تین بڑی PV سیل ٹیکنالوجیز کو سمجھنا: TOPCon، HJT، اور Perovskite

تعارف

سولر فوٹوولٹک ٹیکنالوجی پچھلے عشرے میں تیزی سے ترقی کر چکی ہے، جس میں کئی مسابقتی سیل آرکیٹیکچرز نے کارکردگی کو نئی بلندیوں تک پہنچایا ہے۔ یہ مضمون سولر سیلز کے بنیادی کام کرنے کے اصولوں پر روشنی ڈالتا ہے، پھر آج کی صنعت کو تشکیل دینے والی تین بڑی اگلی نسل کی ٹیکنالوجیز کو توڑتا ہے، اور سیل پروڈکشن میں کوالٹی کنٹرول پر ایک نظر کے ساتھ اختتام پذیر ہوتا ہے۔

سولر PV سیل کیسے کام کرتے ہیں

ایک سولر سیل روشنی کو بجلی میں تبدیل کرتا ہے، لیکن تمام آنے والے فوٹون یکساں طور پر حصہ نہیں ڈالتے۔ یہ سمجھنا کہ توانائی کہاں ضائع ہوتی ہے بہتر سیل بنانے کی طرف پہلا قدم ہے۔

• بینڈ گیپ سے کم توانائی والے فوٹون جذب نہیں ہوتے اور سیل سے گزر جاتے ہیں۔

• بینڈ گیپ سے زیادہ توانائی والے فوٹون جذب ہوتے ہیں اور الیکٹران ہول جوڑے پیدا کرتے ہیں، لیکن زیادہ توانائی والے فوٹون کی اضافی توانائی جزوی طور پر حرارت کے طور پر ضائع ہوتی ہے۔

• چارج علیحدگی اور پیدا شدہ کیریئرز کی نقل و حمل میں pn جنکشن پر نقصانات ہوتے ہیں۔

• کیریئر ٹرانسپورٹ کے دوران دوبارہ ملاپ کے نقصانات ہوتے ہیں۔

• رابطہ مزاحمت وولٹیج میں کمی لاتی ہے، جس سے رابطہ وولٹیج کے نقصانات ہوتے ہیں۔

برقی نقصانات کو کم کرنا

• اچھی کرسٹل ساخت اور صحیح قسم کے ویفرز کا انتخاب کریں۔

• مثالی pn جنکشن تشکیل کی تکنیک تیار کریں۔

• مثالی پاسیویشن تکنیک تیار کریں۔

• مناسب دھاتی رابطہ تکنیک اپنائیں۔

• بہترین فرنٹ سرفیس اور بیک سرفیس فیلڈ ٹیکنالوجیز کا اطلاق کریں۔

آپٹیکل نقصانات کو کم کرنا

آپٹیکل نقصانات کو کم کرنے اور سیل کی کارکردگی بڑھانے کے لیے، صنعت نے روشنی کو پھنسانے کے متعدد طریقے اور ٹیکنالوجیز تیار کی ہیں۔ ان میں ویفر کی سطح کو بناوٹ دینا تاکہ انعکاس کم ہو، سامنے کی سطح پر اینٹی ریفلیکشن کوٹنگ، پچھلی سطح پر ریفلیکٹیو کوٹنگ، اور گرڈ لائن کے شیڈنگ ایریا کو کم سے کم کرنا شامل ہیں۔

TOPCon

TOPCon، جسے پاسیویٹڈ کانٹیکٹ ٹیکنالوجی بھی کہا جاتا ہے، کو PERC کے بعد سولر سیل کی اگلی نسل کی ٹیکنالوجی سمجھا جاتا ہے۔ HJT اور IBC جیسی دیگر ممکنہ نئی ٹیکنالوجیز کے مقابلے میں، TOPCon کو موجودہ PERC یا PERT لائنوں سے براہ راست اپ گریڈ کیا جا سکتا ہے۔ نتیجتاً، مینوفیکچررز جو اپنی موجودہ پروڈکشن لائنوں کو اپ گریڈ کرنا چاہتے ہیں، انہیں نسبتاً کم سرمایہ کاری کی ضرورت ہوتی ہے، جبکہ وہ تقریباً 1% کی ٹھوس کارکردگی میں اضافہ حاصل کرتے ہیں۔

TOPCon سیل کا سامنے والا حصہ بنیادی طور پر روایتی N-type یا N-PERT سیل جیسا ہوتا ہے، جس میں بوران (p+) ایمیٹر، ایک پاسیویشن پرت، اور ایک اینٹی ریفلیکشن پرت ہوتی ہے۔ بنیادی ٹیکنالوجی پچھلے پاسیویٹڈ کانٹیکٹ میں ہے: ویفر کے پچھلے حصے پر ایک انتہائی پتلی آکسائیڈ پرت (1–2 nm) اور فاسفورس ڈوپڈ مائیکرو/امورفس مکسڈ سلکان پتلی فلم ہوتی ہے۔ دو طرفہ ایپلی کیشنز کے لیے، میٹلائزیشن سامنے کی طرف Ag یا Ag-Al گرڈ اور پچھلی طرف Ag گرڈ اسکرین پرنٹ کرکے کی جاتی ہے۔

ٹنل آکسائیڈ پاسیویٹڈ کانٹیکٹ

ٹنل آکسائیڈ پاسیویٹڈ کانٹیکٹ (TOPCon) نے حال ہی میں خاص توجہ حاصل کی ہے کیونکہ یہ 25.7% کی اعلی تبدیلی کی کارکردگی حاصل کرتا ہے۔ TOPCon ڈھانچہ ایک پتلی ٹنل آکسائیڈ اور فاسفورس (P) ڈوپڈ پولی سلکان کانٹیکٹ پرت پر مشتمل ہوتا ہے۔ P-ڈوپڈ پولی سلکان پرت a-Si:H کو کرسٹلائز کرکے یا LPCVD کا استعمال کرتے ہوئے براہ راست پولی سلکان جمع کرکے تیار کی جا سکتی ہے۔ TOPCon اعلی کارکردگی والی سولر سیل ٹیکنالوجیز میں ایک امید افزا امیدوار کے طور پر نمایاں ہے۔

HJT ہیٹروجنکشن

ہیٹروجنکشن ٹیکنالوجی (HJT) سولر پینل بنانے کا ایک طریقہ ہے جو پچھلی دہائی میں مقبول ہوا ہے۔ یہ فی الحال کارکردگی اور پاور آؤٹ پٹ کو اعلی سطحوں تک بڑھانے کے لیے سب سے مؤثر عمل میں سے ایک ہے، یہاں تک کہ صنعت کی مرکزی دھارے کی PERC ٹیکنالوجی کی کارکردگی کو بھی پیچھے چھوڑ دیتا ہے۔ HJT سیل دو مختلف ٹیکنالوجیز کو ایک میں ملاتے ہیں: کرسٹل لائن سلکان اور امورفس پتلی فلم۔ ان ٹیکنالوجیز کو ایک ساتھ استعمال کرنے سے اکیلے استعمال کرنے سے زیادہ توانائی حاصل ہوتی ہے، جس سے 25% یا اس سے زیادہ کی کارکردگی حاصل ہوتی ہے۔

HJT سیل کا ڈھانچہ

مونوکرسٹل لائن ویفر کو سبسٹریٹ کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، ویفر کے صاف اور ٹیکسچرڈ فرنٹ پر 5–10 nm کی ایک انٹرنسک a-Si:H فلم اور پھر p-type a-Si:H فلم ترتیب وار جمع کی جاتی ہے، جس سے p-n ہیٹروجنکشن بنتا ہے۔ ویفر کے پچھلے حصے پر 5–10 nm کی انٹرنسک فلم اور n-type a-Si:H فلم جمع کی جاتی ہے تاکہ بیک سرفیس فیلڈ بن سکے۔ اس کے بعد ایک شفاف کنڈکٹیو آکسائیڈ فلم جمع کی جاتی ہے، اور آخر میں اسکرین پرنٹنگ دونوں اطراف کے اوپر دھاتی کلیکٹر الیکٹروڈ بناتی ہے، جس سے ایک سمیٹریکل HJT سولر سیل بنتا ہے۔

HJT سیلز کے فوائد

• لچک اور موافقت — یہ ٹیکنالوجی انتہائی موسمی حالات میں بھی بہترین پیداواری صلاحیت کے لیے تیار کی گئی ہے۔ HJT پینلز کا درجہ حرارت کا گتانک روایتی پینلز سے کم ہوتا ہے، جس سے زیادہ بیرونی درجہ حرارت پر اعلیٰ کارکردگی یقینی بنتی ہے۔

• متوقع عمر — اوسطاً، پتلی فلم PV ماڈیولز 25 سال تک چل سکتے ہیں، جبکہ HJT سیلز 30 سال سے زیادہ معمول کے مطابق کام کر سکتے ہیں۔

• زیادہ کارکردگی — آج کل مارکیٹ میں زیادہ تر ہیٹروجنکشن پینلز کی کارکردگی 19.9% سے 21.7% کے درمیان ہے، جو دیگر روایتی مونوکرسٹل لائن سیلز کے مقابلے میں ایک بہت بڑی بہتری ہے۔

• لاگت کی بچت — HJT پینلز میں استعمال ہونے والا امورفس سلیکون ایک لاگت سے موثر PV ٹیکنالوجی ہے۔ دیگر ٹیکنالوجیز کے مقابلے میں، پتلی فلم شمسی طریقہ کار میں کم مینوفیکچرنگ وقت درکار ہوتا ہے۔ اس کے آسان عمل کی بدولت، HJT متبادل حلوں کے مقابلے میں زیادہ سستی ہے۔

پیرووسکائٹ

2009 میں، پیرووسکائٹ مواد پہلی بار 4% کی فوٹوولٹک کارکردگی حاصل کرنے کے لیے استعمال کیا گیا۔ 2021 تک، سنگل جنکشن پیرووسکائٹ سولر سیلز (PSC) نے 25.5% کی کارکردگی حاصل کر لی۔ پیرووسکائٹ سیلز کی تیز رفتار بہتری نے انہیں PV میدان میں ایک ابھرتے ہوئے ستارے کے طور پر پیش کیا ہے اور تعلیمی حلقوں میں بڑی دلچسپی پیدا کی ہے۔ چونکہ ان کے آپریٹنگ طریقے ابھی نسبتاً نئے ہیں، اس لیے پیرووسکائٹ کی بنیادی طبیعیات اور کیمسٹری کا مزید مطالعہ کرنے کے کافی مواقع موجود ہیں۔

پیرووسکائٹ سیل کی ساخت

زیادہ تر جدید پیرووسکائٹ سولر سیل ڈھانچے پانچ اجزاء پر مبنی ہوتے ہیں: ایک شفاف کنڈکٹیو آکسائیڈ، ایک الیکٹران ٹرانسپورٹ لیئر (ETL)، پیرووسکائٹ، ایک ہول ٹرانسپورٹ لیئر (HTL)، اور ایک دھاتی الیکٹروڈ۔ ان انٹرفیسز پر مختلف مواد کی توانائی کی سطحوں اور تعاملات کو سمجھنا اور بہتر بنانا ایک بہت دلچسپ تحقیقی شعبہ ہے جو ابھی زیر بحث ہے۔

CaTiO3

پیرووسکائٹ ایک معدنیات کا نام ہے، جسے 1839 میں روز نے یورال پہاڑوں کی چٹانوں میں دریافت کیا اور روسی ماہر ارضیات پیرووسکی کے نام پر رکھا گیا۔ پیرووسکائٹ مواد میں عام طور پر کم کیریئر ری کمبینیشن امکان اور زیادہ کیریئر موبلٹی ہوتی ہے، جو انہیں شمسی خلیوں کے لیے مثالی مواد بناتی ہے۔

پیرووسکائٹ فلم بنانے کے طریقے

پیرووسکائٹ شمسی خلیوں کی بجلی کی تبدیلی کی کارکردگی کو بہتر بنانے کی کلید فلم کی شکل کو بہتر بنانے میں ہے۔ لیبارٹری میں عام طور پر استعمال ہونے والے فلم بنانے کے طریقے ایک مرحلہ یا دو مرحلہ عمل جمع کرنا ہیں۔ بڑے رقبے، کم لاگت والی پیرووسکائٹ فلموں کی مانگ کو پورا کرنے کے لیے، سلاٹ ڈائی کوٹنگ، پرنٹنگ، اور اسپرے جیسے پروسیسنگ آلات بھی پیرووسکائٹ شمسی خلیے بنانے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔

پیرووسکائٹ کا مستقبل

پیرووسکائٹ پر مستقبل کی تحقیق میں ممکنہ طور پر پاسیویشن اور نقائص میں کمی جیسی حکمت عملیوں کے ذریعے ری کمبینیشن کو کم کرنے کے ساتھ ساتھ دو جہتی پیرووسکائٹس اور زیادہ بہتر انٹرفیس مواد کو شامل کرکے کارکردگی کو بہتر بنانے پر توجہ مرکوز کی جائے گی۔ چارج نکالنے کی پرتیں کارکردگی اور استحکام کو بہتر بنانے کے لیے نامیاتی سے غیر نامیاتی مواد میں تبدیل ہو سکتی ہیں۔ استحکام کو بڑھانا اور ماحولیاتی اثرات کو کم کرنا اہم شعبے ہیں۔

شمسی PV سیل کی پیداوار میں کوالٹی کنٹرول

کرسٹل لائن سلکان PV سیل تجارتی شمسی پینلز میں سب سے عام سیل ہیں، جو عالمی PV سیل مارکیٹ کی فروخت کا 90% سے زیادہ حصہ رکھتے ہیں۔

لیبارٹری میں، کرسٹل لائن سلکان خلیوں کی توانائی کی تبدیلی کی کارکردگی مونو کرسٹل لائن خلیوں کے لیے 25% سے زیادہ اور پولی کرسٹل لائن خلیوں کے لیے 20% یا اس سے اوپر تک پہنچ جاتی ہے۔ تاہم، صنعتی طور پر تیار کردہ شمسی ماڈیولز فی الحال معیاری ٹیسٹ کے حالات میں صرف 18%–22% کارکردگی حاصل کرتے ہیں۔

صفائی اور ٹیکسچرنگ

ایچنگ سطح کی نقصان کی تہہ کو ہٹاتی ہے اور سطح کو ٹیکسچر کرتی ہے تاکہ روشنی کو پھنسانے والی ساخت بن سکے اور عکاسی کے نقصانات کو کم کیا جا سکے۔ ٹیکسچرڈ سطح کی عکاسی کی پیمائش ٹیکسچرنگ عمل کی نگرانی کا ایک اہم ذریعہ ہے۔

ڈفیوژن جنکشن کی تشکیل اور کنارے کی تنہائی

حرارتی پھیلاؤ اور اسی طرح کے طریقے ویفر پر ایک مختلف کنڈکٹیویٹی قسم کی ڈفیوژن پرت بناتے ہیں، جو pn جنکشن تشکیل دیتے ہیں۔ مختلف سیل اقسام pn جنکشن اور ویفر کے درمیان ایک مخصوص موٹائی کی پاسیویشن پرت جمع کرتی ہیں تاکہ زیادہ موثر پتلی فلم سولر سیل حاصل کیا جا سکے۔ یہ عمل بنیادی طور پر مائنارٹی کیریئر لائف ٹائم، ویفر کی موٹائی، اور ریفریکٹیو انڈیکس کی نگرانی کرتا ہے۔

اینٹی ریفلیکشن کوٹنگ جمع کرنا

روشنی جذب کو مزید بہتر بنانے کے لیے، ویفر کی سطح پر ایک اینٹی ریفلیکشن فلم لگائی جاتی ہے۔ فی الحال، صنعت پلازما بڑھا ہوا کیمیائی بخارات جمع کرنے (PECVD) کا استعمال کرتے ہوئے ویفر پر ایک پتلی فلم جمع کرتی ہے، جو بیک وقت پاسیویشن پرت کے طور پر کام کرتی ہے۔ اس مرحلے پر، اہم پیمائشیں اینٹی ریفلیکشن فلم کی ٹرانسمیٹینس اور شیٹ ریزسٹنس کی یکسانیت ہیں۔

الیکٹروڈ فیبریکیشن

سیل کے سامنے گرڈ لائن الیکٹروڈ اسکرین پرنٹ کیے جاتے ہیں، جبکہ پچھلی سطح کا فیلڈ اور بیک الیکٹروڈ پچھلے حصے پر پرنٹ کیے جاتے ہیں، اس کے بعد خشک اور سنٹر کیا جاتا ہے۔ اس عمل کے دوران، درجہ حرارت کنٹرول، الائنمنٹ کی درستگی، اور گرڈ لائنوں کی اونچائی سے چوڑائی کا تناسب ناگزیر نگرانی کے اشارے ہیں۔

Ooitech کا نقطہ نظر

ooitech کا ماننا ہے: TOPCon، HJT، اور perovskite ہر ایک اپنے طریقے سے سولر سیل کی کارکردگی کو آگے بڑھاتے ہیں، اور سخت پیداواری کوالٹی کنٹرول ہی وہ چیز ہے جو بالآخر ان ٹیکنالوجیز کو قابل اعتماد، اعلیٰ کارکردگی والے ماڈیولز میں بدل دیتی ہے۔