SiNx بہت پتلا اور سلور پیسٹ پولی لیئر میں گھس جاتا ہے، بہت موٹا ہو تو رابطہ مزاحمت 600x بڑھ جاتی ہے: ISFH نے حل بتایا
مصنوعات کا تعارف
جو بھی TOPCon پروسیس لائن چلا رہا ہے اس پابندی کا سامنا کرنا پڑا ہے۔ SiNx کو بہت پتلا کوٹ کریں اور آپ کو فکر ہے کہ سلور پیسٹ پاسیویشن پرت کو جلا دے گا، Voc کو نیچے کھینچ لے گا۔ اسے بہت موٹا کوٹ کریں اور رابطہ مزاحمت بڑھ جاتی ہے، اور FF نہیں رہ سکتا۔ پتلا آپ کو ڈراتا ہے، موٹا بھی آپ کو ڈراتا ہے — تو کتنی موٹائی "بالکل صحیح" ہے؟
2022 میں، ISFH (جرمنی میں انسٹی ٹیوٹ فار سولر انرجی ریسرچ ہیملن) میں من بیونگسول کی ٹیم نے AIP کانفرنس پروسیڈنگز میں ایک مطالعہ شائع کیا جس نے اس مسئلے کو الگ کیا۔ انہوں نے استعمال کیا POLO پاسیویٹنگ رابطے — جو صنعت میں TOPCon کہلاتے ہیں، بنیادی طور پر ایک انتہائی پتلی آکسائیڈ اور ڈوپڈ پولی سیلیکون پولی-Si/SiOx ڈھانچہ — کو الگ تھلگ کرنے کے لیے کہ واقعی کیا ہو رہا ہے۔
بنیادی نتیجہ پیچیدہ نہیں ہے: SiNx موٹائی اور فائرنگ کا درجہ حرارت ایک مماثل جوڑا ہیں۔ موٹائی تبدیل کریں اور آپ کو درجہ حرارت ایڈجسٹ کرنا ہوگا۔ ایک کو دوسرے کے بغیر منتقل کریں اور یا تو Voc گرتا ہے یا FF گر جاتا ہے۔
تکنیکی پیرامیٹرز
تجربہ کیسے ترتیب دیا گیا
ISFH نے استعمال کیا p-type CZ ویفرز، جس میں ایک n⁺ POLO رابطہ سیل کے پچھلے حصے پر (ٹنل آکسائیڈ اور فاسفورس ڈوپڈ پولی سیلیکون)۔
دو اہم متغیرات:
پچھلی SiNx کیپنگ موٹائی — 40nm سے 80nm تک
چوٹی فائرنگ کا درجہ حرارت — 790°C اور 810°C کے درمیان ایڈجسٹ کیا گیا
پھر انہوں نے دو چیزیں ناپیں: رابطہ مزاحمیت ρc (TLM کے ذریعے) اور سیل IV پیرامیٹرز.
پہلے ہم نے 2016 کے JA سولر کے ایک مقالے پر غور کیا کہ کس طرح کیمیائی ساخت (Si/N تناسب) سامنے کی طرف SiNx اینٹی ریفلیکشن فلم سلور پیسٹ کے رابطے کو متاثر کرتی ہے۔ یہ 2022 کا ISFH کام اس بارے میں ہے کہ کس طرح طبعی موٹائی پچھلی طرف SiNx کیپنگ سلور پیسٹ کے رابطے کو متاثر کرتی ہے۔ دونوں کو ملا کر آپ دونوں جہتوں کا احاطہ کرتے ہیں — "کیمیائی ساخت" اور "طبعی موٹائی،" سامنے کی فلم اور پچھلی فلم۔
تمام نمونے 800°C پر فائر کیے گئے، صرف پچھلی SiNx کی موٹائی مختلف تھی
| SiNx موٹائی | میڈین ρc (800°C) | حیثیت |
|---|---|---|
| 40nm | ~1 mΩ·cm² | بہت کم |
| 50nm | ~1.5 mΩ·cm² | بڑھنا شروع |
| 60nm | ~7 mΩ·cm² | واضح طور پر بڑھ رہا ہے |
| 70nm | ~30-40 mΩ·cm² | منتقلی کا زون، تیز چڑھائی |
| 80nm | ~600 mΩ·cm² | 40nm سے تقریباً 600 گنا زیادہ |
55nm اور 60nm نمونوں پر فائرنگ کے درجہ حرارت کا اسکین
| حالت | میڈین 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
پہلا نتیجہ: بہت زیادہ موٹا ہونے پر پیسٹ فائر تھرو نہیں کر سکتا
تمام نمونے ایک 800°C چوٹی پر فائر کیے گئے، صرف پچھلی SiNx کیپنگ کی موٹائی تبدیل کی گئی۔ اوپر دیے گئے جدول سے پیٹرن واضح ہے — فائرنگ کے دوران پیسٹ جتنی SiNx کو جلا سکتا ہے وہ محدود ہے۔ اس حد کو عبور کریں تو پیسٹ نیچے پولی سلیکون تک نہیں پہنچتا، لہذا رابطہ مزاحمت بڑھ جاتی ہے۔
SEM تصاویر براہ راست ثبوت دیتی ہیں:
40nm SiNx: پیسٹ نے SiNx اور پولی سلیکون دونوں کو مکمل طور پر جلا دیا، جس سے کافی مائیکرون پیمانے کے ایچ گڑھے پولی پر رہ گئے۔ پولی سلیکون مقامی طور پر مکمل طور پر ہٹا دیا گیا — اچھا رابطہ، لیکن پاسیویشن پرت کو نقصان پہنچا۔
80nm SiNx: صرف بہت چھوٹے ایچ گڑھوں کی ایک بہت کم تعداد، کوئی ایسا علاقہ نہیں جہاں پولی مکمل طور پر ہٹا دی گئی ہو — پاسیویشن برقرار رہی، لیکن رابطہ مزاحمت تقریباً 600 گنا زیادہ (تقریباً 2.8 آرڈرز آف میگنیٹیوڈ) تھی، اور FF بنیادی طور پر تباہ ہو گیا۔
ISFH کا نتیجہ واضح ہے: ایک بہترین SiNx ونڈو ہے — 50 اور 60nm کے درمیان۔ بہت پتلا، پیسٹ پاسیویشن میں گھس جاتا ہے اور Voc گر جاتا ہے۔ بہت موٹا، پیسٹ گھس نہیں پاتا اور رابطہ مزاحمت بڑھ جاتی ہے۔
دوسرا نتیجہ: موٹائی اور درجہ حرارت ایک دوسرے سے جڑے ہوئے ہیں
ISFH صرف "50-60nm بہترین ہے" پر نہیں رکا۔ انہوں نے ایک زیادہ عملی فیکٹری فلور سوال پوچھا: اگر SiNx کی موٹائی بدلتی ہے، تو کیا فائرنگ کا درجہ حرارت بھی بدلنا چاہیے؟
انہوں نے 55nm اور 60nm گروپس لے کر درجہ حرارت کا اسکین چلایا 790°C سے 810°C.
نتیجہ بہت صاف ہے:
55nm SiNx: FF چوٹی پر ہے 800°C، بہترین کارکردگی وہاں ہے۔ کم جائیں تو رابطہ کافی اچھا نہیں؛ زیادہ جائیں تو پاسیویشن خراب ہونے لگتی ہے۔
60nm SiNx: FF چوٹی پر ہے 805-810°C۔ کیونکہ SiNx موٹا ہے، اسے پیسٹ کے گھسنے کے لیے زیادہ درجہ حرارت کی ضرورت ہے۔
سادہ لائن کی اصطلاحوں میں: ان ٹیسٹ شرائط کے تحت، 55nm سے 60nm جانے سے بہترین فائرنگ کا درجہ حرارت تقریباً 5-10°C بڑھ جاتا ہے۔ یہ ڈھلوان صرف اسی پیسٹ سسٹم کے لیے ایک حوالہ ہے — پیسٹ تبدیل کریں تو دوبارہ کیلیبریٹ کرنا ہوگا۔
رابطہ مزاحمتی ڈیٹا بھی اس کی تائید کرتا ہے: زیادہ درجہ حرارت، بہتر رابطہ — جب تک کہ آپ اس لائن کو عبور نہ کریں جہاں آپ پاسیویشن کو جلانا شروع کر دیں۔
میکانزم: ایچ گڑھے کا سائز کلید ہے
ISFH نے SEM کا استعمال کرتے ہوئے ایک بہت واضح معیار پیش کیا:
1μm قطر سے بڑے گڑھے: پولی مکمل طور پر ہٹا دیا گیا، پاسیویشن خراب → Voc گرتا ہے
1μm قطر سے چھوٹے گڑھے: پولی مکمل طور پر نہیں ہٹایا گیا، پاسیویشن برقرار ہے → رابطہ مزاحمت کم ہوتی ہے، Voc میں کوئی تبدیلی نہیں
ISFH نے براہ راست کہا: "اچھے رابطے کے لیے چھوٹے سائز کے ایچ گڑھوں کی ایک مخصوص تعداد ضروری ہے۔ 1μm سے چھوٹے قطر کے ایچ گڑھے پاسیویشن کوالٹی پر کوئی اثر نہیں ڈالتے۔"
لائن کا معیار: ایچ گڑھے نہ تو کم بہتر ہیں اور نہ زیادہ — ہدف ہے چھوٹا سائز، معتدل تقسیم۔ اگر آپ خوردبین کے نیچے بہت سے >1μm گڑھے دیکھتے ہیں، تو درجہ حرارت بہت زیادہ ہے یا SiNx بہت پتلی ہے، اور پاسیویشن کو نقصان پہنچ رہا ہے۔
مصنوعات کی درخواست
پیداواری لائن اصل میں کیا استعمال کر سکتی ہے؟
1. SiNx کی موٹائی نہ پتلی بہتر ہے نہ موٹی۔ 40nm سے نیچے، پیسٹ پاسیویشن کو جلا دیتا ہے اور Voc گر جاتا ہے؛ 80nm سے اوپر، پیسٹ فائر نہیں کر پاتا اور رابطہ مزاحمت تقریباً 600 گنا بڑھ جاتی ہے۔
2. موٹائی اور درجہ حرارت ایک جوڑی ہیں۔ SiNx کی موٹائی تبدیل کریں اور فائرنگ کا درجہ حرارت بھی بدلنا چاہیے۔ ISFH کے اعداد و شمار ایک حوالہ دیتے ہیں — ان حالات میں، SiNx کے ہر اضافی 5nm کے لیے چوٹی کا درجہ حرارت تقریباً 5-10°C بڑھتا ہے — لیکن پیسٹ تبدیل کرنے کے بعد دوبارہ کیلیبریٹ کریں۔
3. ایچ گڑھے ایک "ونڈو" اشارے ہیں۔ SEM کے ذریعے گڑھوں کے سائز اور کثافت دیکھ کر آپ اندازہ لگا سکتے ہیں کہ آپ کا موجودہ موٹائی-درجہ حرارت کا مجموعہ ونڈو کے اندر ہے یا نہیں۔ بہت سے >1μm گڑھے → بہت گرم یا فلم بہت پتلی؛ تقریباً کوئی گڑھے نہیں → بہت ٹھنڈا یا فلم بہت موٹی، رابطے میں مسئلہ ہو سکتا ہے۔
4. پچھلی فلم کی موٹائی کاسمیٹک پیداوار اور پیسٹ کے انتخاب کو بھی کنٹرول کرتی ہے۔ اوپر کے تین نکات اس بارے میں ہیں کہ موٹائی کس طرح رابطہ مزاحمت اور FF کو متاثر کرتی ہے جب پیسٹ فائر ہوتا ہے یا نہیں۔ لیکن لائن پر، پچھلی SiNx کی موٹائی برقی کارکردگی سے کہیں زیادہ کنٹرول کرتی ہے۔
حقیقی بڑے پیمانے پر پیداوار میں، پچھلی SiNx عام طور پر 70-85nm کی حد میں کنٹرول کی جاتی ہے — ISFH پیپر میں 50-60nm "رابطہ بہترین" سے زیادہ موٹی۔ اس کی وجہ سادہ ہے: پیپر نے اپنے مخصوص POLO ڈھانچے اور ایک خاص پیسٹ کے لیے خالص رابطہ بہترین پیمائش کی، جبکہ پیداواری لائن کو ایک ساتھ پاسیویشن، رابطہ اور رنگ کی یکسانیت کو متوازن کرنا ہوتا ہے، اور ایک موٹی، زیادہ مستحکم رینج کا انتخاب کرتی ہے۔ زیادہ اہم بات یہ ہے کہ کمرشل لائن پیسٹ ISFH کے لیب پیسٹ سے مختلف گلاس-فریٹ سسٹم استعمال کرتے ہیں، لہٰذا SiNx موٹائی کی وہ ونڈو جسے جلایا جا سکتا ہے بھی مختلف ہوتی ہے۔
موٹائی تبدیل کریں اور ریفریکٹیو انڈیکس بدل جاتا ہے، اور فلم کا انٹرفیرنس کلر بھی اس کے ساتھ بدل جاتا ہے۔ بہت پتلی یا بہت موٹی ہونے پر ویفرز دکھاتے ہیں رنگ کا فرق، آف کلر اور اسی طرح کی کاسمیٹک ڈاون گریڈز جو براہ راست کاسمیٹک ییلڈ کو کم کرتی ہیں۔ اس کے نتیجے میں پیسٹ بنانے والے پر ایک سخت شرط عائد ہوتی ہے: پیسٹ کو بیک فلم کے پروسیس ونڈو سے مماثل ہونا چاہیے، نہ کہ بیک فلم کو کسی ایک خاص پیسٹ کے مطابق ڈھالنے پر مجبور کرے۔ موٹائی اور درجہ حرارت کا جوڑا ہونا چاہیے، اور پیسٹ اور فلم کی موٹائی کا بھی جوڑا ہونا چاہیے — لائن ایک نظام ہے، نہ کہ ایک نقطہ کی تبدیلی۔
تین باتیں جو پیپر نے نہیں کہیں
POLO اور TOPCon کے درمیان تعلق۔ ISFH نے جو POLO کانٹیکٹ استعمال کیا وہ بنیادی طور پر الٹرا تھن آکسائیڈ کے ساتھ ڈوپڈ پولی سیلیکون (poly-Si/SiOx) ہے، جو آج کے TOPCon ریئر ڈھانچے جیسا ہی ہے، لہٰذا نتائج براہ راست منتقل ہوتے ہیں۔ POLO ISFH کا تعلیمی نام ہے؛ TOPCon صنعت کا معیاری اصطلاح ہے؛ بنیادی ڈھانچہ ایک ہی ہے۔
پیسٹ ماڈل penetration depth کو متاثر کرتا ہے۔ مختلف پیسٹوں میں مختلف گلاس-فریٹ کمپوزیشن ہوتی ہے اور وہ مختلف SiNx موٹائیوں کو جلا سکتے ہیں۔ ISFH کا 50-60nm ایک مخصوص پیسٹ پر مبنی ہے — پیسٹ تبدیل کریں تو آپ کو دوبارہ کیلیبریٹ کرنے کی ضرورت پڑ سکتی ہے۔
طویل مدتی بھروسے کا احاطہ نہیں کیا گیا۔ کیا چھوٹے etch pits 25 سال کی بیرونی عمر بڑھنے کے بعد بڑے ہو جائیں گے؟ کیا انٹرفیس نم گرمی میں مزید خراب ہو گا؟ پیپر اس کا جواب نہیں دیتا۔
اسے JA Solar 2016 کے ساتھ پڑھنا
| طول و عرض | JA Solar 2016 | ISFH 2022 |
|---|---|---|
| درخواست | سامنے کی SiNx اینٹی ریفلیکشن فلم (ARC) | پچھلی SiNx کیپنگ پرت |
| فوکس | SiNx کی کیمیائی ساخت (Si/N تناسب) | SiNx کی طبعی موٹائی |
| بنیادی متغیر | SiH₄/NH₃ گیس کا تناسب | SiNx موٹائی + فائرنگ کا درجہ حرارت |
| ناکامی کا طریقہ | غلط Si/N تناسب → فریٹ viscosity کا عدم توازن → زیادہ کانٹیکٹ مزاحمت | غلط موٹائی → جل جانا یا جل نہ پانا |
| سمت درست کریں | گیس کے تناسب کو بہترین ونڈو میں ٹیون کریں | جوڑی کی موٹائی اور درجہ حرارت |
| مشترکہ میکانزم | Frit-SiNx رد عمل کی حرکیات رابطے کے معیار کا فیصلہ کرتی ہیں | Frit-SiNx کی دخول کی گہرائی رابطے کے معیار کا فیصلہ کرتی ہے |
دونوں مقالوں کو ساتھ رکھیں اور آپ کو فرنٹ فلم اور بیک فلم کے عمل کی مکمل تصویر مل جائے گی: کیمیائی ساخت فیصلہ کرتی ہے کہ آیا آپ اچھی طرح رابطہ کر سکتے ہیں، جسمانی موٹائی فیصلہ کرتی ہے کہ آیا رابطہ کرتے ہوئے نیچے کی چیز کو نقصان پہنچتا ہے۔
کوٹنگ کے Si/N تناسب کو ہلکا سا تبدیل کریں اور Rs میں اضافہ، FF میں کمی، کارکردگی میں تباہی
لائن کے لیے ایک یاد دہانی: کارکردگی کے نقصان کی تلاش میں صرف پولی پر مت گھوریں
دونوں مقالے مکمل ہونے کے بعد، اپنی لائن پر واپس آتے ہیں۔ جب کارکردگی کے نقصان کا پیچھا کیا جائے تو انجینئر کا ردعمل پہلے پچھلی پولی کی موٹائی، ڈوپنگ لیول، ٹنل آکسائیڈ کی موٹائی چیک کرنا ہوتا ہے — FF اور Voc پر ان کا اثر اچھی طرح سمجھا جاتا ہے اور یہ معیاری چیک آئٹمز ہیں۔ لیکن پچھلی SiNx کیپنگ پرت کو اکثر "پاسیویشن/کاسمیٹک پرت" کہہ کر نظر انداز کر دیا جاتا ہے، اور بہت کم لوگ اسے رابطہ مزاحمت کے لحاظ سے سوچتے ہیں۔
اس ISFH مقالے کی قدر یہ ہے کہ یہ اس نظر انداز کردہ متغیر کو واپس میز پر لاتا ہے: غلط بیک فلم کی موٹائی، پیسٹ فائر کے ذریعے نہیں جاتا یا جلا دیتا ہے، اور FF اسی طرح گر جاتا ہے۔ اگلی بار جب آپ "پولی پیرامیٹرز میں کوئی تبدیلی نہیں، لیکن FF پراسرار طور پر گر گیا" کی صورت حال کا سامنا کریں، تو صرف پولی کے گرد چکر نہ لگائیں — واپس جائیں اور چیک کریں کہ آیا بیک فلم کی موٹائی اور فائرنگ کا درجہ حرارت اب بھی جوڑا ہے۔
قابل ذکر: ISFH کا تجربہ روایتی فائرنگ پر مبنی ہے۔ LECO ٹیکنالوجی جو اب لائنوں پر بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے، بعد میں 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 اب بھی بنیادی ونڈو ہے اور اسے نظر انداز نہیں کیا جا سکتا۔
Ooitech کا نقطہ نظر
ہم ہر TOPCon لائن پر جو کمیشن کرتے ہیں وہی دیکھتے ہیں — پچھلی SiNx کیپنگ کو صرف رنگین فلم سمجھا جاتا ہے، اور پھر FF خاموشی سے پھسل جاتا ہے جبکہ کوئی موٹائی-درجہ حرارت کے جوڑے کو چیک نہیں کرتا۔ ISFH کا ڈیٹا اس بات سے مطابقت رکھتا ہے جو لوگوں کو LECO کی طرف دھکیلتا ہے، کیونکہ فائرنگ کے مرحلے سے رابطہ کی تشکیل کو الگ کرنا حقیقی مارجن خریدتا ہے جب آپ کے پیسٹ کی فریٹ کیمسٹری اور آپ کی بیک فلم ونڈو مکمل طور پر متفق نہ ہوں۔ اگر آپ یہ دیکھنا چاہتے ہیں کہ یہ اقدامات ایک حقیقی ماڈیول لائن پر کیسے کام کرتے ہیں — کوٹنگ، فائرنگ، سٹرنگنگ اور سب — Ooitech YouTube چینل پر www.youtube.com/ooitech فالو کرنے کے قابل ہے۔ اور ذہن میں رکھیں کہ یہ سیل کی سطح کا مطالعہ ہے؛ ماڈیول لائن ان خلیوں کو وراثت میں لے لیتی ہے لیکن رابطے کی قسمت پہلے سے طے شدہ 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)
