ڈیمپ ہیٹ کے تحت TOPCon سیلز: پچھلا حصہ پہلے کیوں ناکام ہوتا ہے
مواد کی فہرست
تعارف
TOPCon نے زیادہ تر اعلی کارکردگی والی c-Si مارکیٹ پر قبضہ کر لیا ہے، لیکن طویل مدتی فیلڈ بھروسے ابھی بھی ایک متحرک ہدف ہے۔ نم گرمی کے مطالعوں میں ایک کمزور نقطہ بار بار ظاہر ہوتا ہے: پچھلی پاسیویشن اسٹیک۔ ایک حالیہ مطالعہ (Tong et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188) نے اس بات کا تعین کیا کہ جب سوڈیم نمکیات خلیے کی سطح پر آتے ہیں اور 85°C/85% RH پر رہتے ہیں تو اصل میں کیا خراب ہوتا ہے۔ مختصر ورژن — پچھلی SiNₓ پرت کمزور نقطہ ہے، اور ایک پتلی ALD AlOₓ فلم اسے زیادہ تر ٹھیک کر دیتی ہے۔
اہم نتائج سب سے پہلے
پچھلی SiNₓ پرت نم گرمی کا کمزور نقطہ ہے۔ سوڈیم ایسیٹیٹ (CH₃COONa) نے پچھلے اوپن سرکٹ وولٹیج (Voc) کو 5.8% کم کیا اور سیریز ریزسٹنس (Rₛ) کو 450% بڑھا دیا۔
سوڈیم نمکیات سطح کے آکسیڈیشن اور نائٹروجن کے نقصان کو تیز کرتے ہیں۔ XPS نے پچھلے Si/N جوہری تناسب کو 1.3 سے 23 تک، اور O/N کو 1.6 سے 53 تک بڑھتا دکھایا۔
10nm ALD Al₂O₃ رکاوٹ نے بڑا فرق ڈالا — CH₃COONa آلودگی کے تحت PCE کا نقصان 16% سے صرف 0.4% تک گر گیا۔
سامنے کی پاسیویشن بہت زیادہ مضبوط ہے۔ AlOₓ/SiOᵧNᵣ ملٹی لیئر سوڈیم کے پھیلاؤ کو روکتی ہے، لہٰذا وہاں آلودگی نے صرف 0.87% PCE کا نقصان کیا۔
دو آلودگی مختلف طریقے سے کام کرتی ہیں: سوڈیم ایسیٹیٹ دھاتی رابطے پر حملہ کرتا ہے، جبکہ سوڈیم کلورائیڈ (NaCl) بنیادی طور پر پاسیویشن پرت کو آکسائڈائز کرتا ہے۔
پس منظر
بنیادی سوال بیان کرنا آسان ہے، جواب دینا مشکل: کیوں TOPCon خلیے نم گرمی میں کارکردگی کھو دیتے ہیں جب سوڈیم نمکیات موجود ہوں، اور کیوں پچھلی پاسیویشن زیادہ متاثر ہوتی ہے (Kyranaki et al., 2022)؟
خلا کہاں ہیں
زیادہ تر پچھلے کام میں دھاتی رابطے کے سنکنرن پر توجہ دی گئی (Iqbal et al., 2023)، لیکن کسی نے بھی پاسیویشن پرت کے کیمیائی ٹوٹنے کا منظم طریقے سے جائزہ نہیں لیا تھا۔ سامنے اور پچھلے اسٹیکس مختلف طریقے سے بنائے جاتے ہیں — سامنے AlOₓ/SiNₓ/SiOᵧNᵣ ہے، پچھلا ڈوپڈ پولی-Si پر SiNₓ ہے — اور ان کے سنکنرن مزاحمت کا کبھی براہ راست موازنہ نہیں کیا گیا (Feldmann et al., 2014)۔ اس کے علاوہ، دو عام آلودگیوں (CH₃COONa بمقابلہ NaCl) کے بارے میں سوچا جاتا تھا کہ وہ ایک جیسا برتاؤ کرتے ہیں، جبکہ وہ ایسا نہیں کرتے (Li et al., 2021)۔
اسے درست کرنا حقیقی رقم کے لیے اہم ہے۔ PV پلانٹس 25 سالہ عمر کے وعدے پر فروخت ہوتے ہیں (Peters et al., 2021)، اور پچھلی طرف کی ناکامی کا موڈ جو نمی کے تحت ظاہر ہوتا ہے، بالکل وہی چیز ہے جو اس میں کمی لاتی ہے۔
طریقہ کار
ورک فلو کو حقیقی پیداواری بہاؤ کے قریب رکھا گیا: صنعتی TOPCon سیلز → سامنے یا پچھلی سطح پر سوڈیم نمک کا مقامی اسپرے → تیز ڈیمپ ہیٹ (85°C/85% RH) → برقی اور کیمیائی خصوصیات → ALD AlOₓ رکاوٹ کا ٹیسٹ → تحفظ کے طریقہ کار کا پتہ لگانا۔
یہاں نیا کیا ہے
نظریاتی پہلو پر، یہ پہلا مطالعہ ہے جو پچھلی SiNₓ پرت میں نائٹروجن کے نقصان کو Voc میں کمی کا بنیادی محرک بتاتا ہے۔ عملی پہلو پر، 10nm AlOₓ پرت معیاری صنعتی ALD ٹولنگ پر چلتی ہے اور مطلق کارکردگی میں صرف 0.01% لاگت آتی ہے۔ اور طریقہ کار کے لحاظ سے، ٹیم نے سیل لیول کا DH ٹیسٹ بنایا جہاں 20 گھنٹے کئی سالوں کی بیرونی عمر بڑھنے کے برابر ہیں (Sen et al., 2023)۔
منطقی سلسلہ آسانی سے قابل فہم ہے: پچھلی آلودگی تیز Voc میں کمی کا سبب بنتی ہے، جو براہ راست پاسیویشن کی ناکامی کی طرف اشارہ کرتی ہے۔ XPS پھر SiNₓ آکسیڈیشن کے رد عمل اور اس کے ذریعے کھلنے والے سوڈیم کے پھیلاؤ کے راستے کی تصدیق کرتا ہے۔ AlOₓ پرت شامل کریں، سوڈیم کو روکیں، اور PL امیجنگ تصدیق کرتی ہے کہ نقائص دب گئے ہیں۔
طریقے
نمونے کی تیاری
| آئٹم | تفصیل |
|---|---|
| سیل ڈھانچہ | n-type TOPCon۔ سامنے: بوران ڈفیوزڈ ایمیٹر + AlOₓ/SiNₓ/SiOᵧNᵣ، ARC۔ پچھلا: SiO₂/فاسفورس ڈوپڈ پولی-Si + SiNₓ، ARC |
| آلودگی | 0.155 mol/L CH₃COONa یا NaCl محلول، 0.3 g فی نمونہ، مقامی اسپرے |
| ALD رکاوٹ | 10nm AlOₓ، 150°C پر جمع (Leadmicro QL200) |
| ڈیمپ ہیٹ | 85°C/85% RH، 20 گھنٹے (ASLi ماحولیاتی چیمبر) |
اسے کیسے ناپا گیا
I-V پیرامیٹرز (Pmax, Voc, FF, Jsc) LOANA سسٹم (pv-tools) کے ذریعے۔
پاسیویشن کوالٹی مؤثر اقلیتی کیریئر لائف ٹائم (τ_eff) کے ذریعے۔
XPS اور SEM-EDS کے ذریعے سطحی کیمسٹری۔
نتائج اور بحث
برقی انحطاط
پچھلا حصہ واضح طور پر حساس ہے۔ پچھلے حصے پر CH₃COONa نے Voc کو 5.8% کم کیا، Rₛ کو 450% بڑھایا (جدول 1)، اور PL کی شدت کو 37.3% کم کیا (شکل 3a)۔ اسی علاج نے سامنے والے حصے پر صرف 0.87% PCE کی کمی کی۔ ایک ہی نمک، لیکن اس بات پر منحصر ہے کہ یہ کس چہرے پر لگتا ہے، بہت مختلف نتیجہ۔
پاسیویشن کا کیمیائی تجزیہ
پچھلی سطح پر XPS نے Si-O بانڈ کے حصے میں تیزی سے اضافہ دکھایا (شکل 5b)، جس میں O/N جوہری تناسب کنٹرول میں 1.6 سے CH₃COONa گروپ میں 53 ہو گیا۔ طریقہ کار نائٹروجن کا نقصان ہے — نم گرمی SiNₓ کو ہائیڈرولائز کرتی ہے اور سطح کی پاسیویشن کو تباہ کرتی ہے۔
AlOₓ رکاوٹ کیا کرتی ہے
10nm ALD AlOₓ کی موجودگی میں، پچھلے CH₃COONa آلودگی کے تحت PCE کا نقصان 16% سے 0.4% تک گر گیا، اور Voc مستحکم رہا (شکل 6a)۔ SEM-EDS نے AlOₓ نمونوں میں سوڈیم کی مقدار میں 86% کمی دکھائی (شکل 6c)، اور PL نے کوئی نقص ایکٹیویشن نہیں دکھایا (شکل 6b)۔ رکاوٹ بالکل وہی کر رہی ہے جو آپ چاہتے ہیں — سوڈیم کو باہر رکھنا۔
نتیجہ
اہم نکات
پچھلی SiNₓ پرت نم گرمی اور سوڈیم نمک کے تحت ہائیڈرولائز اور آکسائڈائز ہوتی ہے، جس سے Voc کم اور Rₛ بڑھتا ہے (XPS/EDS کے ذریعے تصدیق شدہ، شکل 4-5)۔ 10nm AlOₓ پرت سوڈیم کے پھیلاؤ کو روکتی ہے اور DH85 PCE کے نقصان کو 1% سے نیچے رکھتی ہے (شکل 6a)۔ اور سامنے والی AlOₓ/SiOᵧNᵣ کثیر پرت فطری طور پر سنکنرن مزاحم ہے، لہٰذا وہاں آلودگی بمشکل رجسٹر ہوتی ہے۔
یہ کیوں مفید ہے
AlOₓ رکاوٹ کو براہ راست TOPCon بڑے پیمانے پر پیداوار میں استعمال کیا جا سکتا ہے جیسے Leadmicro QL200 جیسے آلات پر۔ آگے دیکھتے ہوئے، ڈبل گلاس ماڈیول انکیپسولیشن میں AlOₓ کو SiNₓ کے ساتھ جوڑنا مرطوب علاقوں میں پلانٹ کی عمر بڑھا سکتا ہے۔
کچھ پس منظر
TOPCon ڈھانچہ: ایک ٹنل آکسائیڈ (SiO₂) کے علاوہ ڈوپڈ پولی-Si پاسیویٹنگ کنٹیکٹ، جو دھات پر ری کمبینیشن کو کم کرتا ہے (Feldmann et al., 2014)۔
ALD: پرت بہ پرت نینو فلم کی نشوونما، یکساں نینو میٹر پیمانے پر AlOₓ کوریج دینا۔
DH جانچ: 85°C/85% RH تیز رفتار عمر رسانی تاکہ مرطوب آب و ہوا میں ماڈیول کے انحطاط کی نقل کی جا سکے۔
SiNₓ پاسیویشن: ہائیڈروجنیٹڈ سلکان نائٹرائڈ، اینٹی ریفلیکشن اور سطح کی پاسیویشن کے لیے اچھا، لیکن اس میں ڈینگلنگ بانڈز ہوتے ہیں اور یہ آسانی سے ہائیڈرولائز ہو جاتا ہے۔
حوالہ جات
Tong H. et al., Mitigating contaminant-induced degradation in TOPCon solar cells via ALD AlOₓ barrier, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188
Feldmann F. et al., Passivated rear contacts for high-efficiency n-type Si solar cells, Solar Energy Materials and Solar Cells 120 (2014) 270–274.
Li X. et al., Accelerated damp-heat testing of TOPCon cells using NaCl, Solar Energy Materials and Solar Cells 262 (2023) 112554.
Peters I.M. et al., The value of stability in photovoltaics, Joule 5 (2021) 3137–3153.
Ooitech کا نقطہ نظر
یہاں جو چیز نمایاں ہے وہ یہ ہے کہ وشوسنییتا کی کہانی کا زیادہ تر حصہ پچھلے پاسیویشن اسٹیک میں ہے، نہ کہ سیل ڈیزائن کی سرخی میں۔ ایک حقیقی لائن پر، ایک اضافی 10nm ALD AlOₓ مرحلہ مرطوب آب و ہوا کے منصوبوں کے لیے سستا انشورنس ہے، اور یہ معیاری ماڈیول پروڈکشن میں بغیر کسی پریشانی کے فٹ ہو جاتا ہے۔ ہم ٹرنکی ماڈیول لائنیں شروع سے آخر تک بناتے ہیں، اس لیے ہم اس طرح کے نتائج کو قریب سے دیکھتے ہیں — اوپر کی طرف چھوٹے عمل میں تبدیلیاں اکثر یہ طے کرتی ہیں کہ آیا کوئی پلانٹ 25 سال تک چلے گا۔ اگر آپ فیکٹری فلور سے مزید چاہتے ہیں تو Ooitech YouTube چینل (www.youtube.com/ooitech) فالو کرنے کے قابل ہے۔
