SiNx بہت پتلی اور سلور پیسٹ اس میں سے گزر جاتا ہے
فہرست مضامین
مختصر جواب: TOPCon سیل پر فرنٹ فلم سلکان نائٹرائیڈ کو دو متضاد تقاضوں کو پورا کرنا ہوتا ہے، اور وہ موٹائی جو دونوں کو پورا کرتی ہے، تنگ ہے۔ SiNx پرت اینٹی ریفلیکٹو کوٹنگ کا کام کرتی ہے، لہٰذا موٹی فلم ایک حد تک آپٹیکل کارکردگی کو بہتر بناتی ہے۔ اسے فائرنگ مرحلے کو بھی برداشت کرنا ہوتا ہے اور رابطہ بنانے کے دوران چاندی کے پیسٹ کو سلکان تک پہنچنے سے روکنا ہوتا ہے۔ اگر بہت پتلی کوٹنگ کی جائے تو چاندی emitter میں داخل ہو کر shunts پیدا کرتی ہے؛ اگر بہت موٹی کوٹنگ کی جائے تو پیسٹ مناسب رابطہ نہیں بنا پاتا، جس سے contact resistance بڑھ جاتی ہے۔ پیداوار میں کام کرنے والی موٹائیاں 40 nm سے 80 nm کے بینڈ میں ہوتی ہیں، اور فائرنگ کی چوٹیاں تقریباً 790 °C سے 800 °C کے درمیان ہوتی ہیں۔ یہی تعامل ہے جس کی وجہ سے پیسٹ کی تشکیل اور فائرنگ پروفائل کو کوٹنگ کی ترکیب کے ساتھ مل کر تیار کیا جاتا ہے، نہ کہ الگ الگ۔
PV ماڈیول مینوفیکچرنگ · از جیری، Ooitech
پروڈکٹ تعارف
کوئی بھی جو ایک چلا رہا ہو TOPCon پروسیس لائن نے اس مشکل کا سامنا کیا ہے۔ SiNx کو بہت پتلا کوٹ کریں تو آپ کو فکر ہوتی ہے کہ چاندی کا پیسٹ پاسیویشن لیئر کو جلا دے گا، جس سے Voc گر جائے گا۔ اسے بہت موٹا کوٹ کریں تو رابطہ مزاحمت بڑھ جاتی ہے، اور FF برقرار نہیں رہ سکتا۔ پتلا آپ کو ڈراتا ہے، موٹا بھی آپ کو ڈراتا ہے — تو پھر کتنا موٹا "بالکل درست" ہے؟
2022 میں، ISFH (انسٹیٹیوٹ فار سولر انرجی ریسرچ ہیملن، جرمنی) میں Min Byungsul کی ٹیم نے AIP Conference Proceedings میں ایک مطالعہ شائع کیا جس نے اس مسئلے کو کھول کر رکھ دیا۔ انہوں نے POLO پسیویٹنگ کانٹیکٹس — جسے صنعت TOPCon کہتی ہے، بنیادی طور پر ایک انتہائی پتلی آکسائیڈ کے ساتھ ڈوپڈ پولی سیلیکون poly-Si/SiOx ساخت کا تعلیمی نام — استعمال کیے تاکہ یہ الگ کیا جا سکے کہ اصل میں کیا ہو رہا ہے۔
بنیادی نتیجہ پیچیدہ نہیں ہے: SiNx کی موٹائی اور فائرنگ ٹمپریچر ایک جوڑی ہیں۔ موٹائی بدلیں تو ٹمپریچر بھی ایڈجسٹ کرنا ہوگا۔ ایک کو دوسرے کو بدلے بغیر حرکت دیں تو یا Voc گرتا ہے یا FF بکھر جاتی ہے۔
تکنیکی پیرامیٹرز
تجربہ کیسے ترتیب دیا گیا
ISFH نے p-type CZ ویفرزاستعمال کیے، جن کے سیل کے عقبی حصے پر n⁺ POLO کانٹیکٹ تھا (ٹنل آکسائیڈ کے ساتھ فاسفورس ڈوپڈ پولی سیلیکون)۔
دو اہم متغیرات:
عقبی SiNx کیپنگ کی موٹائی — 40nm سے 80nm تک
چوٹی فائرنگ ٹمپریچر — 790°C اور 810°C کے درمیان ایڈجسٹ کیا گیا
پھر انہوں نے دو چیزیں ماپیں: کانٹیکٹ ریزسٹیوٹی ρc (TLM کے ذریعے) اور سیل IV پیرامیٹرز.
اس سے پہلے ہم نے 2016 کے JA Solar پیپر پر غور کیا تھا کہ کس طرح کیمیائی ساخت (Si/N تناسب) سامنے کی طرف کی SiNx اینٹی ریفلیکشن فلم سلور پیسٹ کانٹیکٹ کو متاثر کرتی ہے۔ یہ 2022 کا ISFH کام اس بارے میں ہے کہ طبیعی موٹائی عقبی طرف کی SiNx کیپنگ سلور پیسٹ کانٹیکٹ کو کیسے متاثر کرتی ہے۔ دونوں کو ملا کر آپ دونوں جہتوں کا احاطہ کرتے ہیں — "کیمیائی ساخت" اور "طبیعی موٹائی،" سامنے کی فلم اور پیچھے کی فلم۔
تمام نمونے 800°C پر فائر کیے گئے، صرف عقبی SiNx کی موٹائی مختلف تھی
| SiNx موٹائی | درمیانی ρc (800°C) | حالت |
|---|---|---|
| 40nm | ~1 mΩ·cm² | بہت کم |
| 50nm | ~1.5 mΩ·cm² | بڑھنا شروع |
| 60nm | ~7 mΩ·cm² | واضح طور پر بڑھ رہی ہے |
| 70nm | ~30-40 mΩ·cm² | ٹرانزیشن زون، تیز چڑھائی |
| 80nm | ~600 mΩ·cm² | 40nm کے مقابلے میں تقریباً 600 گنا زیادہ |
55nm اور 60nm نمونوں پر فائرنگ ٹمپریچر اسکین
| شرط | درمیانی ρc |
|---|---|
| 55nm SiNx + 800°C | 3.2 mΩ·cm² |
| 60nm SiNx + 805°C | 2.8 mΩ·cm² |
| 60nm SiNx + 810°C | 2.0 mΩ·cm² |
تکنیکی فوائد
پہلی دریافت: بہت موٹی اور پیسٹ پار نہیں کر سکتا
تمام نمونے 800°C چوٹی پر فائر کیے گئے، صرف عقبی SiNx کیپنگ کی موٹائی تبدیل کی گئی۔ اوپر کی جدول سے پیٹرن واضح ہے — فائرنگ کے دوران پیسٹ جتنی SiNx جلا کر پار کر سکتا ہے وہ محدود ہے۔ اس حد کو عبور کریں تو پیسٹ نیچے کے پولی سیلیکون تک کبھی نہیں پہنچتا، اس لیے کانٹیکٹ ریزسٹنس بڑھ جاتی ہے۔
SEM تصاویر براہ راست ثبوت دیتی ہیں:
40nm SiNx: پیسٹ نے SiNx اور پولی سیلیکون دونوں کو مکمل طور پر جلا کر پار کر دیا، پولی پر بہت سے مائیکرون پیمانے کے اچ پِٹس چھوڑے۔ پولی سیلیکون مقامی طور پر مکمل طور پر ہٹا دیا گیا — اچھا کانٹیکٹ، لیکن پسیویشن لیئر کو نقصان پہنچا۔
80nm SiNx: صرف بہت کم تعداد میں بہت چھوٹے اچ پِٹس، کوئی ایسا علاقہ نہیں جہاں پولی مکمل طور پر ہٹایا گیا ہو — پسیویشن برقرار رہی، لیکن کانٹیکٹ ریزسٹنس تقریباً 600 گنا زیادہ تھی (تقریباً 2.8 آرڈرز آف میگنیٹیوڈ)، اور FF بنیادی طور پر تباہ ہو گئی۔
ISFH کا نتیجہ صاف ہے: ایک بہترین SiNx ونڈو ہے — 50 اور 60nm کے درمیان۔ بہت پتلی، پیسٹ پسیویشن کو چھید کر پار کر جاتا ہے اور Voc گر جاتا ہے۔ بہت موٹی، پیسٹ پار نہیں کر سکتا اور کانٹیکٹ ریزسٹنس اڑ جاتی ہے۔
دوسری دریافت: موٹائی اور ٹمپریچر جوڑے ہوئے ہیں
ISFH "50-60nm بہترین ہے" پر نہیں رکا۔ انہوں نے زیادہ عملی شاپ فلور سوال پوچھا: اگر SiNx کی موٹائی بدلتی ہے، تو کیا فائرنگ ٹمپریچر بھی بدلنے کی ضرورت ہے؟
انہوں نے 55nm اور 60nm گروپس منتخب کیے اور 790°C سے 810°C.
تک ٹمپریچر اسکین چلایا
نتیجہ بہت صاف ہے:55nm SiNx 800°C: FF چوٹی پر
, بہترین کارکردگی وہاں۔ کم کریں تو کانٹیکٹ کافی اچھا نہیں؛ زیادہ کریں تو پسیویشن متاثر ہونے لگتی ہے۔55nm SiNx 60nm SiNx805-810°C
. چونکہ SiNx زیادہ موٹی ہے، پیسٹ کے پار کرنے کے لیے زیادہ ٹمپریچر درکار ہے۔ سادہ لائن اصطلاحات میں: ان ٹیسٹ حالات کے تحت، 55nm سے 60nm جانے سے بہترین فائرنگ ٹمپریچر تقریباً 5-10°C اوپر شفٹ ہو جاتا ہے۔
یہ ڈھلوان صرف اسی پیسٹ سسٹم کے لیے حوالہ ہے — پیسٹ بدلیں تو دوبارہ کیلیبریٹ کرنا ہوگا۔
میکانزم: اینچ پٹ کا سائز کلید ہے
ISFH نے SEM استعمال کرتے ہوئے ایک بہت واضح معیار ترتیب دیا:
1μm قطر سے بڑے گڑھے: پولی مکمل طور پر ہٹا دیا گیا، پیسیویشن کو نقصان پہنچا → Voc گر جاتا ہے
1μm قطر سے چھوٹے گڑھے: پولی مکمل طور پر نہیں ہٹا، پیسیویشن برقرار → رابطہ مزاحمت گر جاتی ہے، Voc میں کوئی تبدیلی نہیں
ISFH نے اسے براہ راست بیان کیا: "اچھا رابطہ بنانے کے لیے مخصوص تعداد میں چھوٹے سائز کے اینچ پٹ ضروری ہیں۔ 1μm سے کم قطر کے اینچ پٹ پیسیویشن کے معیار پر کوئی اثر نہیں ڈالتے۔"
لائن کا معیار: اینچ پٹ کم ہونا بہتر نہیں، اور زیادہ ہونا بھی بہتر نہیں — ہدف ہے چھوٹا سائز، معتدل تقسیم. اگر آپ مائیکروسکوپ کے نیچے بہت سے >1μm گڑھے دیکھیں، تو درجہ حرارت بہت زیادہ ہے یا SiNx بہت پتلی ہے، اور پیسیویشن پہلے ہی نقصان اٹھا رہی ہے۔
پروڈکٹ ایپلیکیشن
پیداواری لائن اصل میں کیا استعمال کر سکتی ہے؟
1. SiNx کی موٹائی پتلی ہونا بہتر نہیں، اور موٹی ہونا بھی بہتر نہیں۔ 40nm سے کم پر، پیسٹ پیسیویشن کو جلا دیتا ہے اور Voc میں گڑھے بنتے ہیں؛ 80nm سے زیادہ پر، پیسٹ فائر کے ذریعے نہیں جا سکتا اور رابطہ مزاحمت تقریباً 600 گنا بڑھ جاتی ہے۔
2. موٹائی اور درجہ حرارت جوڑے میں ہیں۔ SiNx کی موٹائی تبدیل کریں تو فائرنگ کا درجہ حرارت بھی ساتھ چلنا ہوگا۔ ISFH کا ڈیٹا ایک حوالہ دیتا ہے — ان حالات میں، SiNx کے ہر اضافی 5nm پر چوٹی کا درجہ حرارت تقریباً 5-10°C بڑھ جاتا ہے — لیکن پیسٹ تبدیل کرنے کے بعد دوبارہ کیلیبریٹ کریں۔
3. اینچ پٹ ایک "ونڈو" اشارہ ہیں۔ SEM کے ذریعے گڑھے کا سائز اور کثافت دیکھیں اور آپ اندازہ لگا سکتے ہیں کہ آپ کی موجودہ موٹائی-درجہ حرارت کا امتزاج ونڈو کے اندر ہے یا نہیں۔ بہت سے >1μm گڑھے → بہت گرم یا فلم بہت پتلی؛ تقریباً کوئی گڑھا نہیں → بہت ٹھنڈا یا فلم بہت موٹی، رابطہ مسئلہ ہو سکتا ہے۔
4. پچھلی فلم کی موٹائی کاسمیٹک ییلڈ اور پیسٹ کے انتخاب کو بھی کنٹرول کرتی ہے۔ اوپر کے تین نکات سب اس بارے میں ہیں کہ موٹائی پیسٹ کے فائر کے ذریعے جانے یا نہ جانے کے ذریعے رابطہ مزاحمت اور FF کو کیسے متاثر کرتی ہے۔ لیکن لائن پر، پچھلی SiNx کی موٹائی برقی کارکردگی سے کہیں زیادہ کنٹرول کرتی ہے۔
حقیقی بڑے پیمانے کی پیداوار میں، پچھلی SiNx عام طور پر 70-85nm کی حد میں کنٹرول کی جاتی ہے — ISFH کے مقالے میں 50-60nm "رابطہ بہترین" سے موٹی۔ وجہ سادہ ہے: مقالے نے اپنی مخصوص POLO ساخت اور ایک خاص پیسٹ کے لیے خالص رابطہ بہترین کی پیمائش کی، جبکہ پیداواری لائن کو پیسیویشن، رابطہ اور رنگ کی یکسانی سب کو ایک ساتھ متوازن کرنا ہوتا ہے، اور ایک موٹی، زیادہ مستحکم حد منتخب کرتی ہے۔ زیادہ اہم بات یہ ہے کہ تجارتی لائن کے پیسٹ ISFH کے لیب پیسٹ سے مختلف گلاس-فریٹ سسٹم استعمال کرتے ہیں، اس لیے SiNx کی موٹائی کی ونڈو جو جلائی جا سکتی ہے وہ بھی مختلف ہے۔
موٹائی تبدیل کریں تو ریفریکٹیو انڈیکس بدل جاتا ہے، اور فلم کا انٹرفیرنس رنگ اس کے ساتھ بدل جاتا ہے۔ بہت پتلی یا بہت موٹی اور ویفرز پر رنگ کی تبدیلی، بے رنگ اور اسی طرح کی کاسمیٹک ڈاؤن گریڈنگ ظاہر ہوتی ہے جو براہ راست کاسمیٹک ییلڈ کو کم کرتی ہے۔ اس کے نتیجے میں پیسٹ بنانے والے پر سخت تقاضا عائد ہوتا ہے: پیسٹ کو پچھلی فلم کے پروسیس ونڈو سے مماثل ہونا چاہیے, نہ کہ پچھلی فلم کو کسی ایک خاص پیسٹ کے مطابق ڈھالنے پر مجبور کیا جائے۔ موٹائی اور درجہ حرارت کا جوڑا ہونا ضروری ہے، اور پیسٹ اور فلم کی موٹائی کا بھی جوڑا ہونا ضروری ہے — لائن ایک نظام ہے، کوئی واحد نقطے کی تبدیلی نہیں۔
تین باتیں جو مقالے میں نہیں بتائی گئیں
POLO اور TOPCon کے درمیان تعلق۔ ISFH نے جو POLO رابطہ استعمال کیا وہ بنیادی طور پر انتہائی پتلی آکسائیڈ کے ساتھ ڈوپڈ پولی سیلیکون (poly-Si/SiOx) ہے، جو بنیادی طور پر آج کے TOPCon عقبی ڈھانچے جیسا ہی ہے، لہٰذا نتائج براہ راست منتقل ہوتے ہیں۔ POLO وہ علمی نام ہے جو ISFH نے تجویز کیا؛ TOPCon صنعت کا معیاری اصطلاح ہے؛ بنیادی طور پر ایک ہی ڈھانچہ۔
پیسٹ ماڈل دخول کی گہرائی کو متاثر کرتا ہے۔ مختلف پیسٹوں میں شیشے کی فریٹ کی مختلف ترکیبیں ہوتی ہیں اور وہ مختلف SiNx موٹائیوں کو جلا سکتے ہیں۔ ISFH کا 50-60nm ایک مخصوص پیسٹ پر مبنی ہے — پیسٹ بدلیں تو آپ کو دوبارہ کیلیبریٹ کرنے کی ضرورت پڑ سکتی ہے۔
طویل مدتی قابل اعتماد کوریج نہیں ہے۔ کیا چھوٹے etch گڑ 25 سال کی بیرونی عمر بڑھنے میں بڑے ہو جائیں گے؟ کیا نمی والی گرمی میں انٹرفیس مزید خراب ہوگا؟ مقالہ جواب نہیں دیتا۔
اسے JA Solar 2016 کے ساتھ پڑھنا
| طول و عرض | JA Solar 2016 | ISFH 2022 |
|---|---|---|
| ایپلیکیشن | سامنے SiNx اینٹی ریفلیکشن فلم (ARC) | عقبی SiNx کیپنگ لیئر |
| توجہ | SiNx کی کیمیائی ترکیب (Si/N تناسب) | SiNx کی جسمانی موٹائی |
| بنیادی متغیر | SiH₄/NH₃ گیس تناسب | SiNx موٹائی + فائرنگ کا درجہ حرارت |
| ناکامی کا طریقہ | آف Si/N تناسب → فرٹ viscosity عدم توازن → زیادہ رابطہ مزاحمت | غلط موٹائی → جل کر پار ہونا یا جل کر پار نہ ہونا |
| درست کرنے کی سمت | گیس کے تناسب کو بہترین ونڈو پر ٹیون کریں | موٹائی اور درجہ حرارت کو جوڑیں |
| مشترکہ میکانزم | فرٹ-SiNx رد عمل کی حرکیات رابطے کا معیار طے کرتی ہیں | فرٹ-SiNx دخول کی گہرائی رابطے کا معیار طے کرتی ہے |
دونوں مقالوں کو ساتھ رکھیں تو آپ کو فرنٹ فلم اور بیک فلم کے عمل کی مکمل تصویر مل جاتی ہے: کیمیائی ساخت طے کرتی ہے کہ آپ اچھا رابطہ کر سکتے ہیں یا نہیں، طبعی موٹائی طے کرتی ہے کہ رابطہ کرتے ہوئے آپ نیچے کی چیز کو نقصان پہنچاتے ہیں یا نہیں۔
کوٹنگ کے Si/N تناسب میں معمولی تبدیلی اور Rs میں اضافہ، FF گر جاتا ہے، کارکردگی تباہ ہو جاتی ہے
لائن کے لیے ایک یاد دہانی: کارکردگی کے نقصان کی تلاش میں صرف پولی کو نہ دیکھیں
دونوں مقالے مکمل ہونے کے بعد، واپس اپنی لائن پر۔ کارکردگی کے نقصان کا پیچھا کرتے وقت، ایک انجینئر کی عادت ہوتی ہے کہ پہلے ریئر پولی موٹائی، ڈوپنگ لیول، ٹنل آکسائیڈ موٹائی چیک کرے — FF اور Voc پر ان کے اثرات اچھی طرح سمجھے جاتے ہیں اور یہ معیاری چیک آئٹمز ہیں۔ لیکن ریئر SiNx کیپنگ لیئر کو اکثر "پاسیویشن/کاسمیٹک لیئر" سمجھ کر نظر انداز کر دیا جاتا ہے، اور کم لوگ اسے رابطہ مزاحمت کے حوالے سے سوچتے ہیں۔
اس ISFH مقالے کی قدر بالکل یہی ہے کہ یہ اس نظر انداز شدہ متغیر کو دوبارہ میز پر لے آتا ہے: غلط بیک فلم موٹائی، پیسٹ فائر کے ذریعے نہیں جاتا یا جل جاتا ہے، اور FF بالکل اسی طرح گر جاتا ہے۔ اگلی بار جب آپ کو "پولی پیرامیٹرز میں کوئی تبدیلی نہیں، پھر بھی FF پراسرار طور پر گر گیا" کی صورتحال کا سامنا ہو، تو صرف پولی کے گرد چکر نہ لگائیں — واپس جا کر چیک کریں کہ بیک فلم کی موٹائی اور فائرنگ کا درجہ حرارت اب بھی جوڑے میں ہیں یا نہیں۔
قابل ذکر ہے: ISFH کا تجربہ روایتی فائرنگ پر مبنی ہے۔ لائنوں پر اب بڑے پیمانے پر اپنائی جانے والی LECO ٹیکنالوجی بعد کے لیزر/کرنٹ مرحلے کے ذریعے رابطے کو بہتر بنا سکتی ہے، جو کسی حد تک فائرنگ-درجہ حرارت-موٹائی کے جوڑے کی حساسیت کو کم کرتی ہے — لیکن بیک فلم کی موٹائی پھر بھی بنیادی ونڈو ہے اور اسے نظر انداز نہیں کیا جا سکتا۔
Ooitech کا نقطہ نظر
ہم ہر TOPCon لائن پر جو ہم کمیشن کرتے ہیں یہی چیز دیکھتے ہیں — پچھلی SiNx کیپنگ کو صرف ایک رنگین فلم سمجھا جاتا ہے، اور پھر FF خاموشی سے پھسل جاتا ہے اور کوئی بھی موٹائی-درجہ حرارت کے جوڑے کو چیک نہیں کرتا۔ ISFH کا ڈیٹا اس بات سے ہم آہنگ ہے جو لوگوں کو LECO کی طرف دھکیلتا ہے، کیونکہ رابطے کی تشکیل کو فائرنگ مرحلے سے الگ کرنا حقیقی گنجائش فراہم کرتا ہے جب آپ کے پیسٹ کی فرٹ کیمسٹری اور آپ کی بیک فلم ونڈو مکمل طور پر متفق نہ ہوں۔ اگر آپ دیکھنا چاہتے ہیں کہ یہ مراحل ایک حقیقی ماڈیول لائن پر کیسے انجام پاتے ہیں — کوٹنگ، فائرنگ، اسٹرنگنگ اور سب کچھ — تو Ooitech کا YouTube چینل www.youtube.com/ooitech پر فالو کرنے کے قابل ہے۔ اور ذہن میں رکھیں کہ یہ سیل کی سطح کا مطالعہ ہے؛ ماڈیول لائن ان سیلز کو وراثت میں لیتی ہے لیکن رابطے کی قسمت پہلے ہی اوپر کی طرف سے طے ہو چکی ہوتی ہے۔
حوالہ جات
Min B. et al., AIP Conf. Proc. 2487, 020014 (2022) (DOI: 10.1063/5.0089239)
Chen X.Y. et al., Solar Energy 126 (2016) 105–110 (DOI: 10.1016/j.solener.2016.01.001)
