx / Me-4PACz / perovskite / C60 / ALD layer / Ag کے ڈھانچے والے سنگل-جنکشن آلات میں، SnOx/AZO چیمپئن 23.47% کارکردگی، VOC 1.27 V، FF 83.92%، JSC 22.07 mA/cm² تک پہنچا، ہسٹریسس واضح طور پر کم ہوا۔ EQE-انٹیگریٹڈ کرنٹ کثافت 21.62 mA/cm² تھی، جو SnOx آلے کے 20.92 mA/cm² سے زیادہ ہے۔ مستحکم پاور آؤٹ پٹ 23.12% تھا۔ Urbach توانائی 13.11 meV رہی، جو SnOx آلے کے 16.38 meV سے کم ہے۔

استحکام پر، 85°C پر 1100 گھنٹے کی تاریک عمر بڑھانے کے بعد SnOx/AZO اپنی ابتدائی کارکردگی کا 90% سے زیادہ برقرار رکھتا ہے، جبکہ SnOx 600 گھنٹے تک 85% تک گر گیا۔ روشنی کے ساتھ 85°C کے تحت، SnOx/AZO 300 گھنٹے کے بعد 80% سے اوپر رہا، جبکہ SnOx 200 گھنٹے کے بعد 60% سے نیچے گر گیا۔ MPPT جانچ میں، SnOx/AZO 2000 گھنٹے کے بعد 96% برقرار رکھتا ہے، جبکہ SnOx 700 گھنٹے کے بعد 80% تک گر گیا۔

ٹینڈم سیل کی کارکردگی اور استحکام

ALD دوہری تہہ کو ایک پیرووسکائٹ/TOPCon سلکان ٹینڈم ڈیوائس میں ضم کیا گیا۔ HAADF-STEM نے ایک مسلسل، گھنی دوہری تہہ دکھائی جس میں SnOx تقریباً 10 nm اور AZO تقریباً 60 nm تھی، کوئی سوراخ یا تہہ بندی نہیں تھی۔ HR-TEM نے تصدیق کی کہ SnOx بے ساختہ ہے، اور EDS نے AZO میں یکساں Zn تقسیم دکھائی۔

چیمپئن ٹینڈم آلہ 33.25% کارکردگی، VOC 1.98 V، JSC 20.83 mA/cm²، FF 80.71% تک پہنچا، تقریباً کوئی ہسٹریسس نہیں۔ EQE نے ٹاپ اور باٹم سیل فوٹو کرنٹ 20.43 اور 20.40 mA/cm² دکھائے، ایک اچھا میچ۔ مستحکم پاور آؤٹ پٹ 32.38% تھا۔

85°C پر 1000 گھنٹے کی تھرمل عمر بڑھانے کے بعد SnOx/AZO 90% سے زیادہ کارکردگی برقرار رکھتا ہے، جبکہ SnOx 400 گھنٹے کے اندر 90% سے نیچے گر گیا۔ ڈیمپ-ہیٹ جانچ (ڈبل 85) میں، SnOx/AZO 400 گھنٹے کے بعد 92% سے اوپر رہا، جبکہ SnOx 200 گھنٹے کے اندر 80% سے نیچے گر گیا۔ 1000 گھنٹے کی مسلسل روشنی کے بعد، SnOx/AZO 96% سے اوپر برقرار رکھتا ہے، جبکہ SnOx 300 گھنٹے کے اندر 80% سے نیچے گر گیا۔

میکانزم کا خلاصہ

SnOx/AZO دوہری تہہ کا فائدہ دو چیزوں پر آتا ہے۔ conductive AZO کیپ الیکٹران نکالنے کو تیز کرتی ہے اور انٹرفیس چارج جمع ہونے کو کم کرتی ہے، جو ردعمل سے چلنے والے انٹرفیس انحطاط کو دباتی ہے۔ اسی وقت، گھنی دوہری تہہ ایک مؤثر آئن اور نمی کی رکاوٹ کا کام کرتی ہے، جو آئیوڈائڈ سے پیدا ہونے والے چاندی کے سنکنرن اور Ag⁺ کی پیرووسکائٹ میں منتقلی کو روکتی ہے۔ تیز تر الیکٹران نکالنے کے ساتھ جسمانی آئن رکاوٹ ایک "فنکشنل ڈیکپلنگ" میکانزم دیتی ہے، لہذا دونوں اثرات مل کر آلے کی پائیداری کو مضبوط کرتے ہیں۔

یہ مطالعہ perovskite/سلیکون ٹینڈم سیلز میں انٹرفیس ری ایکشن سے پیدا ہونے والی تنزلی کو دبانے کے لیے مکمل ALD SnOx/AZO دو پرتوں کا استعمال کرتا ہے۔ یہ دو پرتیں SnOx کی بہتر بینڈ الائنمنٹ کو AZO کی اعلیٰ چالکتا اور گھنے رکاوٹی فعل کے ساتھ جوڑتی ہیں، جس سے چارج جمع ہونا کم ہوتا ہے اور آئن کے پھیلاؤ اور نمی کے داخلے کو روکا جاتا ہے۔ سنگل جنکشن ڈیوائسز نے 23.47% کارکردگی حاصل کی، ٹینڈم ڈیوائسز نے 33.25%، اور دونوں نے 1000 گھنٹے کے MPPT کے بعد اپنی ابتدائی کارکردگی کا 96% سے زیادہ برقرار رکھا۔ یہ ظاہر کرتا ہے کہ اعلیٰ کارکردگی، مستحکم perovskite/سلیکون ٹینڈم PV کی تعمیر میں انٹرفیس انجینئرنگ کتنی مرکزی ہے، اور ایسے سیلز کی طرف ایک حقیقی راستہ دکھاتا ہے جو بیک وقت موثر اور پائیدار ہوں۔

perovskite کمپوزٹ MPPT ٹیسٹر، جو A+AA+ LED سولر سمیلیٹر کو بڑھاپے کی روشنی کے منبع کے طور پر استعمال کرتا ہے، perovskite سولر سیل کی تحقیق کو مضبوط سہارا دیتا ہے۔ چونکہ perovskite سیلز روشنی اور درجہ حرارت کے لیے بہت حساس ہوتے ہیں، ان کا زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ مسلسل بدلتا رہتا ہے۔ MPPT کنٹرولر اس پوائنٹ کو حقیقی وقت میں ٹریک اور لاک کرتا ہے، تاکہ سسٹم ہمیشہ اپنی بہترین پاور پر آؤٹ پٹ دے۔ اس سے توانائی کی پیداوار زیادہ سے زیادہ ہوتی ہے اور پورے PV سسٹم کی استحکام اور معاشیات بہتر ہوتی ہیں۔

حوالہ: Suppressing Interfacial Reactions in Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells via an All-ALD SnOx/AZO Bilayer

Ooitech کا نقطہ نظر

یہاں جو چیز نمایاں ہے وہ "فنکشنل ڈیکپلنگ" کا خیال ہے، جس میں ایک پتلی تہہ کو بینڈ الائنمنٹ سنبھالنے دیا جاتا ہے اور دوسری کو بلاکنگ، بجائے اس کے کہ ایک ہی SnOx فلم کو دونوں کام کرنے پر مجبور کیا جائے اور ان میں سے ایک پر نقصان اٹھانا پڑے۔ پیداوار کے پہلو میں، مکمل سائز ماڈیول پر ALD اسٹیک کی یکسانی بالکل وہی جگہ ہے جہاں لائن کنٹرول اور میٹرولوجی اہم ہوتی ہے، اور یہ ایسی پروسیس تفصیل ہے جس پر ہم ماڈیول لائنیں بناتے وقت خاص توجہ دیتے ہیں۔ اگر آپ یہ دیکھنا چاہتے ہیں کہ perovskite اور ٹینڈم ماڈیول مینوفیکچرنگ فیکٹری فلور پر واقعی کیسے مل کر کام کرتی ہے، تو Ooitech YouTube چینل (www.youtube.com/ooitech) فالو کرنے کے قابل ہے۔