مصنوعات کا تعارف

مونولیتھک پیرووسکائٹ/سلیکون ٹینڈم سولر سیلز سنگل جنکشن ڈیوائسز کی افادیت کی حد سے گزرنے کے واضح ترین راستوں میں سے ایک ہیں۔ اوپری سیل اور نچلا سیل ایک ری کمبینیشن انٹرکنیکٹ پرت کے ذریعے سیریز میں جڑے ہوتے ہیں، اور یہ انٹرفیس کتنا اچھا ہے یہ طے کرتا ہے کہ کیریئرز کو آسانی سے منتقل اور دوبارہ ملایا جا سکتا ہے یا نہیں۔ مسئلہ سلیکون ہیٹروجنکشن (SHJ) نچلے سیل کی مائیکرو پرامڈ ٹیکسچرڈ سطح پر ہے۔ پرامڈ تقریباً 600 nm اونچے ہوتے ہیں، اور اس خطے میں ری کمبینیشن پرت آپٹیکل پیراسٹک نقصان کا شکار ہوتی ہے جبکہ سیلف اسمبلڈ مونو لیئر (SAM) کبھی یکساں طور پر نہیں پھیلتی۔ وقت کے ساتھ یہ ڈیوائس کی کارکردگی کو کم کرتا ہے۔

اس کام نے 2 سے 30 nm موٹی انڈیم ٹن آکسائیڈ (ITO) انٹرکنیکٹ پرتوں کی پیمائش کی اور پایا کہ 8 nm کی الٹرا پتلی پرت دو محاذوں پر بہترین کام کرتی ہے: آپٹیکل نقصان کو کم کرنا اور سطحی پوٹینشل کی یکسانیت کو بہتر بنانا۔ ایک بار جب NiOx ترمیم اور Poly-SAM فنکشنلائزیشن کو اوپر رکھا گیا، تو شارٹ سرکٹ کرنٹ کثافت 0.85 mA cm⁻² بڑھ کر 20.82 mA cm⁻² تک پہنچ گئی، پاور کنورژن افادیت 31.80% ہو گئی، اور 500 گھنٹے کے زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ ٹریکنگ کے بعد ڈیوائس نے اپنی ابتدائی افادیت کا 96% برقرار رکھا۔

تجرباتی طریقہ

SHJ نچلے سیل میں n-قسم سلیکون ویفرز استعمال کیے گئے، 110 ± 10 µm موٹے، KOH ڈبل سائیڈ ٹیکسچرڈ جس سے پرامڈ تقریباً 600 nm اونچے بنے۔ RCA صفائی کے بعد، PECVD نے ترتیب سے پاسیویشن اور ڈوپڈ پرتیں جمع کیں: اگلی طرف 8 nm انٹرنسک a-Si:H(i) اور 15 nm n-قسم nc-SiOx:H(n) ملی، پچھلی طرف 8 nm p-قسم a-Si:H(p)، پھر 110 nm ITO اسپٹر کیا گیا اور 700 nm Ag بخارات بنایا گیا۔ اگلی طرف، چھ ITO انٹرکنیکٹ موٹائیاں الگ الگ جمع کی گئیں: 2, 5, 8, 10, 20 اور 30 nm، 180°C پر اینیل کیا گیا اور لیزر اسکرائب کیا گیا۔

پیرووسکائٹ ٹاپ سیل نے اس راستے کی پیروی کی۔ نیچے والے سیل کو پہلے اینیل اور UV-اوزون ٹریٹمنٹ کیا گیا، پھر NiOx کو میگنیٹران سپٹرنگ کے ذریعے جمع کیا گیا، اس کے بعد ایک اور اینیل اور UV-اوزون مرحلہ ہوا۔ نائٹروجن گلوو باکس کے اندر، Poly-SAM کو اسپن کوٹ کیا گیا (0.5 mg mL⁻¹، میتھانول اور کلوروبینزین 1:1 میں) اور 100°C پر اینیل کیا گیا۔ پیرووسکائٹ Cs₀.₀₅FA₀.₈MA₀.₁₅Pb(I₀.₇₅₅Br₀.₂₅₅)₃ تھا جس کا بینڈ گیپ 1.68 eV تھا، دو مراحل میں اسپن کوٹ کیا گیا، تیز رفتار مرحلے کے دوران کلوروبینزین کو اینٹی سالوینٹ کے طور پر ٹپکایا گیا اور 100°C پر 20 منٹ تک بیک کیا گیا۔ سطح کو PDADI سے ٹویک کیا گیا، پھر C₆₀ کو تھرمل طور پر بخارات بنایا گیا، SnO₂ کو ALD کے ذریعے اگایا گیا، 45 nm IZO کو سپٹر کیا گیا، Ag الیکٹروڈز کو بخارات بنایا گیا، اور آخر میں MgF₂ اینٹی ریفلیکشن فلم نے اسٹیک کو ڈھانپ دیا۔

تکنیکی فوائد

آئی ٹی او انٹر کنیکٹ پرت کی آپٹو الیکٹرانک خصوصیات

(a) Rsh، Ne اور µ بمقابلہ موٹائی (n = 10)؛ (b) آئی ٹی او پرت کی آپٹیکل ابسورپٹنس اور ریفلیکٹنس؛ (c) ورک فنکشن بمقابلہ موٹائی؛ (d) مختلف موٹائیوں پر NiOx علاج سے پہلے اور بعد میں ورک فنکشن شفٹ (ΔWF)؛ (e) NiOx-موڈیفائیڈ ITO پر SAM کی تقسیم کا اسکیمیٹک؛ (f) 2–30 nm انٹر کنیکٹ ITO کے KPFM سطحی پوٹینشل نقشے؛ (g) NiOx اور Poly-SAM فنکشنلائزیشن سے پہلے اور بعد میں 8 nm انٹر کنیکٹ ITO کے KPFM سطحی پوٹینشل نقشے۔

ہال اثر کی پیمائشوں نے ظاہر کیا کہ فلم کی موٹائی بڑھنے کے ساتھ شیٹ ریزسٹنس کم ہوتی ہے، جیسا کہ آپ توقع کریں گے۔ کیریئر کنسنٹریشن 8 سے 30 nm کے درمیان کافی مستحکم رہی، تقریباً 2.8 سے 3.5 × 10²⁰ cm⁻³، لیکن جب آپ 8 nm سے نیچے جاتے ہیں تو یہ گرنا شروع ہو جاتی ہے۔ موبلٹی صرف 2 سے 8 nm کے تنگ ونڈو میں تھوڑی سی کم ہوئی، جو فلم کی سالمیت کے برقرار رہنے کی علامت ہے۔ 8 nm بالکل میٹھے مقام پر آتا ہے جہاں شیٹ ریزسٹنس کافی کم ہے اور برقی کارکردگی گر نہیں پائی ہے۔

(a) ٹیکسچرڈ c-Si نیچے سیل کی سطح پر ITO پرت کا O 1s ہائی ریزولوشن XPS سپیکٹرم جس میں چوٹیوں کو فٹ کیا گیا ہے۔ (b) NiOx موڈیفیکیشن سے پہلے اور بعد میں ٹیکسچرڈ c-Si نیچے سیل پر 8 nm ITO پرت کے ہائی ریزولوشن XPS سپیکٹرم۔ (c) ٹیکسچرڈ c-Si نیچے سیل پر 8 nm ITO پرت کی کراس سیکشنل SEM تصویر۔ (d) 8 nm ITO نمونے کے فوکسڈ علاقے کے متعلقہ EDS عنصری نقشے، اوپر دائیں جانب رنگ-عنصر کی علامت کے ساتھ۔

آپٹیکل طور پر، ITO کو پتلا کرنے نے 450 nm سے اوپر ریفلیکٹنس اور ابسورپٹنس دونوں کو کم کر دیا، تخریبی مداخلت اور کمزور فری کیریئر جذب کی بدولت۔

• UPS نے دکھایا کہ موٹائی کم ہونے کے ساتھ کام کا فعل بڑھتا ہے، اور NiOx میں تبدیلی اور اینیلنگ کے بعد کام کے فعل میں تبدیلی 8 nm پر عروج پر پہنچ گئی۔

• KPFM ایریا اسکینز نے انکشاف کیا کہ 10 nm سے کم ITO نے تمام مقامی شنٹ پوائنٹس کو دبا دیا، جس میں 8 nm نے بہترین یکسانیت دی۔

• XPS نے ایک دلچسپ تفصیل ظاہر کی: 8 nm ITO کی سطح پر 20 nm کے مقابلے میں ہائیڈروکسیل کثافت زیادہ تھی، اور ان ہائیڈروکسیلز نے NiOx کے ساتھ In─O─Ni برج بانڈز بنائے، جس سے NiOx زیادہ یکساں طور پر پھیل گیا اور مضبوطی سے چپک گیا۔ تبدیلی کے بعد In کا سگنل مکمل طور پر غائب ہو گیا، جو کہ کہتا ہے کہ کوریج پرت کا معیار بہترین تھا اور اس نے بعد میں آنے والے SAM خود اسمبلی کے لیے اچھی بنیاد رکھی۔

• SEM اور EDS نے بھی تصدیق کی کہ 8 nm ITO نے ٹیکسچر پر کنفارمل کوریج دی۔

ٹینڈم سیل فوٹوولٹک کارکردگی

(a) پیرووسکائٹ/سلیکون ٹینڈم سیلز میں Jsc کی تبدیلی؛ (b) Voc کی تبدیلی؛ (c) FF کی تبدیلی؛ (d) PCE کی تبدیلی؛ (e) ITO پر ٹینڈم سیل کی کراس سیکشنل SEM تصویر؛ (f) ITO پر پیرووسکائٹ فلم کا XRD پیٹرن؛ (g) ITO پر پیرووسکائٹ فلم کا مستحکم حالت PL سپیکٹرم؛ (h) نارملائزڈ مستحکم حالت PL منحنی خطوط؛ (i) ITO پر پیرووسکائٹ فلم کے عارضی TRPL کشی سپیکٹرا؛ (j) ٹینڈم سیل کی فوٹو لومینیسینس تصویر، فعال رقبہ 0.928 cm²۔

تمام چھ ITO انٹرکنیکٹ موٹائیوں نے J-V ٹیسٹنگ سے گزرا۔

• 5 nm سے نیچے، Voc اور FF میں شدید کمی آئی۔ Voc کو 1.7 V سے آگے نہیں بڑھایا جا سکا اور PCE صرف 21.68% رہا، بنیادی طور پر اس وجہ سے کہ فلم پہلے سے ہی اہرام کی ساخت پر غیر مسلسل تھی۔

• 8 nm بہترین جواب تھا۔ کراس سیکشنل SEM نے الٹرا تھن ITO (10 nm سے کم) پر پیرووسکائٹ کے دانے بڑے اور گھنے دکھائے، اور XRD نے بہتر کرسٹل لائن کوالٹی کی تصدیق کی، حالانکہ 5 nm کے نمونے نے PbI₂ کی چوٹی دکھائی، جو انحطاط شروع ہونے کی علامت ہے۔ مستحکم حالت PL کی شدت 30 nm سے 8 nm تک بڑھتی گئی، پھر گر گئی، لہذا 8 nm عین چوٹی پر بیٹھا، جو کم ترین نقص کثافت سے مماثل ہے۔

• نارملائزڈ PL خصوصیت کی چوٹی منتقل نہیں ہوئی، جس کا مطلب ہے کہ انٹرفیس غیر ریڈی ایٹیو ری کمبینیشن کی نوعیت یکساں رہی۔ TRPL کیریئر لائف ٹائم بھی 8 nm پر سب سے طویل تھے۔ یہ نتائج مضبوط نیٹ ڈائپول اور زیادہ یکساں کام کے فعل کی طرف واپس جاتے ہیں جو Poly-SAM لاتا ہے، جو Voc اور FF کو ایک ساتھ بڑھاتا ہے۔ PL امیجنگ نے پیرووسکائٹ سب سیل کے اندر ذیلی مائکرون غیر یکسانیت بھی ظاہر کی، لیکن الٹرا تھن ہائی ریزسٹنس ITO پرت میں اعلی لیٹرل مزاحمت ہوتی ہے، لہذا مقامی شنٹ کی رسائی مؤثر طریقے سے محدود ہو گئی اور پورے ڈیوائس کو نیچے نہیں کھینچا۔

موجودہ کثافت میں بہتری

(a) 8 nm ITO انٹرکنیکٹ پرت کے تحت پیرووسکائٹ اور سلکان ذیلی خلیوں کے EQE منحنی خطوط؛ (b) ابتدائی اور بہتر ٹینڈم خلیوں کے EQE منحنی خطوط۔

سامنے والی IZO پرت کو فگر آف میرٹ Aw × Rsheet⁻¹ کے ذریعے درجہ بندی کیا گیا، اور 45 nm بہترین نکلا۔ انٹرکنیکٹ ITO کو 20 nm سے 10 nm اور پھر 8 nm تک پتلا کرنے سے اوسط Jsc 19.78 سے 19.96 سے 20.55 mA cm⁻² تک بڑھ گئی۔ پیرووسکائٹ اور سلکان ذیلی خلیوں کے EQE-انٹیگریٹڈ کرنٹ کثافتیں بالترتیب 20.64 اور 20.51 mA cm⁻² تھیں، جو J-V ڈیٹا کے مطابق ہیں۔ 20 nm ITO کے مقابلے میں، 8 nm نے پیرووسکائٹ ذیلی خلیے کو اضافی 0.06 mA cm⁻² اور سلکان ذیلی خلیے کو اضافی 0.47 mA cm⁻² دیا، جس میں سلکان نیچے والے خلیے کا قریب اورکت حصہ سب سے زیادہ فائدہ مند رہا۔

مصنوعات کی درخواست

ڈیوائس کی کارکردگی اور استحکام

(a) پیرووسکائٹ/سلکان ٹینڈم سولر سیل کا اسکیماٹک ڈھانچہ اور تصویر؛ (b) ٹینڈم سیل کی کراس سیکشنل SEM تصویر؛ (c) سنگل جنکشن پیرووسکائٹ اور سلکان ذیلی خلیوں کے J-V منحنی خطوط؛ (d) اعلی کارکردگی والے سیل کا نمائندہ J-V منحنی خط؛ (e) 30 nm سے 2 nm ITO انٹرکنیکٹ پرتوں پر بنائے گئے پیرووسکائٹ/سلکان ٹینڈم خلیوں میں Rs کی تبدیلی؛ (f) 1 سورج روشنی کے تحت انکیپسلیٹڈ ٹینڈم سیل کے MPPT ٹیسٹ کے نتائج۔

ایک بار جب ITO انٹرکنیکٹ موٹائی کو درست کیا گیا، تو ٹینڈم ڈیوائسز کی اوسط PCE 28.64% سے بڑھ کر 30.67% ہو گئی۔ 2 nm ITO میں سیریز ریزسٹنس Rs 41.26 Ω تک تھی، اس لیے سیریز کنکشن بنیادی طور پر ٹوٹ گیا تھا۔ 8 nm کی Rs بہت کم تھی، اندرونی رکاوٹ کم ہوئی، اور زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ کے قریب وولٹیج کا نقصان کم ہوا۔ استحکام پر، 8 nm ITO ٹینڈم سیل نے 500 گھنٹے MPPT کے بعد اپنی ابتدائی PCE کا 96% برقرار رکھا، جبکہ 20 nm والے نے صرف 90% رکھا، جو اسے TCO/SAM انٹرکنیکٹ خاندان میں سب سے زیادہ مستحکم میں سے ایک بناتا ہے۔ اتنا مستحکم کیوں؟ Poly-SAM کوریج زیادہ ہے، اور اس کے ساتھ پیرووسکائٹ کرسٹلائزیشن بہتر ہوتی ہے۔

SAM کے زیر احاطہ علاقوں میں سطحی توانائی کم ہوتی ہے، اور فاسفونک ایسڈ گروپس Pb²⁺ اور FA⁺ کے ساتھ ہم آہنگی کرتے ہیں، جو پیرووسکائٹ کو آہستہ اور منظم طریقے سے بڑھنے کی رہنمائی کرتے ہیں، اس لیے دانے بڑے نکلتے ہیں۔ ننگے ITO علاقوں پر ایسا کوئی ٹیمپلیٹ اثر نہیں ہوتا، نیوکلیشن تیز اور بے ترتیب ہوتی ہے، اور دانے چھوٹے اور بہت سی حدوں کے ساتھ ختم ہوتے ہیں۔ اس کے علاوہ، Poly-SAM انٹرفیس پر غیر سیر شدہ بندھنوں اور ہیلائیڈ خالی جگہوں کو غیر فعال کرتا ہے، ہیلائیڈ کی منتقلی دب جاتی ہے، اور انحطاط سست ہو جاتا ہے۔ الٹرا پتلا ITO خود جو یکساں سطحی پوٹینشل لاتا ہے وہ بھی مدد کرتا ہے، اور کئی عوامل کے جمع ہونے سے ڈیوائس کی عمر بڑھ جاتی ہے۔

یہاں MPPT استحکام کی جانچ 3A+ گریڈ کے LED سولر سمیلیٹر کو عمر رسیدہ روشنی کے ذریعہ کے طور پر استعمال کرتی ہے، جو سیل کے درجہ حرارت اور ارد گرد کے ماحول کو کئی طریقوں سے کنٹرول کر سکتا ہے تاکہ طویل مدتی استحکام کی جانچ کی جا سکے۔

نتیجہ اور مستقبل کا نقطہ نظر

پیرووسکائٹ/سلیکون ٹینڈم سیلز کے لیے 8 nm ITO انٹر کنیکٹ کی بہترین موٹائی ہے۔ یہ موٹائی پیرووسکائٹ کی کرسٹل لائن کوالٹی کو بہتر کرتی ہے اور طفیلی جذب کو کم رکھتی ہے۔ NiOx ترمیم اور Poly-SAM فنکشنلائزیشن کے بعد، سطحی پوٹینشل زیادہ یکساں ہو جاتا ہے اور ورک فنکشن شفٹ زیادہ واضح ہو جاتا ہے۔ 8 nm ITO سطح پر زیادہ ہائیڈروکسل گروپ ہوتے ہیں، NiOx یکساں طور پر پھیلتا ہے، SAM گھنی پیکنگ کرتا ہے، اور SEM اور EDS کے ذریعے ٹیکسچر پر کنفارمل کوریج کی تصدیق ہوئی۔ روایتی 20 nm ITO کے مقابلے میں، بہتر ڈیوائس نے 31.80% کی چیمپئن کارکردگی حاصل کی، Jsc میں 0.85 mA cm⁻² کا اضافہ ہوا، اور 500 گھنٹے MPPT کے بعد ابتدائی کارکردگی کا 96% برقرار رہا۔

آگے دیکھتے ہوئے، ابھی بہت کچھ بہتر کرنا باقی ہے۔ پچھلے ٹیکسچر اور آپٹیکل ریفلیکٹر کو مزید بہتر کیا جا سکتا ہے تاکہ سلیکون نیچے والے سیل میں روشنی کے پھنساؤ کو مضبوط کیا جا سکے، اس کا کرنٹ بڑھایا جا سکے، اور کرنٹ میچنگ کو درست کیا جا سکے۔ FF اور Voc مجموعی کارکردگی کو محدود کرنے والی رکاوٹیں ہیں، اس لیے رابطہ پاسیویشن کی حکمت عملیوں کو مزید گہرائی میں جانے کی ضرورت ہے۔ سلیکون پر مبنی ٹنل جنکشن جیسے متبادل انٹر کنیکٹ آرکیٹیکچر بھی آزمانے کے قابل ہیں۔ جب پیداوار میں پیمانہ بڑھانے کی بات آتی ہے، تو TCO موٹائی اور میٹلائزیشن گرڈ ڈیزائن کو ایک ساتھ ایڈجسٹ کرنا ہوتا ہے، تاکہ بڑے علاقوں پر شیڈنگ بہت زیادہ نہ ہو اور لیٹرل کنڈکشن متاثر نہ ہو۔ اور پتلی پرت کے ساتھ، انڈیم کا استعمال کم ہو جاتا ہے، اس لیے پائیداری کو بھی فائدہ ہوتا ہے۔

Ooitech کا نقطہ نظر

یہاں جو چیز نمایاں ہے وہ یہ ہے کہ ITO کے چند نینو میٹر اس 600 nm کے پرامڈ ٹیکسچر پر آپٹکس اور کرسٹلائزیشن دونوں کو متاثر کر سکتے ہیں، اور وہی کنفارمل کوریج کا مسئلہ بالکل اس وقت ظاہر ہوتا ہے جب ٹینڈم لائنیں لیب کے کپن سے مکمل سائز کے ماڈیولز میں منتقل ہوتی ہیں۔ پروڈکشن فلور پر ٹیبر-سٹرنگر، لی اپ اور لیمینیشن کے مراحل کو ان نازک انٹرکنیکٹ اور SAM انٹرفیس کا احترام کرنا ہوتا ہے، جہاں یکساں اور اچھی طرح سے ٹیون کردہ ماڈیول لائن کا سامان اپنی اہمیت ثابت کرتا ہے۔ اگر آپ دیکھنا چاہتے ہیں کہ یہ عمل حقیقی فیکٹری پیمانے پر کیسے نظر آتے ہیں، تو Ooitech YouTube چینل پر www.youtube.com/ooitech فالو کرنے کے قابل ہے۔