TOPCon سیلز میں پن ہولز: 26.55% کارکردگی کا حیران کن راستہ
مواد کی فہرست
جائزہ
یہاں کچھ ہے جو سلکان PV میں ایک دیرینہ مفروضے کو الٹ دیتا ہے۔ محققین نے پایا کہ TOPCon سیل کی SiOx پرت میں جان بوجھ کر کچھ "پن ہولز" چھوڑنے سے کارکردگی کو کم کرنے کے بجائے 26.55% تک بڑھایا جا سکتا ہے۔
اہم دریافت: ٹنل آکسائیڈ میں پن ہولز دو خاندانوں میں تقسیم ہوتے ہیں۔ ایک دوبارہ ملاپ کی قسم ہے (آکسیجن سے محروم، جہاں پولی-Si براہ راست c-Si سے رابطہ کرتی ہے، برا)، دوسری غیر فعال کرنے والی قسم ہے (بقایا آکسیجن پیچھے رہ جاتی ہے، ڈینگلنگ بانڈز کو غیر فعال کرتی ہے جبکہ ٹنلنگ کی اجازت دیتی ہے، اچھا)۔ غیر فعال کرنے والی قسم کا کراس سیکشن تقریباً 1.6 ± 0.2 nm × 1.4 ± 0.3 nm ہے، جس کی رقبہ کثافت 2 × 10¹² cm⁻² ہے۔ ایک Fischer ماڈل نے دکھایا کہ ڈیوائس کی کارکردگی کا تعین پن ہول کی جیومیٹری سے نہیں، بلکہ اس سے ہوتا ہے کہ پن ہول غیر فعال ہے یا نہیں۔
حوالہ: بڑے رقبے اور اعلی کارکردگی والے سلکان شمسی خلیوں کے لیے ٹنل آکسائیڈ غیر فعال رابطے کے ساتھ پن ہولز کو غیر فعال کرنا، نیٹ کمیون 17، 2490 (2026)۔ https://doi.org/10.1038/s41467-026-70511-2
تحقیق کا پس منظر اور وہ مسئلہ جو پھنس گیا تھا
TOPCon اب n-قسم سلکان کے لیے مرکزی دھارے میں ہے۔ Runergy نے 335 cm² پر 26.55% حاصل کیا، Jinko نے TOPCon اور perovskite کو ملا کر 33.24% تک پہنچایا، اور سنگل سائیڈ n-TOPCon کی نظریاتی حد 27.79% ہے۔ لیکن کسی نے بھی اس بات کا تعین نہیں کیا تھا کہ اس انٹرفیشل SiOx پرت میں پن ہولز کیا کردار ادا کرتے ہیں۔
روایتی نظریہ: پن ہول کا مطلب ہے کہ پولی-Si براہ راست c-Si میں گھس جاتی ہے، آکسیجن غیر فعال کاری ناکام ہو جاتی ہے، بری خبر۔
حقیقت اس سے زیادہ پیچیدہ ہے۔ آکسائیڈ بہت موٹی (>1.7 nm) اچھی طرح غیر فعال کرتی ہے لیکن ٹنلنگ خراب کرتی ہے، لہذا FF گر جاتا ہے۔ آکسائیڈ بہت پتلی (<1.3 nm) کا مطلب ہے زیادہ پن ہولز، اور اب آپ Voc کے گرنے کی فکر کریں۔
مصنفین نے آکسائیڈ کی موٹائی اور آکسیجن کی تقسیم کو تین صورتوں میں تقسیم کیا (تعارف کا حصہ):
صورت 1: موٹی آکسائیڈ، پاسیویشن ٹھیک، ٹنلنگ بہتر نہیں
صورت 2: پتلی آکسائیڈ اور آکسیجن کی کمی، جس سے ری کمبینیشن قسم کے پن ہولز بنتے ہیں (کلاسک "برا پن ہول")
صورت 3: پتلی آکسائیڈ لیکن آکسیجن پھر بھی پن ہول میں داخل ہوتی ہے، جس سے پاسیویٹنگ قسم کے پن ہولز بنتے ہیں (یہاں نیا انکشاف)
اس سے پہلے، HR-TEM کی ریزولوشن 2 nm سے نیچے کی خصوصیات دیکھنے کے لیے کافی نہیں تھی۔ ادب میں پن ہولز کے قطر 5 nm سے 200 nm اور کثافت 10⁶ سے 10⁸ cm⁻² بتائی گئی، جو سب "بڑے سوراخ" تھے۔ سلیکٹیو ایچنگ اور c-AFM Si اور SiOx کے درمیان ایچ ریٹ کے فرق پر انحصار کرتے ہیں، اس لیے بقایا آکسیجن والے علاقے کھل نہیں پاتے۔ پاسیویٹنگ پن ہولز قدرتی طور پر ان طریقوں سے چھانٹے گئے۔ اسی لیے صورت 3 اتنی دیر تک نظر نہیں آئی۔
میکانزم: دو قسم کے پن ہول (شکل 2)
Aberration-corrected HAADF-STEM (JEM ARM200F اور Spectra 300, 200/300 kV) نے poly-Si/SiOx/c-Si انٹرفیس کو ایک اعلی کارکردگی والی ویفر (25.40%) اور کم کارکردگی والے کنٹرول (24.07%) پر اسکین کیا۔
| قسم | آکسیجن کی حالت | سائز (اعلی/کم کارکردگی) | EELS O-K کنارہ |
|---|---|---|---|
| ری کمبینیشن | آکسیجن سے محروم، poly/c-Si جالی براہ راست جڑی ہوئی | کم کارکردگی والی ویفر ~1.37 × 1.35 nm | گہری آکسیجن وادی |
| پاسیویٹنگ | بقایا آکسیجن موجود، ڈینگلنگ بانڈز پاسیویٹڈ | اعلی کارکردگی والی ویفر 1.55 × 1.25 nm | آکسیجن سگنل اب بھی نظر آتا ہے، اتھلی آکسیجن وادی |
اہم نکتہ: اعلی کارکردگی والی ویفر پر پن ہولز دراصل چھوٹےہیں، اور آکسیجن کو بہتر برقرار رکھتے ہیں۔ تمام سائز پہلے ادب میں بتائے گئے سائز سے ایک درجہ چھوٹے ہیں۔
Fischer پوائنٹ کانٹیکٹ ماڈل کے نتائج (اصل میں شکل 3d):
پن ہول ایریا فریکشن f = πr²/P²، لیکن J₀ f کے لیے غیر حساس ہے۔ جو واقعی غالب ہے وہ پن ہول پر سطحی ری کمبینیشن کی رفتار S ہے۔
تقریباً f ≈ 0.1 پر، ایک بار S ≳ 10³ cm/s ہونے پر، J₀ تیزی سے بڑھتا ہے، اور S > 10⁵ cm/s سے اوپر سیر ہو جاتا ہے۔
معنی: اعلی کارکردگی کی کلید "صفر پن ہول" نہیں، بلکہ "پن ہول جو غیر فعال ہوں" ہے۔ یہ پورے مقالے کی سب سے بڑی خاص بات ہے۔
کثافت کے لحاظ سے، یہ ایک انقلاب ہے۔ 40 ویفرز (اعلی اور کم کارکردگی) پر X-Y آرتھوگونل سلائسنگ کے اعدادوشمار نے غیر فعال کرنے والے پن ہولز کے لیے 2 × 10¹² cm⁻² اور دوبارہ ملاپ والے پن ہولز کے لیے 3 × 10¹² cm⁻² دیے، جو ادبی اقدار سے 4 سے 6 آرڈرز زیادہ ہیں۔
تین وجوہات جمع ہوتی ہیں: پہلے، تصور بدل گیا، لہٰذا پہلے سے اسکرین شدہ غیر فعال نینو ڈیفیکٹس نظر آنے لگے؛ دوسرے، نمونے صنعتی طور پر بہتر کردہ ویفرز ہیں جو 25% سے اوپر ہیں، نہ کہ ٹیسٹ ڈھانچے؛ تیسرے، طریقہ ایٹمی سطح کا HAADF ہے، اور بالواسطہ طریقے 2 nm سے چھوٹے آکسیجن پر مشتمل علاقے کو نہیں دیکھ سکتے۔ 50 سے 150 nm موٹے TEM نمونوں میں بیم کی سمت کے ساتھ اوورلیپ سے بچنے کے لیے، مصنفین نے موٹائی کی سمت میں 4D-STEM ptychography کے ساتھ بیک اپ کیا، اس بات کی تصدیق کرتے ہوئے کہ کثافت کے اعدادوشمار پروجیکشن اوورلیپ سے مسخ نہیں ہوتے۔
عمل کا لینڈنگ پوائنٹ: دو مرحلہ آکسیڈیشن پلس بیک پالشنگ پلس پولی ٹرپل کپلنگ
اصل طریقوں اور SI (ضمنی جدول 1) سے متغیرات:
دو مرحلہ آکسیڈیشن: پہلے O₂ آکسیڈیشن پتلی SiO₂ میں، پھر آکسیجن سے محروم مرحلہ (کوئی آکسیجن فراہم نہیں کی جاتی)۔ غیر فعال کرنے والی قسم کو آکسیجن کے بہاؤ کا طویل وقت، زیادہ درجہ حرارت، بڑا بہاؤ، اور زیادہ دباؤ درکار ہوتا ہے، جو یکساں، گھنی آکسائیڈ کو فروغ دیتا ہے۔
POCl₃ پھیلاؤ: کم جمع کرنے کا درجہ حرارت اور کم وقت پولی کرسٹلائزیشن کو بہتر بناتا ہے اور دوبارہ ملاپ والے پن ہولز کو دباتا ہے۔
بیک پالشنگ مورفولوجی آکسائیڈ کی موٹائی کی یکسانیت سے پہلے آتی ہے۔ تینوں کو مستحکم طور پر کیس 3 پیدا کرنے کے لیے ایک ساتھ ٹیون کیا جانا چاہیے۔
کارکردگی کا موازنہ (تصویر 4 کا سخت ڈیٹا)
سمیٹرک ڈبل سائیڈ پولی-Si/SiOx نمونے (n-Si 1–3 Ω·cm، ڈبل سائیڈ پالش):
τeff: 8.9 ms اعلی کارکردگی بمقابلہ 2.96 ms کنٹرول (انجیکشن 5×10¹⁵ cm⁻³)
J₀: 2.6 بمقابلہ 10.6 fA/cm²
ΔVoc 15.9 mV پر ناپا گیا، لیکن صرف J₀ کا فرق تقریباً 11 mV کی وضاحت کرتا ہے۔ باقی تقریباً 5 mV کو مصنفین بہتر بلک SRH لائف ٹائم سے منسوب کرتے ہیں۔ بہتر اینیل، جبکہ غیر فعال پن ہولز پیدا کرتا ہے، دھاتی نجاستوں کو بھی گیٹر کرتا ہے (Krügener کے 25% POLO کام کا حوالہ دیتے ہوئے)۔ انٹرفیس اور بلک دونوں کو ایک ساتھ ٹھیک کرنا 25% کو عبور کرنے کا نسخہ ہے۔
FF کے لیے، فرق بنیادی طور پر Rs سے آتا ہے:
Rs: 357 (اعلی کارکردگی) بمقابلہ 619 mΩ·cm² (کنٹرول)، Suns-Voc سے ناپا گیا
ρc (TLM): 4.6 بمقابلہ 5.4 mΩ·cm²
متضاد نکتہ: "گھنے پن ہولز ρc کو کم کرتے ہیں" کی منطق کے مطابق، اعلی کارکردگی والی ویفر پر زیادہ پاسیویٹنگ پن ہولز کا مطلب کم ρc ہونا چاہیے، اور واقعی 4.6 < 5.4 ہے۔ لیکن مصنفین ایک موڑ شامل کرتے ہیں۔ دوبارہ ملاپ والے پن ہولز کے قریب، فاسفورس ویفر میں پھیل جاتا ہے، جبکہ پاسیویٹنگ والے آکسیجن کے ذریعے مسدود ہوتے ہیں (ضمنی تصویر 10 میں EDS ڈوپنگ پروفائل)۔ لہذا ڈوپنگ پروفائل اور رابطہ مزاحمت دو الگ منطقوں کی پیروی کرتے ہیں، اور آپ انہیں صرف پن ہول کثافت سے نہیں سمجھا سکتے۔
PL پوری ویفر پر یکساں تھا، اور Voc کی تقسیم کا Corescan میپنگ بھی بڑے رقبے کی یکسانیت کے لیے برقرار رہا۔
صنعت کے لیے ایک لائن
یہ مقالہ TOPCon انٹرفیس کو "برقرار آکسائیڈ بمقابلہ پن ہول لیکیج" کی دوہری کہانی سے تین حصوں والی کہانی میں تبدیل کرتا ہے: "پن ہولز بھی اچھے ہو سکتے ہیں، جب تک آکسیجن موجود ہو"۔ صنعت کو اگلے مرحلے میں صفر پن ہولز پر جنون رکھنے کی بجائے بیک پالش سے آکسیڈیشن سے پولی ڈیپوزیشن چین کو اس طرح ٹیون کرنا چاہیے کہ پن ہولز آکسیجن لے کر جائیں۔ Daheng کی ویفر 333.3 cm² پر 25.40% کارکردگی پہلے ہی ثابت کر چکی ہے کہ یہ راستہ کام کرتا ہے۔
Ooitech کا نقطہ نظر
یہاں ہمیں جو بات متاثر کرتی ہے وہ یہ ہے کہ یہ سب کچھ عمل کی زنجیر پر منحصر ہے، نہ کہ صرف سیل ڈیزائن پر۔ وہ دو مرحلہ آکسیڈیشن، POCl₃ ٹیوننگ، اور بیک پالش سب کو ایک ساتھ حرکت کرنا ہے، بالکل اس قسم کا جوڑا ہے جو اس وقت کھو جاتا ہے جب لائن کو ٹکڑوں میں جمع کیا جاتا ہے۔ ماڈیول کی طرف بھی ہم وہی نمونہ دیکھتے ہیں، جہاں لیمینیشن اور سٹرنگنگ رواداری خاموشی سے فیصلہ کرتی ہے کہ آیا ایک اچھا سیل اپنا Voc برقرار رکھے گا۔ اگر آپ اس بات پر گہری نظر ڈالنا چاہتے ہیں کہ یہ انٹرفیس حساس عمل حقیقی پیداواری فرش پر کیسے منتقل ہوتے ہیں، تو YouTube پر ہمارے فیکٹری کے دورے (www.youtube.com/ooitech) سبسکرائب کرنے کے قابل ہیں۔
