تازہ ترین PIP ریسرچ: کیمیائی ارتقا
فہرست مضامین
مختصر جواب: روشنی اور حرارت کے تحت ممکنہ طور پر پیدا ہونے والے انحطاط — PIP — پر تحقیق یہ سراغ لگا رہی ہے کہ ایک TOPCon سیل اسٹیک کی کیمسٹری تیز رفتار دباؤ کے تحت کیسے تبدیل ہوتی ہے، نہ کہ صرف یہ کہ اس میں کتنی طاقت ضائع ہوتی ہے۔ PIP کلاسیکی PID سے اس لحاظ سے مختلف ہے کہ انحطاط روشنی، درجہ حرارت اور وولٹیج کے دباؤ کے امتزاج سے پیدا ہوتا ہے، جو تاریک ڈیمپ-ہیٹ ٹیسٹ کے مقابلے میں فیلڈ کے حالات کو زیادہ قریب سے دہراتا ہے۔ اس کام میں 182 mm اور 105 mm کے ویفر فارمیٹس اور تقریباً 300 W کے ماڈیول سطح کے نمونے استعمال کیے گئے ہیں، جن میں دباؤ کے حالات تقریباً 60 °C کے قریب اور متاثرہ کیسوں میں رپورٹ شدہ نقصان تقریباً 11% ہے۔ مینوفیکچرنگ کے لیے اہم بات یہ ہے کہ انحطاط کچھ حصہ قابلِ بحالی ہے اور کچھ حصہ نہیں، لہٰذا ایسا ٹیسٹ جو صرف حتمی طاقت ریکارڈ کرتا ہے، میکانزم کو نظر انداز کر دیتا ہے۔ کیمیائی ارتقا کا سراغ لگانا ہی یہ شناخت کرتا ہے کہ کون سی اسٹیک تبدیلی اسے ٹھیک کرے گی۔
PV ماڈیول مینوفیکچرنگ · از جیری، Ooitech
تحقیقی پس منظر
TOPCon سولر سیلز UV نمائش کے تحت" title="تازہ ترین PIP تحقیق: TOPCon سولر سیلز کا کیمیائی ارتقا اور برقی تنزلی UV نمائش کے تحت"/>
TOPCon کرسٹل لائن-سلیکان فوٹو وولٹک صنعت میں مرکزی دھارے کی ٹیکنالوجیز میں سے ایک بن گیا ہے۔ تاہم، اعلیٰ کارکردگی کا خود بخود مطلب طویل مدتی استحکام نہیں ہے۔ بالائے بنفشی سے پیدا ہونے والے انحطاط، یا UVID، میں فرق کئی سولر سیل ڈھانچوں میں رپورٹ کیا گیا ہے۔ TOPCon، PERC، اور HJT سیل سب متاثر ہو سکتے ہیں، لیکن انحطاط کے مقامات اور غالب میکانزم بالکل ایک جیسے نہیں ہیں۔
UV انحطاط کی ماضی کی بحثیں اکثر زیادہ توانائی والے فوٹون کے Si-H بانڈز کو توڑنے، اس کے بعد ہائیڈروجن کے اخراج اور انٹرفیس پاسیویشن میں تبدیلیوں پر مرکوز رہی ہیں۔ حقیقی PV ماڈیول ماحول میں پائے جانے والے بالائے بنفشی سپیکٹرم ایک طول موج تک محدود نہیں ہے۔ روشن سامنے کی سطح میں کئی جڑے ہوئے علاقے بھی شامل ہیں، جن میں SiNx، Al2O3، بوران ایمٹر، اور دھاتی رابطے شامل ہیں۔ اس لیے مصنفین دلیل دیتے ہیں کہ TOPCon سیلوں میں UV انحطاط کا مطالعہ صرف ہائیڈروجن کے رویے کے ذریعے نہیں کرنا چاہیے۔ آکسیجن کی منتقلی اور رابطہ انٹرفیس بھی اہم ہیں۔
ایک تفصیل 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 بالائے بنفشی نمائش سے مکمل طور پر محفوظ نہیں رکھتا۔ مقالے میں زیر بحث سپیکٹرم پر UVA کا غلبہ ہے جبکہ اس میں تقریباً 11% UVB بھی شامل ہے۔ مصنفین نے غیر انکیپسولیٹڈ نمونے استعمال کیے۔ اس لیے تجربہ مکمل ماڈیول کی بیرونی عمر بڑھنے کے برابر نہیں ہے، لیکن یہ سیل کی سامنے کی سطح پر UV-حساس علاقوں کو بڑھانے اور الگ کرنے میں مدد کرتا ہے۔
یہ مقالہ ماڈیول لائف ٹائم سرٹیفیکیشن مطالعہ کے بجائے ناکامی-میکانزم کی تحقیقات کے طور پر پڑھنا بہتر ہے۔ UV60 کے بعد 6.72% نسبتی کارکردگی کے نقصان کو براہ راست متوقع بیرونی ماڈیول پاور نقصان میں تبدیل نہیں کرنا چاہیے۔ زیادہ اہم نکتہ یہ ہے کہ مصنفین کس طرح مختلف خصوصیت کے طریقوں کو استعمال کرتے ہوئے سامنے کی سطح کی پاسیویشن کو پہنچنے والے نقصان، انٹرفیس آکسیڈیشن، اور دھاتی رابطہ انحطاط کو جوڑتے ہیں۔
تجرباتی طریقہ
مطالعے میں 182 mm × 105 mm کے تجارتی نصف-کٹے TOPCon سیل استعمال کیے گئے۔ سیل n-قسم کے Czochralski مونوکرسٹلائن سلیکان سے بنائے گئے تھے جن کی مزاحمتی صلاحیت تقریباً 1.0 Ω·cm اور ویفر کی موٹائی تقریباً 130 μm تھی۔ سامنے اور پیچھے کے ڈھانچوں کی UV مزاحمت کا موازنہ کرنے کے لیے، محققین نے سامنے کی سطح کے ہم آہنگ نمونے اور پیچھے کی سطح کے ہم آہنگ نمونے بھی تیار کیے۔
سامنے کا ڈھانچہ SiNx/Al2O3 پر مشتمل تھا۔ پیچھے کا ڈھانچہ SiOx/n+ poly-Si/Al2O3/SiNx پر مشتمل تھا۔ مقالے میں رپورٹ کی گئی اہم فلم کی موٹائیاں نیچے درج ہیں۔
| ڈھانچہ یا مواد | رپورٹ شدہ تفصیلات |
|---|---|
| تجارتی TOPCon سیل کا سائز | 182 mm × 105 mm |
| سلیکان سبسٹریٹ | n-قسم Cz مونوکرسٹلائن سلیکان |
| 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 لائف ٹائم، مضمر اوپن-سرکٹ وولٹیج، اور J0 کا موازنہ کیا۔ ٹائم-آف-فلائٹ سیکنڈری آئن ماس اسپیکٹرومیٹری، یا ToF-SIMS، ہائیڈروجن اور آکسیجن کی گہرائی کی تقسیم کو ٹریک کرنے کے لیے استعمال کی گئی۔ ایکس-رے فوٹو الیکٹران اسپیکٹروسکوپی، یا XPS، گہرائی پروفائلنگ N 1s، O 1s، Al 2p، اور Si 2p کی کیمیائی حالتوں کا تجزیہ کرنے کے لیے لاگو کی گئی۔ EQE، TLM، اور I-V پیمائشوں نے پھر پتلی فلم کی تبدیلیوں کو سیل کی سطح پر برقی نقصانات سے جوڑا۔
اس تجرباتی ڈیزائن کی طاقت مکمل سیلوں اور ہم آہنگ ڈھانچوں کے مشترکہ استعمال میں ہے۔ مکمل سیل دکھاتے ہیں کہ کارکردگی، Voc، Jsc، فل فیکٹر، اور رابطہ مزاحمت کیسے تبدیل ہوتے ہیں۔ سامنے اور پیچھے کے ہم آہنگ نمونے باقی سیل ڈھانچے کی مداخلت کو کم کرتے ہیں، جس سے یہ شناخت کرنا آسان ہو جاتا ہے کہ کون سی پاسیویشن طرف UV نمائش کے لیے زیادہ حساس ہے۔
شکل 1: TOPCon سیل، ہم آہنگ سامنے کی سطح کا ڈھانچہ، اور ہم آہنگ پیچھے کی سطح کا ڈھانچہ کی خاکے۔ ہم آہنگ نمونے سامنے کے SiNx/Al2O3 اسٹیک اور پیچھے کے poly-Si پاسیویٹنگ رابطے کی UV مزاحمت کا الگ الگ موازنہ کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔
UV نمائش کے حالات پر بھی الگ سے غور کرنے کی ضرورت ہے۔ مطالعے میں 300 W/m² کی بالائے بنفشی شدت، 60°C کا درجہ حرارت، 30% کی نسبتی نمی، اور 60 kWh/m² کی زیادہ سے زیادہ جمع شدہ 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 مرکوز 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 حالت |
|---|---|
| UV شدت | 300 W/m² |
| درجہ حرارت | 60°C |
| نسبتی نمی | 30% |
| زیادہ سے زیادہ UV خوراک | 60 kWh/m² |
| بنیادی سپیکٹرل علاقہ | UVA |
| UVB مواد | تقریباً 11% |
| نمونے کی حالت | غیر انکیپسولیٹڈ |
شکل 2: تجربے میں استعمال شدہ بالائے بنفشی سپیکٹرم۔ سپیکٹرم پر UVA کا غلبہ ہے اور اس میں ایک چھوٹا UVB جزو شامل ہے، جس سے زیادہ توانائی والے فوٹون کے سامنے کی پاسیویشن تہوں پر اثر کا مشاہدہ کیا جا سکتا ہے۔
نتائج اور بحث
سامنے کا ڈھانچہ پیچھے کے ڈھانچے سے واضح طور پر UV کے لیے زیادہ حساس ہے
شکل 3 دونوں ڈھانچوں کے درمیان سب سے براہ راست موازنہ فراہم کرتی ہے۔ ہم آہنگ پیچھے کے ڈھانچے نے UV60 کے بعد صرف معمولی تبدیلیاں دکھائیں۔ ہم آہنگ سامنے کا ڈھانچہ UV خوراک بڑھنے کے ساتھ مسلسل انحطاط پذیر ہوتا رہا۔ مقالے کے مطابق، سامنے کے نمونوں کی اوسط لائف ٹائم 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۔ یک طرفہ J0 بڑھ کر 18.4 fA/cm² ہو گیا، جو اس کی ابتدائی قدر کا تقریباً تین گنا ہے۔
یہ نتائج بتاتے ہیں کہ UV60 کے تحت بنیادی مسئلہ پچھلے TOPCon پولی-Si پاسیویٹنگ کنٹیکٹ کی عدم استحکام نہیں تھا۔ یہ روشن سامنے والے SiNx/Al2O3 ڈھانچے میں پاسیویشن کے معیار کی خرابی تھی۔ مصنفین پچھلے حصے کے نسبتاً استحکام کی وجہ 120 nm پولی-Si پرت کے ذریعے UV جذب کو قرار دیتے ہیں۔ یہ ڈھانچے اور اس کی بصری جذب خصوصیات کی بنیاد پر ایک معقول میکانزم ہے، تاہم یہ اب بھی میکانزم کی سطح کی تشریح ہے۔
تینوں پیرامیٹرز مختلف سمتوں سے ایک ہی نتیجے کی تائید کرتے ہیں۔ کم لائف ٹائم اور کم iVoc زیادہ سطحی ری کمبینیشن کی طرف اشارہ کرتے ہیں۔ J0 میں اضافہ بڑھتے ہوئے ری کمبینیشن کرنٹ کا زیادہ براہ راست ثبوت فراہم کرتا ہے۔ مصنفین نے کسی ایک اشارے پر انحصار نہیں کیا۔ لائف ٹائم، وولٹیج، اور ری کمبینیشن کرنٹ سبھی سامنے والے ڈھانچے کی خرابی ظاہر کرتے ہیں، جبکہ پچھلے ڈھانچے کی نمائندگی کرنے والے سبز منحنی خطوط بڑی حد تک مستحکم رہتے ہیں۔
شکل 3: UV نمائش کے تحت سامنے اور پچھلے ڈھانچوں کے لیے لائف ٹائم، مضمر اوپن-سرکٹ وولٹیج، اور J0 میں تبدیلیاں۔ سرخ سامنے والے ڈھانچے کے منحنی خطوط زیادہ تنزلی ظاہر کرتے ہیں، جو روشن SiNx/Al2O3 پاسیویشن اسٹیک کو بنیادی کمزور نقطہ قرار دیتے ہیں۔
ToF-SIMS ہائیڈروجن اور آکسیجن دونوں کی دوبارہ تقسیم ظاہر کرتا ہے
ToF-SIMS گہرائی پروفائلز ظاہر کرتے ہیں کہ سامنے کی سطح کی تنزلی صرف ایک عنصر کی وجہ سے نہیں ہے۔ شکل 4a میں، UV60 کے بعد ہائیڈروجن کی مقدار بڑھ جاتی 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 بلکہ SiNx کے اندر N-H بانڈز کے ٹوٹنے کا نتیجہ بھی ہو سکتا ہے۔
شکل 4b ظاہر کرتی ہے کہ آکسیجن کی تقسیم بھی بدل جاتی ہے۔ Al2O3 پرت میں آکسیجن کی مقدار قدرے کم ہوتی ہے، جبکہ SiNx/Al2O3 اور Al2O3/Si انٹرفیسز کے قریب بڑھ جاتی ہے۔ مصنفین اسے Al2O3 میں Al-O بانڈ ٹوٹنے کے نتیجے کے طور پر بیان کرتے ہیں، جس کے بعد خارج شدہ آکسیجن SiNx پرت اور سلکان سطح کی طرف پھیل جاتی ہے۔
اہم نکتہ صرف یہ نہیں کہ آکسیجن زیادہ ہے۔ آکسیجن اپنے اصل جالی یا بانڈنگ ماحول سے نکل رہی ہے اور انٹرفیسز کی کیمیائی حالت بدل رہی ہے۔
ہر منحنی خط کی تبدیلی کا مقام اہمیت رکھتا ہے۔ SiNx خطے میں مضبوط ہائیڈروجن سگنل ظاہر کرتا ہے کہ اوپری پاسیویشن فلم براہ راست ردعمل میں شامل ہے۔ انٹرفیسز 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 سمجھانے میں مدد کرتے ہیں کہ سامنے کی سطح کی تنزلی پاسیویشن کے معیار اور حتمی برقی پیداوار دونوں کو کیوں متاثر کرتی ہے۔
شکل 4: UV60 سے پہلے اور بعد ہائیڈروجن اور آکسیجن کی ToF-SIMS گہرائی تقسیم۔ پاسیویشن اسٹیک میں ہائیڈروجن بڑھ جاتی ہے، جبکہ انٹرفیسز کے قریب آکسیجن دوبارہ تقسیم ہو جاتی ہے، جو بعد میں XPS کے ذریعے شناخت شدہ کیمیائی بانڈ تبدیلیوں کے لیے سراغ فراہم کرتی ہے۔
XPS N-H بانڈ ٹوٹنے، آکسیجن خالی جگہوں، اور بڑھتی ہوئی Al-OH کو جوڑتا ہے
فٹ شدہ N 1s XPS سپیکٹرا ظاہر کرتے ہیں کہ SiNx/Al2O3 انٹرفیس پر N-H بانڈز کا تناسب 9.64% سے 5.97% تک کم ہو گیا۔ یہ مصنفین کے اس نتیجے کی تائید کرتا ہے کہ N-H بانڈز بھی ہائیڈروجن کے اخراج میں حصہ لیتے ہیں۔ ساتھ ہی، SiNx سطح کے قریب N-H سگنل بڑھ گیا، جو تجویز کرتا ہے کہ خارج شدہ ہائیڈروجن کا کچھ حصہ SiNx خطے کی طرف منتقل ہو کر وہاں نئے بانڈز بنا سکتا ہے۔
O 1s تبدیلیاں اس مطالعے کے زیادہ نمایاں حصوں میں سے ایک ہیں۔ مصنفین نے O 1s سگنل کو جالی آکسیجن، آکسیجن خالی جگہ سے متعلق اجزاء، اور سطح پر جذب شدہ آکسیجن میں الگ کیا۔ UV60 کے بعد، SiNx/Al2O3 اور Al2O3/Si دونوں انٹرفیسز پر آکسیجن خالی جگہ سے متعلق چوٹیوں کا تناسب بڑھ گیا۔ یہ Al2O3 فلم کے معیار کو نقصان کی نشاندہی کرتا ہے۔
یہ ثبوت تنزلی کے میکانزم کو ہائیڈروجن سے پیدا ہونے والے پاسیویشن نقصان سے آگے بڑھاتا ہے۔ ہائیڈروجن سے متعلق اور آکسیجن سے متعلق تنزلی مل کر کام کرتی دکھائی دیتی ہیں، جس سے سامنے کی سطح کی ری کمبینیشن بڑھ جاتی 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 ہوتے ہیں۔ XPS ان عناصر کی کیمیائی حالت کا تعین کرنے میں مدد کرتا ہے۔ N 1s سپیکٹرا میں N-Si اور N-H کی فٹنگ، O 1s سپیکٹرا میں جالی آکسیجن اور آکسیجن خالی جگہ سے متعلق اجزاء کے ساتھ، تجزیے کو عنصری مقام سے کیمیائی بانڈنگ میں تبدیلیوں تک لے جاتی ہے۔
مصنفین نشاندہی کرتے ہیں کہ مثالی کرسٹل لائن Al2O3 میں Al-O بانڈز کی بانڈ توانائی نسبتاً زیادہ ہوتی ہے۔ تاہم، حقیقی سولر سیل پاسیویشن فلمیں عام طور پر بے ساختہ ہوتی ہیں۔ کم ہم آہنگی والے ایلومینیم آئن اور آکسیجن خالی جگہیں بانڈ ٹوٹنے کے لیے مقامی توانائی کی رکاوٹ کو کم کر سکتی ہیں۔ اس وجہ سے، تجربے کی طویل ترین طول موج 400 nm کے فوٹون بھی، جو تقریباً 3.1 eV کے مساوی ہے، نقص سے بھرپور ماحول میں Al-O سے متعلق ساختی تبدیلیاں شروع 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 بانڈنگ میں تبدیلیاں ہائیڈروجن کے اخراج اور منتقلی سے مطابقت رکھتی ہیں۔ O 1s سپیکٹرا میں بڑھتا ہوا آکسیجن خالی جگہ سے متعلق جزو 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 کا سراغ لگاتی ہے۔ UV60 کے بعد، Al2O3 جزو کو تفویض کردہ تناسب 69.99% سے 60.36% تک کم ہو گیا، جبکہ Al-OH 30.01% سے 39.64% تک بڑھ گیا۔ یہ بالائے بنفشی نمائش کے تحت Al-O سے متعلق ڈھانچوں کی واضح تبدیلی کی نشاندہی کرتا ہے۔
Si 2p نتائج UV60 کے بعد Si2+ کی ظاہری شکل اور اضافہ 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 آکسید کر سکتی ہے جبکہ Al2O3 پرت میں آکسیجن خالی جگہیں بن جاتی ہیں۔ XPS سپیکٹرا اس تشریح کی تائید کرتے ہیں، تاہم درست ردعمل کے راستے کی تصدیق کے لیے اب بھی براہ راست ان-سائٹو خصوصیات کی ضرورت ہوگی۔
یہ دریافت TOPCon سامنے کی سطح 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 لگیں، جس کے ساتھ آکسیجن خالی جگہ کی زیادہ مقدار ہو، تو فلم صرف ایک حفاظتی پرت نہیں رہتی۔ یہ خود تنزلی کے ردعمل کا حصہ بن سکتی ہے۔ سلکان آکسیڈیشن حالتوں میں تبدیلیاں بھی ظاہر کرتی ہیں کہ انٹرفیس کی کیمسٹری بدل گئی ہے۔
شکل 6: Al2O3/Si انٹرفیس پر Al 2p اور Si 2p XPS سپیکٹرا میں تبدیلیاں۔ Al2O3 سے متعلق ڈھانچوں کی Al-OH کی طرف تبدیلی اور سلکان آکسیڈیشن حالتوں میں تبدیلیاں ظاہر کرتی ہیں کہ آکسیجن سے متعلق ردعمل سامنے کی سطح کی تنزلی میں حصہ لیتے ہیں۔
برقی نقصانات بالآخر Voc اور فل فیکٹر میں ظاہر ہوتے ہیں
ایک بار پاسیویشن اسٹیک کی کیمیائی حالت بدل جائے، تو سیل کی سطح پر برقی اثرات واضح ہو جاتے ہیں۔ شکل 8 میں، EQE درمیانی اور طویل طول موج کی حدود میں بڑی حد تک مستحکم رہتا ہے لیکن 500 nm سے نیچے کم ہو جاتا ہے۔ انعکاس تقریباً غیر تبدیل شدہ رہتا ہے۔ یہ تجویز کرتا ہے کہ مختصر طول موج کے ردعمل کا نقصان بنیادی طور پر زیادہ سامنے کی سطح کی ری کمبینیشن کی وجہ سے ہے نہ کہ ٹیکسچرنگ، اینٹی ریفلیکشن کارکردگی، یا بصری جذب میں اچانک تنزلی کی وجہ سے۔
شکل 7: UV60 سے پہلے اور بعد EQE اور انعکاسی منحنی خطوط۔ انعکاسی تقریباً مستحکم رہتی ہے جبکہ مختصر طولِ موج EQE کم ہوتی ہے، جو ظاہر کرتی ہے کہ کرنٹ کے ردِ عمل کا نقصان بنیادی طور پر سامنے کی سطح پر بڑھتی ہوئی recombination سے وابستہ ہے۔
مختصر طولِ موج EQE کی کمی J0 میں پہلے ہونے والے اضافے سے مطابقت رکھتی ہے۔ مختصر طولِ موج کی روشنی سیل کی سامنے کی سطح کے قریب جذب ہوتی ہے۔ اگر سامنے کی سطح کی passivation خراب ہو جائے، تو اس خطے میں پیدا ہونے والے carriers جمع ہونے سے پہلے recombination کا شکار ہونے کا زیادہ امکان ہوتا ہے۔ اس لیے نقصان سب سے پہلے مختصر طولِ موج EQE کی حد میں ظاہر ہوتا ہے۔ درمیانی اور طویل طولِ موج کی روشنی بلک میں زیادہ گہرائی تک یا پچھلی طرف کی جانب نفوذ کرتی ہے، اس لیے متعلقہ ردِ عمل کی تبدیلیاں کم ہوتی ہیں۔
TLM پیمائشیں ظاہر کرتی ہیں کہ سامنے کے contact کی resistivity UV خوراک کے ساتھ تقریباً خطی 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 والی آزاد ہائیڈروجن، آزاد آکسیجن، اور ردِ عمل پذیر radicals دھاتی electrode interface پر ردِ عمل میں حصہ لے سکتے ہیں، جس سے contact resistance بڑھتی ہے۔ یہ وضاحت resistance کی پیمائشوں سے مطابقت رکھتی ہے، اگرچہ electrode interface پر درست ردِ عمل کی مصنوعات کے لیے ابھی مزید براہِ راست کیمیائی شواہد درکار ہیں۔
شکل 8: سامنے کے contact کی resistivity UV نمائش کی خوراک کے ساتھ بڑھتی ہے۔ UV60 کے بعد، contact resistivity اس کی ابتدائی قدر سے تقریباً 8.6 گنا ہے، جو اسے fill-factor کے نقصان میں ایک اہم عامل بناتی ہے۔
سیل کے پیرامیٹرز کی حتمی نسبتی تنزلی اس طرح رپورٹ کی گئی۔
| سیل پیرامیٹر | UV60 کے بعد نسبتی تنزلی |
|---|---|
| Voc | 3.46% |
| Jsc | 0.64% |
| Fill factor | 2.82% |
| ایفی شنسی | 6.72% |
| سامنے کے contact کی resistivity | 4.1 mΩ·cm²، ابتدائی قدر سے تقریباً 8.6 گنا |
مرکزی برقی نتیجہ واضح ہے۔ UV60 کے تحت، TOPCon کے اہم نقصانات کرنٹ میں کمی سے نہیں آتے۔ وہ سامنے کی سطح کی passivation کی تنزلی کی وجہ سے Voc کے نقصان اور بڑھتی ہوئی سامنے کے contact resistance سے وابستہ fill-factor کے نقصان سے آتے ہیں۔
یہ یہ بھی واضح کرتا ہے کہ صرف Jsc کو دیکھنا UV تنزلی کے خطرے کو کم کیوں سمجھ سکتا ہے۔ مختصر طولِ موج EQE تبدیل ہوتی ہے، لیکن کل Jsc صرف 0.64% کم ہوتی ہے۔ Recombination اور contact کے مسائل بڑا efficiency نقصان پیدا کرتے ہیں۔ اعلیٰ کارکردگی والے TOPCon سیلز میں، Voc اور fill factor interface کے معیار، passivation کی حالت، اور دھاتی contact کی کارکردگی کے لیے انتہائی حساس ہوتے ہیں۔ یہ پیرامیٹرز Jsc سے پہلے reliability کی کمزوریوں کو ظاہر کر سکتے ہیں۔
شکل 9: UV60 کے تحت Voc، Jsc، fill factor، اور efficiency کی نسبتی تنزلی۔ Efficiency 6.72% کم ہوتی ہے، جس کی بنیادی وجہ Voc اور fill-factor کے نقصانات ہیں، جبکہ Jsc کی تبدیلی نسبتاً کم رہتی ہے۔
میکانزم اور اطلاق کا جائزہ
تجویز کردہ میکانزم کا خلاصہ اس طرح کیا جا سکتا ہے: UV نمائش سامنے کی SiNx/Al2O3 ساخت میں bonding states کو تبدیل کرتی ہے۔ Si-H اور N-H bonds ٹوٹ کر ہائیڈروجن خارج کرتے ہیں۔ Al-O سے متعلق ساختوں کی تبدیلی ہوتی ہے اور oxygen vacancies بنتی ہیں۔ آزاد آکسیجن interfaces کی طرف منتقل ہوتی ہے، سامنے کی سطح پر recombination بڑھتی ہے، اور contact کے علاقے کے گرد electrochemical ردِ عمل سامنے کے contact کی resistance بڑھا سکتے ہیں۔
lifetime، iVoc، J0، EQE، TLM، اور I-V کے نتائج برقی تنزلی کے لیے براہِ راست معاونت فراہم کرتے ہیں۔ ToF-SIMS اور XPS ہائیڈروجن اور آکسیجن کی منتقلی نیز کیمیائی bonding میں متعلقہ تبدیلیوں کی تائید کرتے ہیں۔ دھاتی electrode interface کی تشریح میں زیادہ احتیاط درکار ہے۔ مقالہ بنیادی طور پر اس میکانزم کا اندازہ زیادہ contact resistance اور پہلے کے مطالعات کے نتائج سے لگاتا ہے۔ مضبوط تصدیق کے لیے electrode interface کی elemental distribution، chemical-state پیمائش، یا cross-sectional تجزیہ درکار ہوگا۔
صنعتی پیداوار کے لیے، مقالہ ایک یاد دہانی ہے کہ TOPCon کی UV reliability کا جائزہ صرف ابتدائی سیل efficiency سے نہیں لیا جا سکتا۔ کئی عوامل طویل مدتی توانائی کی کارکردگی کو متاثر کر سکتے ہیں:
سامنے کی SiNx/Al2O3 passivation stack کا material معیار
ہائیڈروجن کی مقدار اور Si-H اور N-H bonds کا استحکام
Al2O3 پرت میں oxygen-vacancy کی مقدار
دھاتی contact interface کا استحکام
ماڈیول گلاس کے ذریعے UVA اور UVB فلٹرنگ اور encapsulants
ultraviolet نمائش، نمی، حرارت، مکینیکل stress، اور برقی میدانوں کے درمیان تعاملات
جب اس تحقیق کو module کی سطح پر دیکھا جائے، تو سیل تک پہنچنے والا حقیقی spectrum glass اور encapsulation film کے ذریعے دوبارہ فلٹر ہوگا۔ نمی، thermal stress، اور برقی میدان بھی aging میں حصہ لیں گے۔ اس لیے مقالے میں رپورٹ کردہ میکانزم IEC testing یا طویل مدتی outdoor field data کے متبادل کے بجائے material اور process optimization کے لیے سمتوں کے طور پر زیادہ مفید ہیں۔
ایک قابلِ قدر اگلا قدم یہ ہوگا کہ unencapsulated cells، encapsulated mini-modules، اور outdoor-exposed modules کا ایک ہی validation framework میں جائزہ لیا جائے۔ اس سے یہ طے کرنا آسان ہو جائے گا کہ حقیقی spectral filtering اور environmental coupling کے بعد کون سی کیمیائی تبدیلیاں اہم رہتی ہیں۔
ممکنہ process optimization کی سمتیں شامل ہیں:
سامنے کی SiNx/Al2O3 stack میں غیر مستحکم ہائیڈروجن ذرائع کو کم کرنا
amorphous Al2O3 نیٹ ورک کو بہتر بنانا اور oxygen vacancies کو کنٹرول کرنا
بہتر contact-interface استحکام کے لیے firing اور metallization کے حالات کو بہتر بنانا
سامنے کے دھاتی contact کے گرد oxidation سے متعلق ردِ عمل کے خلاف مزاحمت کو بہتر بنانا
ایسے encapsulation مواد کا انتخاب جو سیل کی سطح پر high-energy UV کے براہِ راست اثر کو کم کریں
مقالہ مکمل حل فراہم نہیں کرتا۔ یہ مسئلے کی حدود کو زیادہ واضح طور پر بیان کرتا ہے اور ظاہر کرتا ہے کہ سامنے کی سطح کی passivation اور contact engineering پر ایک ساتھ غور کرنے کی ضرورت ہے۔
تحقیقی نتیجہ: آگے کیا حل کرنے کی ضرورت ہے
UV60 نمائش کے تجربات کے ذریعے، مصنفین ظاہر کرتے ہیں کہ TOPCon سیلز کی سامنے کی SiNx/Al2O3 ساخت پچھلے poly-Si passivating contact کے مقابلے ultraviolet سے پیدا ہونے والی تنزلی کے لیے زیادہ کمزور ہے۔ تنزلی کسی ایک الگ تھلگ عامل کی وجہ سے نہیں ہوتی۔ ہائیڈروجن سے متعلق عمل، آکسیجن سے متعلق عمل، اور بڑھتی ہوئی سامنے کے contact resistance سب حصہ ڈالتے ہیں۔
اس کام کی اہمیت یہ ہے کہ یہ TOPCon UV تنزلی کی وضاحت کو صرف Si-H bond ٹوٹنے سے آگے بڑھاتا ہے۔ یہ سامنے کی سطح کے کیمیائی ارتقا کا ایک وسیع تر فریم ورک پیش کرتا ہے۔ UVID کے خطرے کو کم کرنے کے لیے غالباً سامنے کی passivation stack، interface oxygen vacancies، ہائیڈروجن کے انتظام، metallization contacts، اور module packaging کے ذریعے UV فلٹرنگ کی مربوط optimization درکار ہوگی۔ صرف ایک film پیرامیٹر کو ایڈجسٹ کرنا کافی نہیں ہو سکتا۔
حدود واضح رہنی چاہئیں۔ نمونے رپورٹ شدہ UV حالات میں غیر محفوظ تھے، اور مجوزہ دھاتی رابطہ تنزلی کے طریقہ کار کا کچھ حصہ اب بھی قیاسی ہے۔ سب سے محتاط تشریح یہ ہے کہ مقالہ UV نمائش کے تحت TOPCon سامنے کی سطح پر کیمیائی ترکیب کے ارتقا اور برقی تنزلی کے درمیان واضح تعلق ظاہر کرتا ہے۔ یہ انکیپسولیشن کے بعد طویل مدتی اعتبار کے مستقبل کے مطالعات 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 پیسیویشن اور دھاتی کاری کو ایک اعتباری نظام سمجھا جانا چاہیے، الگ الگ عمل کے مراحل کے طور پر نہیں۔ مستحکم ابتدائی Voc کافی نہیں ہے اگر UV نمائش Al2O3 کیمیائی ساخت کو تبدیل کر سکتی ہے اور سامنے کے رابطے کی مزاحمت کو مسلسل بڑھا سکتی ہے۔ مستقبل کی توثیق کو سیل کی سطح کی UV جانچ کو حقیقت پسندانہ شیشے اور انکیپسولنٹ سپیکٹرا کے تحت انکیپسولیٹڈ منی ماڈیول جانچ سے جوڑنا چاہیے۔
مزید مطالعہ اور پس منظر کا ڈیٹا
اس موضوع پر عوامی حوالہ جاتی مواد، جو ان تنظیموں نے شائع کیا ہے جو صنعت کے ٹیکنالوجی روڈ میپ اور مارکیٹ ڈیٹا کو برقرار رکھتی ہیں:
