نم گرمی میں TOPCon سیلز: کیوں

مختصر جواب: TOPCon نے اعلیٰ کارکردگی والی کرسٹل لائن سلکان مارکیٹ کا زیادہ تر حصہ حاصل کر لیا ہے، اور کھلا سوال اب کارکردگی نہیں بلکہ یہ ہے کہ نمی والی حرارت میں کئی سال کھیت میں رہنے کے بعد سیل کیسا برتاؤ کرتا ہے۔ معیاری تیز رفتار آزمائش 85 °C اور 85% نسبتی نمی — DH85 — پر چلائی جاتی ہے، جو نمی کو انکیپسولنٹ اور سیل اسٹیک میں کھیت کے حالات سے زیادہ تیزی سے داخل کرنے کے لیے بنائی گئی ہے۔ یہاں تہہ دار ساخت اہم ہے: ڈوپڈ پولی سلکان تہہ کے نیچے تقریباً 10 nm کا ٹنل آکسائیڈ اتنا پتلا ہے کہ انٹرفیس کیمسٹری، نہ کہ بلک میٹریل، قابلِ اعتماد ہونے کا فیصلہ کرتی ہے۔ لیمینیشن کے تقریباً 150 °C درجہ حرارت اور انکیپسولنٹ کی اپنی نمی پارگمیتا دونوں اسی ناکامی کے راستے میں شامل ہوتے ہیں۔ QL200 کلاس کے کریکٹرائزیشن ٹولز یہ سراغ لگانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں کہ نمی والی حرارت کی نمائش پاسیویشن پر کیا اثر ڈالتی ہے، نہ کہ صرف یہ کہ پاور گر گئی یا نہیں۔

PV ماڈیول مینوفیکچرنگ · از جیری، Ooitech

تعارف

TOPCon نے اعلیٰ کارکردگی والی c-Si مارکیٹ کا بیشتر حصہ اپنے نام کر لیا ہے، لیکن طویل مدتی فیلڈ قابل اعتمادی اب بھی ایک متحرک ہدف ہے۔ ایک کمزور نقطہ نمی-حرارت کے مطالعات میں بار بار سامنے آتا ہے: عقبی پاسیویشن اسٹیک۔ ایک حالیہ مطالعہ (Tong et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188) نے اس بات کی نشاندہی کی کہ دراصل کیا غلط ہوتا ہے جب سوڈیم نمکیات سیل کی سطح پر پہنچ کر 85°C/85% RH کے تحت رہتے ہیں۔ مختصراً — عقبی SiNₓ پرت کمزور مقام ہے، اور ایک پتلی ALD AlOₓ فلم اس کا بیشتر حصہ ٹھیک کر دیتی ہے۔

اہم نتائج پہلے

• عقبی SiNₓ پرت نم حرارت کا کمزور نقطہ ہے۔ سوڈیم ایسیٹیٹ (CH₃COONa) نے عقبی اوپن-سرکٹ وولٹیج (Voc) کو 5.8% کم کیا اور سیریز ریزسٹنس (Rₛ) کو 450% بڑھا دیا۔

• سوڈیم نمکیات سطحی آکسیڈیشن اور نائٹروجن کے نقصان کو تیز کرتی ہیں۔ XPS نے دکھایا کہ عقبی Si/N جوہری تناسب 1.3 سے 23 تک اور O/N 1.6 سے 53 تک پہنچ گیا۔

• 10nm ALD Al₂O₃ بیریئر نے بڑا فرق ڈالا — CH₃COONa آلودگی کے تحت PCE نقصان 16% سے صرف 0.4% رہ گیا۔

• سامنے کی پاسیویشن کہیں زیادہ مضبوط ہے۔ AlOₓ/SiOᵧNᵣ ملٹی لیئر سوڈیم کے پھیلاؤ کو روکتی ہے، اس لیے وہاں آلودگی سے صرف 0.87% PCE کا نقصان ہوا۔

• دونوں آلودگیاں مختلف طریقے سے کام کرتی ہیں: سوڈیم ایسیٹیٹ دھاتی رابطے پر حملہ کرتی ہے، جبکہ سوڈیم کلورائیڈ (NaCl) بنیادی طور پر پاسیویشن پرت کو آکسیڈائز کرتی ہے۔

پس منظر

بنیادی سوال بیان کرنا آسان ہے، جواب دینا مشکل: جب سوڈیم نمکیات موجود ہوں تو نم حرارت کے تحت TOPCon سیلز کی کارکردگی کیوں کم ہوتی ہے، اور عقبی پاسیویشن پر زیادہ کیوں اثر پڑتا ہے (Kyranaki et al., 2022)؟

خلاء کہاں ہیں

زیادہ تر سابقہ کام دھاتی رابطے کی سنکنرن پر مرکوز تھا (Iqbal et al., 2023)، لیکن کسی نے بھی پاسیویشن پرت کی کیمیائی خرابی کو منظم طریقے سے نہیں دیکھا تھا۔ سامنے اور عقبی اسٹیک مختلف طریقے سے بنائے جاتے ہیں — سامنے AlOₓ/SiNₓ/SiOᵧNᵣ ہے، عقب میں ڈوپڈ پولی-Si کے اوپر SiNₓ — اور ان کی 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 خیال تھا کہ وہ یکساں برتاؤ کرتی ہیں، اور وہ نہیں کرتیں (Li et al., 2021)۔

اسے درست سمجھنا حقیقی پیسے کے لیے اہم ہے۔ PV پلانٹس 25 سالہ زندگی کے وعدے پر فروخت ہوتے ہیں (Peters et al., 2021)، اور نمی کے تحت ظاہر ہونے والا عقبی طرف کا فیلئر موڈ بالکل وہی چیز ہے جو اس میں کمی کرتا ہے۔

طریقہ کار

ورک فلو کو حقیقی پیداواری بہاؤ کے قریب رکھا گیا: صنعتی TOPCon سیلز → سامنے یا عقبی سطح پر سوڈیم نمک کا مقامی اسپرے → تیز نم حرارت (85°C/85% RH) → برقی اور کیمیائی خصوصیات کا تعین → ALD AlOₓ بیریئر کا تجربہ → حفاظتی میکانزم کا تعین۔

یہاں نیا کیا ہے

نظریاتی پہلو پر، یہ پہلا مطالعہ ہے جو عقبی SiNₓ پرت میں نائٹروجن کے نقصان کو Voc کی کمی کا بنیادی محرک قرار دیتا ہے۔ عملی پہلو پر، 10nm AlOₓ پرت معیاری صنعتی ALD ٹولنگ پر چلتی ہے اور مطلق کارکردگی میں صرف تقریباً 0.01% کی لاگت آتی ہے۔ اور طریقہ کار کے لحاظ سے، ٹیم نے سیل سطح کا DH ٹیسٹ بنایا جہاں 20 گھنٹے باہر کی کئی سالہ عمر بڑھاپے کی نمائندگی کرتے ہیں (Sen et al., 2023)۔

منطقی زنجیر سمجھنا آسان ہے: عقبی آلودگی Voc میں تیز کمی کا سبب بنتی ہے، جو براہ راست پاسیویشن کی ناکامی کی طرف اشارہ کرتی ہے۔ پھر XPS SiNₓ آکسیڈیشن ردعمل اور اس سے کھلنے والے سوڈیم پھیلاؤ کے راستے کی تصدیق کرتا ہے۔ AlOₓ پرت شامل کریں، سوڈیم کو روکیں، اور PL امیجنگ تصدیق کرتی ہے کہ نقائص دبا دیے گئے ہیں۔

طریقے

نمونہ تیاری

اسے کیسے ماپا گیا

• I-V پیرامیٹرز (Pmax, Voc, FF, Jsc) LOANA سسٹم (pv-tools) کے ذریعے۔

• مؤثر اقلیتی کیریئر لائف ٹائم (τ_eff) کے ذریعے پاسیویشن معیار۔

• XPS اور SEM-EDS کے ذریعے سطحی کیمیا۔

نتائج اور بحث

برقی انحطاط

عقبی طرف واضح طور پر حساس ہے۔ عقب پر CH₃COONa نے Voc کو 5.8% کم کیا، Rₛ کو 450% بڑھا دیا (جدول 1)، اور PL شدت کو 37.3% کم کیا (شکل 3a)۔ سامنے پر وہی علاج صرف 0.87% PCE کی لاگت تھا۔ ایک ہی نمک، بہت مختلف نتیجہ اس بات پر منحصر کہ کس طرف لگتا ہے۔

پاسیویشن کی کیمیائی خرابی

عقبی سطح پر XPS نے دکھایا کہ Si-O بانڈ کا حصہ تیزی سے بڑھ گیا (شکل 5b)، O/N جوہری تناسب کنٹرول میں 1.6 سے CH₃COONa گروپ میں 53 ہو گیا۔ میکانزم نائٹروجن کا نقصان ہے — نم حرارت SiNₓ کو ہائیڈرولائز کرتی ہے اور سطحی پاسیویشن کو تباہ کرتی ہے۔

AlOₓ بیریئر کیا کرتا ہے

10nm ALD AlOₓ موجود ہونے پر، عقبی CH₃COONa آلودگی کے تحت PCE نقصان 16% سے 0.4% رہ گیا، اور Voc برقرار رہا (شکل 6a)۔ SEM-EDS نے AlOₓ نمونوں میں سوڈیم مواد 86% کم دکھایا (شکل 6c)، اور PL نے کوئی نقصان کی فعالیت نہیں دکھائی (شکل 6b)۔ بیریئر بالکل وہی کر رہا ہے جو آپ چاہیں گے — سوڈیم کو باہر رکھنا۔

نتیجہ

اہم نکات

عقبی SiNₓ پرت نم حرارت اور سوڈیم نمک کے تحت ہائیڈرولائز اور آکسیڈائز ہوتی ہے، جو Voc کو کم اور Rₛ کو بڑھاتا ہے (XPS/EDS سے تائید، شکل 4-5)۔ 10nm AlOₓ پرت سوڈیم کے پھیلاؤ کو روکتی ہے اور DH85 PCE نقصان کو 1% سے کم رکھتی ہے (شکل 6a)۔ اور سامنے کی AlOₓ/SiOᵧNᵣ ملٹی لیئر فطری طور پر سنکنرن مزاحم ہے، اس لیے وہاں آلودگی بمشکل محسوس ہوتی ہے۔

یہ کیوں مفید ہے

AlOₓ بیریئر براہ راست TOPCon بڑے پیمانے پر پیداوار میں Leadmicro QL200 جیسے ٹولز پر جا سکتا ہے۔ مزید آگے دیکھیں تو، ڈبل-گلاس ماڈیول انکیپسولیشن میں AlOₓ کو SiNₓ کے ساتھ جوڑنا نم علاقوں میں پلانٹ کی عمر بڑھا سکتا ہے۔

تھوڑا سا پس منظر

• TOPCon ساخت: ایک ٹنل آکسائیڈ (SiO₂) کے ساتھ ڈوپڈ پولی-Si پاسیویٹنگ رابطہ، جو دھات پر ری کمبینیشن کو کم کرتا ہے (Feldmann et al., 2014)۔

• ALD: پرت بہ پرت نینو-فلم کی نشوونما، جو یکساں نینو میٹر پیمانے کی AlOₓ کوریج دیتی ہے۔

• DH ٹیسٹنگ: 85°C/85% RH تیز عمر بڑھاپا تاکہ نم آب و ہوا میں ماڈیول کی تنزلی کی نقل کی جا سکے۔

• SiNₓ پاسیویشن: ہائیڈروجنیٹڈ سلکان نائٹرائیڈ، اینٹی ریفلیکشن اور سطحی پاسیویشن کے لیے اچھا، لیکن اس میں لٹکے ہوئے 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 قابلِ اعتمادی کی کہانی کا کتنا حصہ سیل ڈیزائن کی سرخی میں نہیں بلکہ پچھلی پاسیویشن اسٹیک میں ہے۔ ایک حقیقی لائن پر، اضافی 10nm ALD AlOₓ مرحلہ مرطوب آب و ہوا والے منصوبوں کے لیے سستا بیمہ ہے، اور یہ زیادہ جھنجھٹ کے بغیر معیاری ماڈیول پروڈکشن میں فٹ ہو جاتا ہے۔ ہم ٹرن کی ماڈیول لائنیں شروع سے آخر تک بناتے ہیں، اس لیے ہم اس طرح کے نتائج پر گہری نظر رکھتے ہیں — upstream میں چھوٹی پروسیس ایڈجسٹمنٹس اکثر فیصلہ کرتی ہیں کہ کوئی پلانٹ 25 سال تک قائم رہے گا یا نہیں۔ اگر آپ کو فیکٹری فلور سے مزید کچھ چاہیے، تو Ooitech YouTube چینل (www.youtube.com/ooitech) فالو کرنے کے قابل ہے۔