TOPCon سیل UVID اسٹڈی: نان کنٹیکٹ IV ٹیسٹنگ ٹریکس
فہرست مضامین
مختصر جواب: UVID، بالائے بنفشی سے پیدا ہونے والی تنزلی، TOPCon خلیات میں ایک قابلِ اعتماد میکانزم ہے جسے معیاری طاقت کی پیمائش نظر انداز کر دیتی ہے کیونکہ یہ روشنی کے تحت آہستہ آہستہ نشوونما پاتا ہے بجائے اس کے کہ فوری نقصان کے طور پر ظاہر ہو۔ اسے ٹریک کرنے کے لیے غیر رابطہ IV جانچ استعمال کی جاتی ہے: خلیے کی پیمائش دھات کاری کو چھوئے بغیر کی جاتی ہے، لہٰذا اسی خلیے کو تیز رفتار نمائش کے دوران بار بار دوبارہ ناپا جا سکتا ہے بغیر رابطے کے نقصان کو متعارف کرائے جو نتیجے کو مشتبہ بنا دے۔ اس مطالعے میں دباؤ کے حالات 60 °C پر UV نمائش پر مشتمل ہیں، جس میں 120 nm، 400 nm اور 500 nm کے قریب طیفی حدود میں پیمائشیں کی گئیں، اور UV60 کے نام سے لیبل شدہ نمونہ سیٹ استعمال کیے گئے۔ غیر رابطہ پیمائش کی قدر یہ ہے کہ یہ UVID کو تباہ کن اختتامی مشاہدے سے ایک ایسے منحنی خط میں بدل دیتی ہے جسے آپ دیکھ سکتے ہیں، اور یہی چیز کسی عمل کی تبدیلی کو صرف قبول یا مسترد کرنے کے بجائے جانچنے کی اجازت دیتی ہے۔
PV ماڈیول مینوفیکچرنگ · از جیری، Ooitech
TOPCon سیل UVID اور غیر رابطہ IV ٹیسٹنگ
TOPCon سولر سیلز نے اپنی مضبوط سطحی پاسیویشن اور کیریئر منتخب رابطوں کی وجہ سے فوٹو وولٹک مارکیٹ میں ایک نمایاں مقام حاصل کر لیا ہے۔ تاہم، بیرونی آپریشن انہیں بالائے بنفشی سے پیدا ہونے والی تنزلی، یا UVID، سے دوچار کرتا ہے۔ اس مطالعے میں، تبادلوں کی کارکردگی UV60 نمائش کے بعد 6.72%.
گر گئی۔ پہلے کے کام اکثر UVID کو بنیادی طور پر زیادہ توانائی کے فوٹونوں سے Si–H بانڈز کے ٹوٹنے اور متحرک ہائیڈروجن کے اخراج سے جوڑتے تھے۔ شمسی بالائے بنفشی سپیکٹرم فوٹون توانائی کی ایک بہت وسیع رینج 3.1–4.43 eVکا احاطہ کرتا ہے، لہٰذا سامنے کی سطح کے مواد کے ساتھ اس کے تعامل کی وضاحت صرف Si–H بانڈ ٹوٹنے سے نہیں کی جا سکتی۔ سامنے کا Al₂O₃/SiNₓ اسٹیک بھی پچھلی طرف کے ڈھانچے کے مقابلے میں بہت کمزور UV مزاحمت دکھاتا ہے۔
Millennial Solar کا غیر رابطہ IV ٹیسٹر بغیر کسی خرچ کے غیر تباہ کن جانچ اور ملی سیکنڈ سطح کی پیمائش کی رفتار فراہم کرتا ہے۔ یہ بیک کانٹیکٹ اور بغیر بس بار کے سیل ڈیزائنوں کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے اور ایک ہی ٹیسٹ ترتیب میں کثیر جہتی IV، EQE اور PL پیرامیٹرز حاصل کر سکتا ہے۔
اس مطالعے میں ٹائم آف فلائٹ سیکنڈری آئن ماس اسپیکٹرومیٹری، یا ToF-SIMS، کے ساتھ ساتھ گہرائی پروفائل ایکس رے فوٹو الیکٹران اسپیکٹروسکوپی، یا XPS، کا استعمال کرتے ہوئے UV60 نمائش سے پہلے اور بعد میں Al₂O₃/SiNₓ تہوں میں عنصری تقسیم اور کیمیائی بانڈ کی تبدیلیوں کا سراغ لگایا گیا۔ نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ N–H بانڈ ٹوٹنا Si–H بانڈ ٹوٹنے کے علاوہ ہائیڈروجن کے دوسرے ذریعے کے طور پر کام کرتا ہے۔ UV نمائش بے ساختہ Al₂O₃ میں Al–O بانڈز کو بھی نقصان پہنچاتی ہے، جس سے بڑی تعداد میں آکسیجن خلا پیدا ہوتے ہیں۔ ہائیڈروجن اور آکسیجن کے مشترکہ میکانزم سطحی دوبارہ ملاپ کو بڑھاتے ہیں اور پاسیویشن تہہ کی قابل اعتمادی کو بہتر بنانے کے لیے ایک واضح بنیاد فراہم کرتے ہیں۔
تجرباتی طریقہ
Millennial Solar
(a) TOPCon سولر سیل کا خاکہ ڈھانچہ؛ (b) ہم آہنگ سامنے کے ڈھانچے کا نمونہ؛ (c) ہم آہنگ پچھلے ڈھانچے کا نمونہ۔
دو ہم آہنگ نمونہ ڈھانچے تیار کیے گئے۔ سامنے کا ڈھانچہ SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓتھا۔ پچھلے ڈھانچے میں SiOₓ/n⁺-poly-Si تہیں شامل تھیں۔ UV عمر رسیدگی ماڈیول کی سطح پر ایک روشنی کے منبع کا استعمال کرتے ہوئے کی گئی جو بنیادی طور پر UV-A پر مشتمل تھا جس میں تقریباً 11% UV-B تھا۔ ٹیسٹ کے حالات 60°C اور 30% نسبتی نمی تھے۔
| ٹیسٹ آئٹم | حالت یا ترتیب |
|---|---|
| سامنے کا ہم آہنگ نمونہ | SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ |
| پچھلا ہم آہنگ نمونہ | SiOₓ/n⁺-poly-Si تہوں پر مشتمل ڈھانچہ |
| UV منبع | بنیادی طور پر UV-A، تقریباً 11% UV-B کے ساتھ |
| ٹیسٹ درجہ حرارت | 60°C |
| نسبتی نمی | 30% |
| زیادہ سے زیادہ رپورٹ شدہ UV خوراک | 60 kWh·m⁻²، جسے UV60 کے طور پر شناخت کیا گیا |
| بنیادی تجزیہ کے طریقے | ToF-SIMS اور گہرائی پروفائل XPS |
بالائے بنفشی روشنی کے منبع کی سپیکٹرل شعاعی تابکاری۔
سامنے اور پچھلے ڈھانچوں کی UV مزاحمت
Millennial Solar
UV نمائش کے دوران ہم آہنگ سامنے اور پچھلے ڈھانچے کے نمونوں میں تبدیلیاں: (a) 1 × 10¹⁵ cm⁻³ کے انجیکٹڈ کیریئر ارتکاز پر مؤثر کیریئر عمر، τeff؛ (b) مضمر اوپن سرکٹ وولٹیج، iVoc؛ اور (c) یک طرفہ سیچوریشن کرنٹ کثافت، J₀۔
ہم آہنگ پچھلے ڈھانچے نے 60 kWh·m⁻² کی UV نمائش کے بعد صرف معمولی تنزلی دکھائی۔ اس کی 120 nm poly-Si تہہ نے تقریباً تمام واقع UV شعاعوں کو جذب کیا اور نیچے کے انٹرفیس کو مؤثر تحفظ فراہم کیا۔
ہم آہنگ سامنے کا ڈھانچہ بہت زیادہ شدید تنزلی کا شکار ہوا:
مؤثر کیریئر عمر، τeff، 2,895.6 μs سے 1,552.8 μs.
تک گر گئی مضمر اوپن سرکٹ وولٹیج، iVoc،.
735.5 mV سے 715.2 mV تک کم ہو گیایک طرفہ J₀
18.4 fA·cm⁻²
تک بڑھ گیا، جو اس کی ابتدائی قدر کا تقریباً تین گنا ہے۔
Al₂O₃/SiNₓ پاسیویشن کی کارکردگی کافی حد تک خراب ہو گئی۔
Millennial Solar
یہ نتائج تصدیق کرتے ہیں کہ سامنے کا SiNₓ/Al₂O₃ اسٹیک پچھلے SiOₓ/poly-Si ڈھانچے کے مقابلے میں بالائے بنفشی نمائش کے لیے کافی زیادہ کمزور ہے۔
کیمیائی ترکیب کا ارتقا UV60 نمائش سے پہلے اور بعد میں پالش شدہ ہم آہنگ سامنے کے ڈھانچے کے نمونوں میں (a) ہائیڈروجن اور (b) آکسیجن کی شدت کے ToF-SIMS گہرائی پروفائلز۔ToF-SIMS نے بالائے بنفشی نمائش کے بعد ہائیڈروجن ارتکاز میں واضح اضافہ دکھایا، خاص طور پر SiNₓ تہہ کے اندر۔ N 1s XPS سگنل کے گہرائی پروفائل تجزیے نے پایا کہ SiNₓ/Al₂O₃ انٹرفیس پر N–H بانڈز کا تناسب
9.64% سے 5.97%
تک کم ہو گیا۔ یہ تصدیق کرتا ہے کہ N–H بانڈ ٹوٹنا Si–H بانڈ کی علیحدگی کے ساتھ ساتھ ہائیڈروجن کا ایک اور اہم ذریعہ ہے۔
جاری ہونے والی ہائیڈروجن کا کچھ حصہ SiNₓ سطح کی طرف پھیلا اور دوبارہ سلیکون کے ساتھ جڑ گیا۔ یہ وضاحت کرتا ہے کہ سطح کے قریب مقامی N–H تناسب کیوں بڑھ گیا بجائے مسلسل گرنے کے۔ آکسیجن کا ارتقا بھی اہم تھا۔ Al₂O₃ تہہ کے اندر آکسیجن کا ارتکاز قدرے کم ہوا، جبکہ SiNₓ/Al₂O₃ اور Al₂O₃/Si دونوں انٹرفیسوں پر یہ بڑھ گیا۔ یہ تقسیم ظاہر کرتی ہے کہ Al–O بانڈ ٹوٹنے سے جاری ہونے والی آکسیجن Al₂O₃ فلم سے باہر کی طرف پھیلی۔ایک مثالی کرسٹل میں Al–O بانڈ کی توانائی تقریباً 5.3 eVہے۔ بے ساختہ Al₂O₃ مختلف ہے۔ کم ہم آہنگی والے ایلومینیم آئن اور منفی چارج شدہ آکسیجن خلا ملحقہ Al–O بانڈز کو توڑنے کے لیے ایکٹیویشن توانائی کو تقریباً 2.4 eVتک کم کر سکتے ہیں۔ ایک 400 nm بالائے بنفشی فوٹون تقریباً
3.1 eV
O 1s XPS نتائج نے lattice oxygen، جس کی شناخت OI کے طور پر کی گئی، سے oxygen-vacancy سے متعلق اجزاء، جن کی شناخت OII کے طور پر کی گئی، کی طرف تبدیلی ظاہر کی۔ Al 2p سپیکٹرا میں، Al₂O₃ کا تناسب 69.99% to 60.36%سے گر گیا، جبکہ Al–OH 30.01% to 39.64%.
سے بڑھ گیا۔ Si 2p سپیکٹرا نے بھی Si²⁺ میں اضافہ اور اعلیٰ silicon oxidation states میں کمی ظاہر کی۔ oxygen-vacancy کی تشکیل کے دوران خارج ہونے والے الیکٹرانز نے silicon کو اعلیٰ oxidation states سے کم کیا۔ oxygen، aluminum اور silicon bonding میں یہ مربوط تبدیلیاں Al₂O₃ فلم کو ایک واحد الگ تھلگ bond-breaking ردعمل کے بجائے وسیع نقصان کی نشاندہی کرتی ہیں۔
برقی کارکردگی میں کمی
Millennial Solar
UV60 exposure سے پہلے اور بعد میں TOPCon solar cell کے EQE اور reflectance curves۔
UV60 exposure کے بعد reflectance تقریباً غیر تبدیل شدہ رہا۔ EQE نے 500 nm سے کم short-wavelength خطے میں معتدل کمی ظاہر کی، جو front surface پر زیادہ مضبوط recombination کے مطابق ہے۔
UV60 exposure کے دوران TOPCon solar cell کے front contact resistivity میں تبدیلی۔
Front contact resistivity UV dose کے ساتھ تقریباً خطی طور پر بڑھا، 4.1 mΩ·cm²تک پہنچ گیا، جو اس کی ابتدائی قدر کا تقریباً 8.6 times ہے۔ تجویز کردہ میکانزم passivation layers کے اندر پیدا ہونے والے متحرک hydrogen اور oxygen سے منسلک ہے۔ یہ اجزاء electrode interface کی طرف پھیلتے ہیں اور oxidation-reduction ردعمل میں حصہ لیتے ہیں۔
UV تابکاری چاندی کی سطح پر پانی کے مالیکیولز کو hydroxyl radicals میں بھی تبدیل کر سکتی ہے۔ مل کر، یہ ردعمل دھاتی electrode کے corrosion کو فروغ دیتے ہیں اور contact resistance بڑھاتے ہیں۔
UV60 exposure کے دوران TOPCon solar cell کی برقی کارکردگی میں کمی: (a) Voc؛ (b) Jsc؛ (c) FF؛ اور (d) efficiency۔
حتمی برقی نقصانات کئی parameters میں تقسیم تھے:
Voc میں 3.46% کمی ہوئی, بنیادی طور پر front-surface passivation کی کمی اور J₀ میں اضافے کی وجہ سے۔
FF میں 2.82% کمی ہوئی, بنیادی طور پر front contact resistivity میں تیز اضافے کی وجہ سے۔
Jsc میں صرف 0.64% کمی ہوئی, کیونکہ EQE کا نقصان بنیادی طور پر short-wavelength خطے تک محدود تھا۔
Conversion efficiency میں 6.72% کمی ہوئی UV60 exposure کے بعد۔
لہٰذا TOPCon solar cell کی front SiNₓ/Al₂O₃ ساخت کی ultraviolet مزاحمت rear ساخت کے مقابلے میں بہت کم ہے۔ UV exposure کے تحت، Si–H اور N–H bonds ٹوٹ جاتے ہیں اور متحرک hydrogen خارج کرتے ہیں۔ amorphous Al₂O₃ میں Al–O bonds بھی خراب ہوتے ہیں، oxygen خارج کرتے ہیں اور oxygen vacancies کی زیادہ کثافت پیدا کرتے ہیں۔ اسی وقت، Al₂O₃ Al–OH کی طرف منتقل ہوتا ہے اور silicon oxidation-state کی تقسیم تبدیل ہوتی ہے۔
hydrogen اور oxygen سے متعلق degradation میکانزم مل کر سطحی recombination کو شدید کرتے ہیں۔ front contact resistivity میں اس کے ساتھ ہونے والا اضافہ ایک الگ برقی نقصان شامل کرتا ہے، جس کی وجہ سے ماپا گیا 6.72% efficiency degradation. یہ نتائج TOPCon UVID کو سمجھنے اور front-side passivation stacks کی طویل مدتی reliability کو بہتر بنانے کے لیے ایک مفید حوالہ فراہم کرتے ہیں۔
Ooitech کا نقطہ نظر
اہم نکتہ یہ ہے کہ TOPCon UVID کو ایک سادہ Si–H bond مسئلہ نہیں سمجھا جا سکتا۔ Passivation chemistry، oxygen-vacancy کنٹرول اور metallization استحکام کا ایک ساتھ جائزہ لینے کی ضرورت ہے، خاص طور پر جب طویل بیرونی سروس کے لیے module production processes کی قابلیت کا تعین کیا جائے۔ Non-contact IV، EQE اور PL ٹریکنگ ان نقصانات کی جلد شناخت میں مدد کر سکتی ہے بغیر بڑھتی ہوئی نازک cell designs میں mechanical contact نقصان شامل کیے۔
متعلقہ: TOPCon UVID اور r-UVID / ir-UVID تقسیم اس نقصان کو الگ کرتا ہے جو ہلکی بھگونے سے واپس آ جاتا ہے اس نقصان سے جو برقرار رہتا ہے۔
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:
