تازہ ترین PIP تحقیق: UV نمائش کے تحت TOPCon شمسی خلیوں کی کیمیائی ارتقاء اور برقی انحطاط
مواد کی فہرست
تحقیق کا پس منظر
TOPCon کرسٹل لائن سلکان فوٹو وولٹائک صنعت میں ایک اہم ٹیکنالوجی بن گیا ہے۔ تاہم، اعلی کارکردگی کا مطلب خود بخود طویل مدتی استحکام نہیں ہے۔ الٹرا وائلٹ سے متاثرہ انحطاط، یا UVID، میں فرق کئی شمسی سیل ڈھانچوں میں رپورٹ کیا گیا ہے۔ TOPCon، PERC، اور HJT خلیے سبھی متاثر ہو سکتے ہیں، لیکن انحطاط کے مقامات اور غالب میکانزم بالکل ایک جیسے نہیں ہیں۔
ماضی میں UV انحطاط کی بحث اکثر اعلی توانائی والے فوٹونز کے ذریعے Si-H بانڈز کو توڑنے، اس کے بعد ہائیڈروجن کے اخراج اور انٹرفیس پاسیویشن میں تبدیلیوں پر مرکوز رہی ہے۔ حقیقی PV ماڈیول ماحول میں پائے جانے والے الٹرا وائلٹ سپیکٹرم ایک طول موج تک محدود نہیں ہے۔ روشن سامنے کی سطح میں کئی مربوط علاقے بھی شامل ہیں، جن میں SiNx، Al2O3، بوران ایمیٹر، اور دھاتی رابطے شامل ہیں۔ لہذا مصنفین کا استدلال ہے کہ TOPCon خلیوں میں UV انحطاط کا مطالعہ صرف ہائیڈروجن کے رویے کے ذریعے نہیں کیا جانا چاہیے۔ آکسیجن کی منتقلی اور رابطہ انٹرفیس بھی اہم ہیں۔
ایک تفصیل کو نظر انداز کرنا آسان ہے۔ ماڈیول گلاس عام طور پر زیادہ تر UVB تابکاری کو فلٹر کرتا ہے، لیکن یہ روشن سیل کی سطح کو الٹرا وائلٹ نمائش سے مکمل طور پر محفوظ نہیں رکھتا۔ مقالے میں زیر بحث سپیکٹرم UVA کا غلبہ ہے جبکہ اس میں تقریباً 11% UVB بھی شامل ہے۔ مصنفین نے غیر انکیپسلیٹڈ نمونے استعمال کیے۔ اس لیے یہ تجربہ مکمل ماڈیول کی بیرونی عمر بڑھنے کے مترادف نہیں ہے، لیکن یہ سیل کی سامنے کی سطح پر UV حساس علاقوں کو بڑھانے اور الگ کرنے میں مدد کرتا ہے۔
یہ مقالہ بہتر طور پر ناکامی کے طریقہ کار کی تحقیقات کے طور پر پڑھا جاتا ہے نہ کہ ماڈیول کی عمر کی تصدیق کے مطالعے کے طور پر۔ UV60 کے بعد 6.72% رشتہ دار کارکردگی کے نقصان کو براہ راست متوقع بیرونی ماڈیول پاور نقصان میں تبدیل نہیں کیا جانا چاہیے۔ اہم نکتہ یہ ہے کہ مصنفین مختلف خصوصیات کے طریقوں کو کس طرح استعمال کرتے ہیں تاکہ سامنے کی سطح کے پاسیویشن نقصان، انٹرفیس آکسیڈیشن، اور دھاتی رابطے کے انحطاط کو جوڑ سکیں۔
تجرباتی طریقہ
مطالعے میں 182 mm × 105 mm کے تجارتی ہاف کٹ TOPCon خلیات استعمال کیے گئے۔ خلیات n-type Czochralski monocrystalline سلکان سے بنے تھے جن کی مزاحمتی صلاحیت تقریباً 1.0 Ω·cm اور ویفر کی موٹائی تقریباً 130 μm تھی۔ سامنے اور پچھلے ڈھانچوں کی UV مزاحمت کا موازنہ کرنے کے لیے، محققین نے سڈول سامنے کی سطح کے نمونے اور سڈول پچھلی سطح کے نمونے بھی تیار کیے۔
سامنے کا ڈھانچہ SiNx/Al2O3 پر مشتمل تھا۔ پچھلا ڈھانچہ SiOx/n+ poly-Si/Al2O3/SiNx پر مشتمل تھا۔ مقالے میں بتائی گئی اہم فلم کی موٹائیاں ذیل میں درج ہیں۔
| ڈھانچہ یا مواد | بتائی گئی تفصیلات |
|---|---|
| تجارتی TOPCon خلیے کا سائز | 182 mm × 105 mm |
| سلکان سبسٹریٹ | n-type Cz monocrystalline سلکان |
| سبسٹریٹ مزاحمتی صلاحیت | تقریباً 1.0 Ω·cm |
| ویفر کی موٹائی | تقریباً 130 μm |
| SiOx کی موٹائی | تقریباً 1.5 nm |
| n+ poly-Si کی موٹائی | تقریباً 120 nm |
| Al2O3 کی موٹائی | تقریباً 5 nm |
| SiNx کی موٹائی | تقریباً 80 nm |
محققین نے پاسیویشن استحکام کا جائزہ لینے کے لیے نمائش سے پہلے اور بعد میں اقلیتی کیریئر کی عمر، مضمر اوپن سرکٹ وولٹیج، اور J0 کا موازنہ کیا۔ ہائیڈروجن اور آکسیجن کی گہرائی کی تقسیم کو ٹریک کرنے کے لیے ٹائم آف فلائٹ سیکنڈری آئن ماس اسپیکٹرومیٹری (ToF-SIMS) استعمال کی گئی۔ N 1s، O 1s، Al 2p، اور Si 2p کی کیمیائی حالتوں کا تجزیہ کرنے کے لیے ایکس رے فوٹو الیکٹران اسپیکٹرومیٹری (XPS) گہرائی کی پروفائلنگ کا اطلاق کیا گیا۔ اس کے بعد EQE، TLM، اور I-V پیمائشوں نے پتلی فلم کی تبدیلیوں کو خلیے کی سطح پر برقی نقصانات سے جوڑ دیا۔
اس تجرباتی ڈیزائن کی طاقت مکمل خلیات اور ہم آہنگ ڈھانچوں کے مشترکہ استعمال میں ہے۔ مکمل خلیات ظاہر کرتے ہیں کہ کارکردگی، Voc، Jsc، فل فیکٹر، اور رابطہ مزاحمت کیسے بدلتے ہیں۔ ہم آہنگ سامنے اور پیچھے کے نمونے باقی سیل ڈھانچے کی مداخلت کو کم کرتے ہیں، جس سے یہ شناخت کرنا آسان ہو جاتا ہے کہ کون سا پاسیویشن سائیڈ UV نمائش کے لیے زیادہ حساس ہے۔
شکل 1: TOPCon سیل، ہم آہنگ سامنے کی سطح کا ڈھانچہ، اور ہم آہنگ پچھلی سطح کے ڈھانچے کے خاکے۔ ہم آہنگ نمونے سامنے والے SiNx/Al2O3 اسٹیک اور پچھلے پولی-Si پاسیویٹنگ کانٹیکٹ کی UV مزاحمت کو الگ الگ موازنہ کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔
UV نمائش کے حالات پر بھی غور کرنے کی ضرورت ہے۔ مطالعہ میں 300 W/m² کی الٹرا وائلٹ شدت، 60°C کا درجہ حرارت، 30% کی نسبتہ نمی، اور 60 kWh/m² کی زیادہ سے زیادہ مجموعی خوراک استعمال کی گئی۔ سپیکٹرم بنیادی طور پر UVA رینج میں مرکوز تھا، جس میں ایک چھوٹا UVB جزو تھا۔ یہ عام بیرونی نمائش سے زیادہ مرتکز ہے اور لیبارٹری کی ترتیب میں سامنے کی سطح پر قابل مشاہدہ کیمیائی تبدیلیوں کو تیز کرنے کے لیے موزوں ہے۔
| UV ٹیسٹ پیرامیٹر | ٹیسٹ کی شرط |
|---|---|
| UV شدت | 300 W/m² |
| درجہ حرارت | 60°C |
| نسبتہ نمی | 30% |
| زیادہ سے زیادہ UV خوراک | 60 kWh/m² |
| اہم سپیکٹرل علاقہ | UVA |
| UVB مواد | تقریباً 11% |
| نمونے کی حالت | غیر منسلک |
شکل 2: تجربے میں استعمال ہونے والا الٹرا وائلٹ سپیکٹرم۔ سپیکٹرم UVA کا غلبہ ہے اور اس میں ایک چھوٹا UVB جزو ہے، جس سے سامنے کی پاسیویشن تہوں پر زیادہ توانائی والے فوٹونز کے اثر کا مشاہدہ کیا جا سکتا ہے۔
نتائج اور بحث
سامنے کا ڈھانچہ واضح طور پر پچھلے ڈھانچے کے مقابلے UV کے لیے زیادہ حساس ہے
شکل 3 دونوں ڈھانچوں کے درمیان سب سے براہ راست موازنہ فراہم کرتا ہے۔ ہم آہنگ پچھلے ڈھانچے نے UV60 کے بعد صرف معمولی تبدیلیاں دکھائیں۔ ہم آہنگ سامنے کا ڈھانچہ UV خوراک بڑھنے کے ساتھ تنزلی کرتا رہا۔ مقالے کے مطابق، سامنے کے نمونوں کی اوسط عمر 2895.6 μs سے کم ہو کر 1552.8 μs ہو گئی۔ مضمر اوپن سرکٹ وولٹیج 735.5 mV سے گر کر 715.2 mV ہو گیا۔ سنگل سائیڈ J0 بڑھ کر 18.4 fA/cm² ہو گیا، جو اس کی ابتدائی قدر سے تقریباً تین گنا ہے۔
یہ نتائج بتاتے ہیں کہ UV60 کے تحت بنیادی مسئلہ پچھلے TOPCon poly-Si پاسیویٹنگ کانٹیکٹ کا عدم استحکام نہیں تھا۔ یہ روشن سامنے والے SiNx/Al2O3 ڈھانچے میں پاسیویشن کوالٹی کی خرابی تھی۔ مصنفین پچھلے حصے کی نسبتاً استحکام کو 120 nm poly-Si پرت کے ذریعے UV جذب سے منسوب کرتے ہیں۔ یہ ڈھانچے اور اس کی آپٹیکل جذب خصوصیات کی بنیاد پر ایک معقول طریقہ کار ہے، اگرچہ یہ طریقہ کار کی سطح پر تشریح ہے۔
تینوں پیرامیٹرز مختلف سمتوں سے ایک ہی نتیجے کی حمایت کرتے ہیں۔ کم لائف ٹائم اور کم iVoc مضبوط سطحی ری کمبینیشن کی طرف اشارہ کرتے ہیں۔ J0 میں اضافہ ری کمبینیشن کرنٹ میں اضافے کا زیادہ براہ راست ثبوت فراہم کرتا ہے۔ مصنفین نے کسی ایک اشارے پر انحصار نہیں کیا۔ لائف ٹائم، وولٹیج، اور ری کمبینیشن کرنٹ سب سامنے کے ڈھانچے کی خرابی کو ظاہر کرتے ہیں، جبکہ سبز منحنی خطوط جو پچھلے ڈھانچے کی نمائندگی کرتے ہیں، بڑی حد تک مستحکم رہتے ہیں۔
شکل 3: UV نمائش کے تحت سامنے اور پچھلے ڈھانچے کے لیے لائف ٹائم، مضمر اوپن سرکٹ وولٹیج، اور J0 میں تبدیلیاں۔ سرخ سامنے والے ڈھانچے کے منحنی خطوط زیادہ خرابی ظاہر کرتے ہیں، جو روشن SiNx/Al2O3 پاسیویشن اسٹیک کو اہم کمزور نقطہ کے طور پر شناخت کرتے ہیں۔
ToF-SIMS ہائیڈروجن اور آکسیجن دونوں کی دوبارہ تقسیم کو ظاہر کرتا ہے
ToF-SIMS گہرائی کے پروفائلز ظاہر کرتے ہیں کہ سامنے کی سطح کی خرابی صرف ایک عنصر کی وجہ سے نہیں ہے۔ شکل 4a میں، UV60 کے بعد ہائیڈروجن کا ارتکاز بڑھتا ہے، خاص طور پر SiNx پرت میں۔ مصنفین تجویز کرتے ہیں کہ یہ نہ صرف عام طور پر زیر بحث Si-H بانڈز کے ٹوٹنے سے بلکہ SiNx کے اندر N-H بانڈز کے ٹوٹنے سے بھی ہو سکتا ہے۔
شکل 4b ظاہر کرتا ہے کہ آکسیجن کی تقسیم بھی بدلتی ہے۔ Al2O3 پرت میں آکسیجن کا ارتکاز قدرے کم ہوتا ہے، جبکہ یہ SiNx/Al2O3 اور Al2O3/Si انٹرفیس کے قریب بڑھتا ہے۔ مصنفین اسے Al2O3 میں Al-O بانڈز کے ٹوٹنے کے نتیجے میں تعبیر کرتے ہیں، جس کے بعد جاری ہونے والی آکسیجن SiNx پرت اور سلکان سطح کی طرف پھیل جاتی ہے۔
اہم نکتہ صرف یہ نہیں ہے کہ زیادہ آکسیجن ہے۔ آکسیجن اپنے اصل جالی یا بانڈنگ ماحول کو چھوڑ رہی ہے اور انٹرفیس کی کیمیائی حالت کو تبدیل کر رہی ہے۔
ہر منحنی خط کی تبدیلی کا مقام اہم ہے۔ SiNx خطے میں مضبوط ہائیڈروجن سگنل ظاہر کرتا ہے کہ اوپری پاسیویشن فلم براہ راست ردعمل میں شامل ہے۔ انٹرفیس کے قریب آکسیجن کی تبدیلیاں Al2O3 اور ملحقہ تہوں کے درمیان کیمیائی عدم استحکام کی طرف اشارہ کرتی ہیں۔ مجموعی طور پر، یہ نتائج یہ سمجھنے میں مدد کرتے ہیں کہ سامنے کی سطح کی خرابی پاسیویشن کوالٹی اور حتمی برقی پیداوار دونوں کو کیوں متاثر کرتی ہے۔
شکل 4: UV60 سے پہلے اور بعد میں ہائیڈروجن اور آکسیجن کی ToF-SIMS گہرائی کی تقسیم۔ پاسیویشن اسٹیک میں ہائیڈروجن بڑھتی ہے، جبکہ آکسیجن انٹرفیس کے قریب دوبارہ تقسیم ہوتی ہے، جو بعد میں XPS کے ذریعے شناخت کی جانے والی کیمیائی بندھن تبدیلیوں کے لیے اشارے فراہم کرتی ہے۔
XPS N-H بندھن کے ٹوٹنے، آکسیجن کے خالی مقامات، اور بڑھے ہوئے Al-OH کو جوڑتا ہے
فٹ شدہ N 1s XPS سپیکٹرا سے پتہ چلتا ہے کہ SiNx/Al2O3 انٹرفیس پر N-H بندھن کا تناسب 9.64% سے کم ہو کر 5.97% ہو گیا۔ یہ مصنفین کے اس نتیجے کی تائید کرتا ہے کہ N-H بندھن بھی ہائیڈروجن کے اخراج میں حصہ لیتے ہیں۔ اسی وقت، SiNx سطح کے قریب N-H سگنل میں اضافہ ہوا، جس سے پتہ چلتا ہے کہ خارج شدہ ہائیڈروجن کا کچھ حصہ SiNx علاقے کی طرف منتقل ہو سکتا ہے اور وہاں نئے بندھن بنا سکتا ہے۔
O 1s تبدیلیاں اس مطالعہ کے زیادہ مخصوص حصوں میں سے ایک ہیں۔ مصنفین نے O 1s سگنل کو جالی آکسیجن، آکسیجن خالی جگہ سے متعلق اجزاء، اور سطح جذب شدہ آکسیجن میں الگ کیا۔ UV60 کے بعد، SiNx/Al2O3 اور Al2O3/Si دونوں انٹرفیس پر آکسیجن خالی جگہ سے متعلق چوٹیوں کا تناسب بڑھ گیا۔ یہ Al2O3 فلم کے معیار کو نقصان کی نشاندہی کرتا ہے۔
شواہد انحطاط کے طریقہ کار کو ہائیڈروجن کی وجہ سے پاسیویشن کے نقصان سے آگے بڑھاتے ہیں۔ ہائیڈروجن سے متعلق اور آکسیجن سے متعلق انحطاط مل کر کام کرتے دکھائی دیتے ہیں، جس سے سامنے کی سطح کا دوبارہ ملاپ بڑھتا ہے۔
ToF-SIMS اور XPS مختلف قسم کی معلومات فراہم کرتے ہیں۔ ToF-SIMS یہ دکھانے کے لیے زیادہ موزوں ہے کہ عناصر فلم اسٹیک کی گہرائی میں کہاں تقسیم ہیں۔ XPS ان عناصر کی کیمیائی حالت کا تعین کرنے میں مدد کرتا ہے۔ N 1s سپیکٹرا میں N-Si اور N-H فٹنگ، O 1s سپیکٹرا میں جالی آکسیجن اور آکسیجن خالی جگہ سے متعلق اجزاء کے ساتھ، تجزیہ کو عنصری مقام سے کیمیائی بندھن میں تبدیلیوں تک لے جاتا ہے۔
مصنفین بتاتے ہیں کہ مثالی کرسٹل لائن Al2O3 میں Al-O بندھنوں میں نسبتاً زیادہ بندھن توانائی ہوتی ہے۔ تاہم، اصل سولر سیل پاسیویشن فلمیں عام طور پر بے ساختہ ہوتی ہیں۔ کم مربوط ایلومینیم آئن اور آکسیجن کے خالی مقامات بندھن ٹوٹنے کے لیے مقامی توانائی کی رکاوٹ کو کم کر سکتے ہیں۔ اس وجہ سے، تجربے کی سب سے لمبی طول موج 400 nm پر بھی فوٹون، جو تقریباً 3.1 eV کے مساوی ہے، نقص سے بھرپور ماحول میں Al-O سے متعلق ساختی تبدیلیوں کو متحرک کر سکتے ہیں۔ یہ تشریح پتلی فلم کے نقائص کو براہ راست UV حساسیت سے جوڑتی ہے۔
شکل 5: فٹ شدہ N 1s اور O 1s XPS سپیکٹرا۔ N-H بندھن میں تبدیلیاں ہائیڈروجن کے اخراج اور منتقلی کے مطابق ہیں۔ O 1s سپیکٹرا میں آکسیجن خالی جگہ سے متعلق جزو میں اضافہ Al2O3 پاسیویشن کے معیار میں کمی کی نشاندہی کرتا ہے۔
Al2O3 مکمل طور پر مستحکم تماشائی نہیں ہے
شکل 7 مزید Al2O3/Si انٹرفیس پر Al 2p اور Si 2p کو ٹریک کرتی ہے۔ UV60 کے بعد، Al2O3 جزو سے منسوب تناسب 69.99% سے کم ہو کر 60.36% ہو گیا، جبکہ Al-OH 30.01% سے بڑھ کر 39.64% ہو گیا۔ یہ الٹرا وائلٹ شعاعوں کے تحت Al-O سے متعلق ڈھانچوں کی واضح تبدیلی کی نشاندہی کرتا ہے۔
Si 2p کے نتائج UV60 کے بعد Si2+ کے ظہور اور اضافے کو ظاہر کرتے ہیں، جبکہ Si، Si3+، اور Si4+ سے وابستہ اجزاء کم ہو جاتے ہیں۔ ان نتائج کی بنیاد پر، مصنفین تجویز کرتے ہیں کہ Al2O3/Si انٹرفیس کی طرف پھیلنے والی آزاد آکسیجن سلکان کو آکسائڈائز کر سکتی ہے جبکہ Al2O3 پرت میں آکسیجن کے خالی مقامات بنتے ہیں۔ XPS سپیکٹرا اس تشریح کی تائید کرتا ہے، حالانکہ عین رد عمل کے راستے کی تصدیق کے لیے براہ راست سیٹو خصوصیات کی ضرورت ہوگی۔
یہ دریافت TOPCon فرنٹ سرفیس کی قابل اعتمادی کے لیے اہم ہے۔ Al2O3 کا مقصد فیلڈ ایفیکٹ پاسیویشن اور انٹرفیس استحکام فراہم کرنا ہے۔ ایک بار جب Al-O سے متعلق ڈھانچے Al-OH میں تبدیل ہونے لگتے ہیں، جس کے ساتھ آکسیجن کے خالی مقامات کی زیادہ تعداد ہوتی ہے، تو فلم اب صرف ایک حفاظتی تہہ نہیں رہتی۔ یہ خود انحطاطی رد عمل کا حصہ بن سکتی ہے۔ سلکان آکسیڈیشن کی حالتوں میں تبدیلیاں بھی اس بات کی نشاندہی کرتی ہیں کہ انٹرفیس کیمسٹری تبدیل ہو گئی ہے۔
شکل 6: Al2O3/Si انٹرفیس پر Al 2p اور Si 2p XPS سپیکٹرا میں تبدیلیاں۔ Al2O3 سے متعلق ڈھانچوں کا Al-OH میں تبدیل ہونا اور سلکان آکسیڈیشن کی حالتوں میں تبدیلیاں ظاہر کرتی ہیں کہ آکسیجن سے متعلق رد عمل فرنٹ سرفیس کے انحطاط میں حصہ لیتے ہیں۔
برقی نقصانات بالآخر Voc اور Fill Factor میں ظاہر ہوتے ہیں
ایک بار جب پاسیویشن اسٹیک کی کیمیائی حالت تبدیل ہو جاتی ہے، تو سیل کی سطح پر برقی اثرات واضح ہو جاتے ہیں۔ شکل 8 میں، EQE درمیانی اور لمبی طول موج کی حدود میں بڑی حد تک مستحکم رہتا ہے لیکن 500 nm سے نیچے کم ہو جاتا ہے۔ عکاسی تقریباً تبدیل نہیں ہوتی۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ مختصر طول موج کے ردعمل کا نقصان بنیادی طور پر مضبوط فرنٹ سرفیس ری کمبینیشن کی وجہ سے ہوتا ہے نہ کہ ٹیکسچرنگ، اینٹی ریفلیکشن کارکردگی، یا آپٹیکل جذب میں اچانک بگاڑ کی وجہ سے۔
شکل 7: UV60 سے پہلے اور بعد میں EQE اور عکاسی کے منحنی خطوط۔ عکاسی تقریباً مستحکم رہتی ہے جبکہ مختصر طول موج کی EQE کم ہو جاتی ہے، اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ کرنٹ رسپانس کا نقصان بنیادی طور پر بڑھے ہوئے فرنٹ سرفیس ری کمبینیشن سے وابستہ ہے۔
مختصر طول موج کی EQE میں کمی J0 میں پہلے اضافے سے مطابقت رکھتی ہے۔ مختصر طول موج کی روشنی سیل کی اگلی سطح کے قریب جذب ہوتی ہے۔ اگر اگلی سطح کی پاسیویشن خراب ہو جائے تو اس علاقے میں پیدا ہونے والے کیریئرز کے جمع ہونے سے پہلے دوبارہ ملاپ کا امکان زیادہ ہوتا ہے۔ اس لیے نقصان پہلے مختصر طول موج کی EQE رینج میں ظاہر ہوتا ہے۔ درمیانی اور طویل طول موج کی روشنی بلک میں یا پچھلی طرف گہرائی تک داخل ہوتی ہے، اس لیے متعلقہ ردعمل میں تبدیلیاں چھوٹی ہوتی ہیں۔
TLM پیمائشوں سے پتہ چلتا ہے کہ اگلے رابطے کی مزاحمیت UV خوراک کے ساتھ تقریباً لکیری طور پر بڑھی۔ UV60 کے بعد، یہ 4.1 mΩ·cm² تک پہنچ گئی، جو اس کی ابتدائی قدر سے تقریباً 8.6 گنا ہے۔ مصنفین تجویز کرتے ہیں کہ UV نمائش کے دوران پیدا ہونے والے آزاد ہائیڈروجن، آزاد آکسیجن، اور رد عمل والے ریڈیکلز دھاتی الیکٹروڈ انٹرفیس پر رد عمل میں حصہ لے سکتے ہیں، جس سے رابطہ مزاحمت بڑھ جاتی ہے۔ یہ وضاحت مزاحمتی پیمائشوں سے مطابقت رکھتی ہے، حالانکہ الیکٹروڈ انٹرفیس پر عین رد عمل کی مصنوعات کے لیے ابھی مزید براہ راست کیمیائی ثبوت درکار ہیں۔
شکل 8: اگلے رابطے کی مزاحمیت UV نمائش کی خوراک کے ساتھ بڑھتی ہے۔ UV60 کے بعد، رابطہ مزاحمیت اپنی ابتدائی قدر سے تقریباً 8.6 گنا ہے، جو فل فیکٹر کے نقصان میں ایک اہم کردار ادا کرتی ہے۔
سیل پیرامیٹرز کے حتمی رشتہ دار انحطاط کی اطلاع اس طرح دی گئی۔
| سیل پیرامیٹر | UV60 کے بعد رشتہ دار انحطاط |
|---|---|
| Voc | 3.46% |
| Jsc | 0.64% |
| فل فیکٹر | 2.82% |
| کارکردگی | 6.72% |
| اگلے رابطے کی مزاحمیت | 4.1 mΩ·cm²، ابتدائی قدر سے تقریباً 8.6 گنا |
مرکزی برقی نتیجہ واضح ہے۔ UV60 کے تحت، اہم TOPCon نقصانات کرنٹ میں کمی سے نہیں آتے۔ وہ اگلی سطح کی پاسیویشن کے انحطاط کی وجہ سے Voc کے نقصان اور اگلے رابطے کی مزاحمت میں اضافے سے وابستہ فل فیکٹر کے نقصان سے آتے ہیں۔
یہ بھی وضاحت کرتا ہے کہ صرف Jsc کو دیکھنا UV انحطاط کے خطرے کو کم کیوں سمجھ سکتا ہے۔ مختصر طول موج کی EQE تبدیل ہوتی ہے، لیکن کل Jsc صرف 0.64% کم ہوتا ہے۔ دوبارہ ملاپ اور رابطے کے مسائل بڑی کارکردگی کا نقصان پیدا کرتے ہیں۔ اعلی کارکردگی والے TOPCon سیلز میں، Voc اور فل فیکٹر انٹرفیس کے معیار، پاسیویشن کی حالت، اور دھاتی رابطے کی کارکردگی کے لیے انتہائی حساس ہوتے ہیں۔ یہ پیرامیٹرز Jsc سے پہلے وشوسنییتا کی کمزوریوں کو ظاہر کر سکتے ہیں۔
شکل 9: UV60 کے تحت Voc، Jsc، فل فیکٹر، اور کارکردگی کا رشتہ دار انحطاط۔ کارکردگی 6.72% کم ہوتی ہے، جس کی بنیادی وجہ Voc اور فل فیکٹر کے نقصانات ہیں، جبکہ Jsc میں تبدیلی نسبتاً چھوٹی رہتی ہے۔
میکانزم اور اطلاق کا جائزہ
مجوزہ طریقہ کار کا خلاصہ اس طرح کیا جا سکتا ہے: UV کی نمائش سامنے والے SiNx/Al2O3 ڈھانچے میں بائنڈنگ سٹیٹس کو تبدیل کرتی ہے۔ Si-H اور N-H بانڈز ٹوٹ جاتے ہیں اور ہائیڈروجن خارج کرتے ہیں۔ Al-O سے متعلق ڈھانچے تبدیل ہو جاتے ہیں اور آکسیجن کے خالی مقامات بنتے ہیں۔ آزاد آکسیجن انٹرفیس کی طرف منتقل ہوتی ہے، سامنے کی سطح کا دوبارہ ملاپ بڑھ جاتا ہے، اور رابطہ کے علاقے کے ارد گرد الیکٹرو کیمیکل رد عمل سامنے کے رابطے کی مزاحمت کو بڑھا سکتے ہیں۔
لائف ٹائم، iVoc، J0، EQE، TLM، اور I-V کے نتائج برقی انحطاط کے لیے براہ راست معاونت فراہم کرتے ہیں۔ ToF-SIMS اور XPS ہائیڈروجن اور آکسیجن کی منتقلی کے ساتھ ساتھ کیمیائی بائنڈنگ میں متعلقہ تبدیلیوں کی حمایت کرتے ہیں۔ دھاتی الیکٹروڈ انٹرفیس کی تشریح میں مزید احتیاط کی ضرورت ہے۔ یہ مقالہ بنیادی طور پر اس طریقہ کار کا اندازہ زیادہ رابطہ مزاحمت اور پہلے کے مطالعات میں پائے جانے والے نتائج سے لگاتا ہے۔ مضبوط تصدیق کے لیے الیکٹروڈ انٹرفیس کے عنصری تقسیم، کیمیائی حالت کی پیمائش، یا کراس سیکشنل تجزیہ کی ضرورت ہوگی۔
صنعتی پیداوار کے لیے، یہ مقالہ ایک یاد دہانی ہے کہ TOPCon UV کی وشوسنییتا کا اندازہ صرف ابتدائی سیل کی کارکردگی سے نہیں لگایا جا سکتا۔ کئی عوامل طویل مدتی توانائی کی کارکردگی کو متاثر کر سکتے ہیں:
سامنے والے SiNx/Al2O3 پاسیویشن سٹیک کے مواد کا معیار
ہائیڈروجن کا ارتکاز اور Si-H اور N-H بانڈز کا استحکام
Al2O3 پرت میں آکسیجن کے خالی مقامات کا ارتکاز
دھاتی رابطہ انٹرفیس کا استحکام
ماڈیول گلاس اور انکیپسولینٹس کے ذریعے UVA اور UVB فلٹرنگ
الٹرا وائلٹ شعاعوں، نمی، حرارت، مکینیکل تناؤ، اور برقی میدانوں کے درمیان تعاملات
جب اس تحقیق کو ماڈیول کی سطح پر دیکھا جائے تو سیل تک پہنچنے والا حقیقی سپیکٹرم گلاس اور انکیپسولیشن فلم کے ذریعے دوبارہ فلٹر ہو جائے گا۔ نمی، تھرمل تناؤ، اور برقی میدان بھی عمر بڑھنے میں حصہ لیں گے۔ لہٰذا مقالے میں بتائے گئے طریقہ کار IEC ٹیسٹنگ یا طویل مدتی بیرونی فیلڈ ڈیٹا کے متبادل کے بجائے مواد اور عمل کی اصلاح کے لیے ہدایات کے طور پر زیادہ مفید ہیں۔
ایک قیمتی اگلا قدم یہ ہوگا کہ غیر انکیپسولیٹڈ سیلز، انکیپسولیٹڈ منی ماڈیولز، اور بیرونی نمائش شدہ ماڈیولز کا ایک ہی توثیقی فریم ورک کے تحت جائزہ لیا جائے۔ اس سے یہ تعین کرنا آسان ہو جائے گا کہ حقیقت پسندانہ سپیکٹرل فلٹرنگ اور ماحولیاتی تعامل کے بعد کون سی کیمیائی تبدیلیاں اہم رہتی ہیں۔
ممکنہ عمل کی اصلاح کی سمتوں میں شامل ہیں:
سامنے والے SiNx/Al2O3 سٹیک میں غیر مستحکم ہائیڈروجن ذرائع کو کم کرنا
بے ساختہ Al2O3 نیٹ ورک کو بہتر بنانا اور آکسیجن کے خالی مقامات کو کنٹرول کرنا
فائرنگ اور میٹلائزیشن کے حالات کو بہتر بنانا تاکہ رابطہ-انٹرفیس کی استحکام بہتر ہو
سامنے والے دھاتی رابطے کے ارد گرد آکسیڈیشن سے متعلق رد عمل کے خلاف مزاحمت کو بہتر بنانا
ایسے انکیپسولیشن مواد کا انتخاب جو سیل کی سطح پر تیز توانائی والی UV کے براہ راست اثر کو کم کریں
یہ مقالہ مکمل حل فراہم نہیں کرتا۔ یہ مسئلے کی حدود کو زیادہ واضح طور پر متعین کرتا ہے اور ظاہر کرتا ہے کہ سامنے کی سطح کی پاسیویشن اور رابطہ انجینئرنگ کو ایک ساتھ غور کرنے کی ضرورت ہے۔
تحقیقی نتیجہ: آگے کیا حل کرنے کی ضرورت ہے
UV60 نمائش کے ٹیسٹوں کے ذریعے، مصنفین ظاہر کرتے ہیں کہ TOPCon خلیات کا سامنے والا SiNx/Al2O3 ڈھانچہ پچھلے پولی-Si پاسیویٹنگ رابطے کے مقابلے میں الٹرا وائلٹ سے متاثرہ انحطاط کے لیے زیادہ کمزور ہے۔ انحطاط کسی ایک الگ تھلگ عنصر کی وجہ سے نہیں ہوتا۔ ہائیڈروجن سے متعلق عمل، آکسیجن سے متعلق عمل، اور سامنے کے رابطے کی مزاحمت میں اضافہ سب اس میں حصہ ڈالتے ہیں۔
اس کام کی اہمیت TOPCon UV انحطاط کی وضاحت کو صرف Si-H بانڈ ٹوٹنے سے آگے بڑھانے میں ہے۔ یہ سامنے کی سطح کے کیمیائی ارتقاء کا ایک وسیع تر فریم ورک پیش کرتا ہے۔ UVID خطرے کو کم کرنے کے لیے ممکنہ طور پر سامنے کے پاسیویشن اسٹیک، انٹرفیس آکسیجن ویکینسیز، ہائیڈروجن مینجمنٹ، میٹلائزیشن رابطوں، اور ماڈیول پیکیجنگ کے ذریعے UV فلٹرنگ کی مربوط اصلاح کی ضرورت ہوگی۔ صرف ایک فلم پیرامیٹر کو ایڈجسٹ کرنا کافی نہیں ہوسکتا۔
حدود واضح رہنی چاہئیں۔ نمونے رپورٹ کردہ UV حالات میں غیر انکیپسولیٹڈ تھے، اور تجویز کردہ دھاتی رابطے کے انحطاط کا طریقہ کار اب بھی قیاسی ہے۔ سب سے محتاط تشریح یہ ہے کہ مقالہ UV نمائش کے تحت TOPCon سامنے کی سطح پر کیمیائی ساخت کے ارتقاء اور برقی انحطاط کے درمیان ایک واضح تعلق ظاہر کرتا ہے۔ یہ انکیپسولیشن کے بعد طویل مدتی وشوسنییتا کے مستقبل کے مطالعے کے لیے مخصوص اہداف بھی فراہم کرتا ہے۔
حوالہ
Lou, X., Yang, N., Fu, Z., Chen, D., Chen, Y., & Verlinden, P. J. (2026). Chemical composition evolution and electrical performance degradation of TOPCon solar cells under UV exposure. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 1–9.
Ooitech کا نقطہ نظر
عملی پیغام سادہ ہے: سامنے کی طرف کی پاسیویشن اور میٹلائزیشن کو ایک وشوسنییتا نظام کے طور پر سمجھا جانا چاہیے، نہ کہ علیحدہ عمل کے مراحل۔ ایک مستحکم ابتدائی Voc کافی نہیں ہے اگر UV نمائش Al2O3 کیمسٹری کو تبدیل کر سکتی ہے اور سامنے کے رابطے کی مزاحمت کو مسلسل بڑھا سکتی ہے۔ مستقبل کی توثیق کو سیل سطح کے UV ٹیسٹنگ کو حقیقت پسندانہ شیشے اور انکیپسولنٹ اسپیکٹرا کے تحت انکیپسولیٹڈ منی ماڈیول ٹیسٹنگ سے جوڑنا چاہیے۔
