TOPCon سیل UVID مطالعہ: غیر رابطہ IV ٹیسٹنگ پاسیویشن ڈیگریڈیشن اور 6.72% کارکردگی کے نقصان کو ٹریک کرتی ہے

TOPCon سیل UVID اور غیر رابطہ IV جانچ

TOPCon سولر سیلز نے اپنی مضبوط سطح کی پاسیویشن اور کیریئر سلیکٹیو کانٹیکٹس کی وجہ سے فوٹو وولٹک مارکیٹ میں ایک اہم مقام حاصل کر لیا ہے۔ تاہم، بیرونی آپریشن انہیں الٹرا وائلٹ سے متاثرہ انحطاط (UVID) سے دوچار کرتا ہے۔ اس مطالعے میں، تبدیلی کی کارکردگی میں UV60 کی نمائش کے بعد 6.72% کی کمی.

پہلے کے کام نے اکثر UVID کو بنیادی طور پر اعلی توانائی والے فوٹونز کے ذریعے Si–H بانڈز کو توڑنے اور موبائل ہائیڈروجن کے اخراج سے منسلک کیا۔ شمسی الٹرا وائلٹ سپیکٹرم فوٹون انرجی کی ایک وسیع رینج پر محیط ہے 3.1–4.43 eV، لہذا فرنٹ سرفیس مواد کے ساتھ اس کا تعامل صرف Si–H بانڈ ٹوٹنے سے نہیں سمجھایا جا سکتا۔ فرنٹ Al₂O₃/SiNₓ اسٹیک بھی پیچھے کی طرف کی ساخت کے مقابلے میں بہت کمزور UV مزاحمت دکھاتا ہے۔

Millennial Solar غیر رابطہ IV ٹیسٹر غیر تباہ کن جانچ فراہم کرتا ہے جس میں کوئی استعمال کی اشیاء نہیں ہیں اور ملی سیکنڈ کی پیمائش کی رفتار ہے۔ یہ بیک کانٹیکٹ اور بس بار لیس سیل ڈیزائن کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے اور ایک ٹیسٹ سیکوئنس میں کثیر جہتی IV، EQE اور PL پیرامیٹرز حاصل کر سکتا ہے۔

اس مطالعے میں ٹائم آف فلائٹ سیکنڈری آئن ماس اسپیکٹرومیٹری (ToF-SIMS) کے ساتھ ساتھ ڈیپتھ پروفائل ایکس رے فوٹو الیکٹران اسپیکٹرومیٹری (XPS) کا استعمال کیا گیا تاکہ UV60 کی نمائش سے پہلے اور بعد میں Al₂O₃/SiNₓ تہوں میں عنصری تقسیم اور کیمیائی بانڈ تبدیلیوں کو ٹریک کیا جا سکے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ N–H بانڈ کا ٹوٹنا Si–H بانڈ ٹوٹنے کے علاوہ ہائیڈروجن کے دوسرے ذریعہ کے طور پر کام کرتا ہے۔ UV کی نمائش بے ساختہ Al₂O₃ میں Al–O بانڈز کو بھی نقصان پہنچاتی ہے، جس سے بڑی تعداد میں آکسیجن ویکینسیز پیدا ہوتی ہیں۔ ہائیڈروجن اور آکسیجن کے مشترکہ میکانزم سطح کے دوبارہ ملاپ کو بڑھاتے ہیں اور پاسیویشن پرت کی وشوسنییتا کو بہتر بنانے کے لیے ایک واضح بنیاد فراہم کرتے ہیں۔

تجرباتی طریقہ

Millennial Solar

(a) TOPCon سولر سیل کی اسکیمیٹک ساخت؛ (b) سڈول فرنٹ اسٹرکچر کا نمونہ؛ (c) سڈول ریئر اسٹرکچر کا نمونہ۔

دو سڈول نمونے کی ساخت تیار کی گئی۔ فرنٹ کی ساخت تھی SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ۔ پچھلی ساخت میں SiOₓ/n⁺-poly-Si کی تہیں شامل تھیں۔ UV ایجنگ ماڈیول کی سطح پر کی گئی جس میں روشنی کا ذریعہ بنیادی طور پر UV-A تھا جس میں تقریباً 11% UV-B تھا۔ ٹیسٹ کے حالات 60°C اور 30% رشتہ دار نمی تھے۔

الٹرا وائلٹ روشنی کے ذریعہ کی سپیکٹرل اریڈینس۔

سامنے اور پچھلی ساختوں کی UV مزاحمت

Millennial Solar

UV نمائش کے دوران ہم آہنگ سامنے اور پچھلی ساخت کے نمونوں میں تبدیلیاں: (a) موثر کیریئر لائف ٹائم، τeff، 1 × 10¹⁵ cm⁻³ کے انجیکٹڈ کیریئر ارتکاز پر؛ (b) مضمر اوپن سرکٹ وولٹیج، iVoc؛ اور (c) سنگل سائیڈ سیچوریشن کرنٹ کثافت، J₀۔

ہم آہنگ پچھلی ساخت نے صرف معمولی انحطاط دکھایا 60 kWh·m⁻² UV نمائش کے بعد۔ اس کی 120 nm پولی-Si تہہ نے تقریباً تمام واقع UV تابکاری جذب کر لی اور بنیادی انٹرفیس کو مؤثر تحفظ فراہم کیا۔

ہم آہنگ سامنے کی ساخت بہت زیادہ شدید طور پر انحطاط پذیر ہوئی:

• موثر کیریئر لائف ٹائم، τeff، گر گیا 2,895.6 μs سے 1,552.8 μs تک.

• مضمر اوپن سرکٹ وولٹیج، iVoc، کم ہوا 735.5 mV سے 715.2 mV تک.

• سنگل سائیڈ J₀ بڑھ کر 18.4 fA·cm⁻²، جو اس کی ابتدائی قدر سے تقریباً تین گنا ہے۔

• Al₂O₃/SiNₓ پاسیویشن کی کارکردگی کافی حد تک خراب ہو گئی۔

یہ نتائج اس بات کی تصدیق کرتے ہیں کہ سامنے کا SiNₓ/Al₂O₃ اسٹیک پچھلے SiOₓ/poly-Si ساخت کے مقابلے میں الٹرا وائلٹ شعاعوں کے لیے کافی زیادہ کمزور ہے۔

کیمیائی ساخت کا ارتقاء

Millennial Solar

UV60 کی نمائش سے پہلے اور بعد میں پالش شدہ سڈول فرنٹ-سٹرکچر نمونوں میں (a) ہائیڈروجن اور (b) آکسیجن کی شدت کے ToF-SIMS گہرائی پروفائلز۔

ToF-SIMS نے الٹرا وائلٹ نمائش کے بعد ہائیڈروجن کی ارتکاز میں واضح اضافہ دکھایا، خاص طور پر SiNₓ پرت کے اندر۔ N 1s XPS سگنل کے گہرائی-پروفائل تجزیہ سے پتہ چلا کہ SiNₓ/Al₂O₃ انٹرفیس پر N–H بانڈز کا تناسب 9.64% سے 5.97%تک کم ہو گیا۔ اس سے تصدیق ہوتی ہے کہ N–H بانڈ کا ٹوٹنا Si–H بانڈ کے ٹوٹنے کے ساتھ ساتھ ہائیڈروجن کا ایک اور اہم ذریعہ ہے۔

کچھ خارج شدہ ہائیڈروجن SiNₓ کی سطح کی طرف پھیل گئی اور سلکان کے ساتھ دوبارہ جڑ گئی۔ یہ وضاحت کرتا ہے کہ سطح کے قریب مقامی N–H تناسب کیوں کم ہونے کے بجائے بڑھ گیا۔

آکسیجن کا ارتقاء بھی اہم تھا۔ Al₂O₃ پرت کے اندر آکسیجن کی ارتکاز میں معمولی کمی آئی، جبکہ SiNₓ/Al₂O₃ اور Al₂O₃/Si دونوں انٹرفیس پر اس میں اضافہ ہوا۔ یہ تقسیم اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ Al–O بانڈ کے ٹوٹنے سے خارج ہونے والی آکسیجن Al₂O₃ فلم سے باہر پھیل گئی۔

ایک مثالی کرسٹل میں Al–O بانڈ کی توانائی تقریباً 5.3 eVہوتی ہے۔ بے ساختہ Al₂O₃ مختلف ہے۔ کم کوآرڈینیٹڈ ایلومینیم آئن اور منفی چارج شدہ آکسیجن خالی جگہیں ملحقہ Al–O بانڈز کو توڑنے کے لیے ایکٹیویشن انرجی کو تقریباً 2.4 eVتک کم کر سکتی ہیں۔ 400 nm کا الٹرا وائلٹ فوٹون تقریباً 3.1 eVرکھتا ہے، جو اس عمل کو شروع کرنے کے لیے پہلے سے کافی ہے۔

UV60 کی نمائش سے پہلے اور بعد میں مختلف Al₂O₃/SiNₓ انٹرفیس پر N 1s گہرائی-پروفائل XPS سپیکٹرا، جس میں 397.5 eV پر N–Si بانڈز اور 399.5 eV پر N–H بانڈز شامل ہیں۔

O 1s XPS نتائج نے جالی آکسیجن، جسے OI کے طور پر شناخت کیا گیا، سے آکسیجن-خالی جگہ سے متعلق اجزاء، جسے OII کے طور پر شناخت کیا گیا، میں تبدیلی دکھائی۔ Al 2p سپیکٹرا میں، Al₂O₃ کا تناسب 69.99% سے 60.36%تک کم ہو گیا، جبکہ Al–OH 30.01% سے 39.64%.

تک بڑھ گیا۔ Si 2p سپیکٹرا نے بھی Si²⁺ میں اضافہ اور سلکان کے اعلیٰ آکسیڈیشن حالتوں میں کمی دکھائی۔ آکسیجن-خالی جگہ کی تشکیل کے دوران خارج ہونے والے الیکٹرانوں نے سلکان کو اعلیٰ آکسیڈیشن حالتوں سے کم کیا۔ آکسیجن، ایلومینیم اور سلکان بانڈنگ میں یہ مربوط تبدیلیاں ایک واحد الگ تھلگ بانڈ توڑنے کے رد عمل کے بجائے Al₂O₃ فلم کو وسیع پیمانے پر نقصان کی نشاندہی کرتی ہیں۔

برقی کارکردگی کا انحطاط

Millennial Solar

UV60 کی نمائش سے پہلے اور بعد میں TOPCon سولر سیل کے EQE اور عکاسی کے منحنی خطوط۔

UV60 کی نمائش کے بعد عکاسی تقریباً غیر تبدیل شدہ رہی۔ EQE نے 500 nm سے نیچے مختصر طول موج کے علاقے میں معمولی کمی ظاہر کی، جو سامنے کی سطح پر مضبوط دوبارہ ملاپ کے مساوی ہے۔

UV60 کی نمائش کے دوران TOPCon سولر سیل کے سامنے کے رابطے کی مزاحمتی صلاحیت میں تبدیلی۔

سامنے کے رابطے کی مزاحمتی صلاحیت UV خوراک کے ساتھ تقریباً لکیری طور پر بڑھی، جو پہنچ گئی 4.1 mΩ·cm²، تقریباً 8.6 گنا اس کی ابتدائی قدر۔ مجوزہ طریقہ کار پاسیویشن تہوں کے اندر پیدا ہونے والے موبائل ہائیڈروجن اور آکسیجن سے منسلک ہے۔ یہ انواع الیکٹروڈ انٹرفیس کی طرف پھیلتی ہیں اور آکسیکرن-کمی کے رد عمل میں حصہ لیتی ہیں۔

UV تابکاری چاندی کی سطح پر پانی کے مالیکیولز کو ہائیڈروکسیل ریڈیکلز میں بھی تبدیل کر سکتی ہے۔ مل کر، یہ رد عمل دھاتی الیکٹروڈ کے سنکنرن کو فروغ دیتے ہیں اور رابطے کی مزاحمت کو بڑھاتے ہیں۔

UV60 کی نمائش کے دوران TOPCon سولر سیل کی برقی کارکردگی میں کمی: (a) Voc؛ (b) Jsc؛ (c) FF؛ اور (d) کارکردگی۔

حتمی برقی نقصانات کئی پیرامیٹرز میں تقسیم تھے:

• Voc میں 3.46% کمی ہوئی، بنیادی طور پر سامنے کی سطح کی پاسیویشن میں کمی اور J₀ میں اضافے کی وجہ سے۔

• FF میں 2.82% کمی ہوئی، بنیادی طور پر سامنے کے رابطے کی مزاحمتی صلاحیت میں تیزی سے اضافے کی وجہ سے۔

• Jsc میں صرف 0.64% کمی ہوئی، کیونکہ EQE کا نقصان بنیادی طور پر مختصر طول موج کے علاقے تک محدود تھا۔

• تبادلی کارکردگی میں 6.72% کمی ہوئی UV60 کی نمائش کے بعد۔

اس لیے TOPCon سولر سیل کے سامنے والے SiNₓ/Al₂O₃ ڈھانچے میں پچھلے ڈھانچے کے مقابلے میں الٹرا وائلٹ مزاحمت بہت کم ہے۔ UV کی نمائش کے تحت، Si–H اور N–H بانڈ ٹوٹ جاتے ہیں اور موبائل ہائیڈروجن خارج کرتے ہیں۔ بے ساختہ Al₂O₃ میں Al–O بانڈ بھی خراب ہو جاتے ہیں، آکسیجن خارج کرتے ہیں اور آکسیجن کے خالی مقامات کی ایک اعلی کثافت پیدا کرتے ہیں۔ ایک ہی وقت میں، Al₂O₃ Al–OH کی طرف منتقل ہوتا ہے اور سلکان آکسیکرن حالت کی تقسیم تبدیل ہوتی ہے۔

ہائیڈروجن اور آکسیجن سے متعلق انحطاط کے طریقہ کار سطح کے دوبارہ ملاپ کو تیز کرنے کے لیے مل کر کام کرتے ہیں۔ سامنے کے رابطے کی مزاحمتی صلاحیت میں اضافہ ایک علیحدہ برقی نقصان کا اضافہ کرتا ہے، جس کی وجہ سے ماپا گیا 6.72% کارکردگی میں کمی. یہ نتائج TOPCon UVID کو سمجھنے اور فرنٹ سائیڈ پاسیویشن اسٹیکس کی طویل مدتی قابل اعتمادی 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 بانڈ مسئلہ نہیں سمجھا جا سکتا۔ پاسیویشن کیمسٹری، آکسیجن-ویکنسی کنٹرول اور میٹلائزیشن استحکام کا ایک ساتھ جائزہ لینے کی ضرورت ہے، خاص طور پر جب طویل بیرونی سروس کے لیے ماڈیول پروڈکشن کے عمل کو کوالیفائی کیا جا رہا ہو۔ نان کانٹیکٹ IV، EQE اور PL ٹریکنگ ان نقصانات کی جلد شناخت کرنے میں مدد کر سکتی ہے بغیر تیزی سے نازک سیل ڈیزائنوں میں مکینیکل کانٹیکٹ نقصان شامل کیے۔