تین بڑی PV سیل ٹیکنالوجیز کو سمجھنا:

مختصر جواب: آج کل پیداوار میں موجود تین بڑی PV سیل ٹیکنالوجیز PERC، TOPCon اور heterojunction (HJT) ہیں، جبکہ بیک-کانٹیکٹ آرکیٹیکچرز ان کے اوپر بننے والا چوتھا خاندان تشکیل دیتے ہیں۔ وہ سیل کی سطح پر ہونے والے عمل سے ممتاز ہوتے ہیں نہ کہ سلیکون ویفر سے، جو کہ ہر صورت میں تقریباً ایک ہی N-type یا P-type مواد ہوتا ہے۔ PERC ایک p-type سیل میں ایک passivation لیئر اور مقامی عقبی رابطے شامل کرتا ہے۔ TOPCon عقبی حصے کو ایک انتہائی پتلی ٹنل آکسائیڈ — تقریباً 2 nm — سے بدل دیتا ہے جس کے نیچے تقریباً 10 nm موٹی ڈوپڈ پولی سلیکون لیئر ہوتی ہے، جو سطح کو passivate کرتی ہے اور کیریئرز کو ٹنل کرنے دیتی ہے۔ HJT دونوں اطراف پر پتلی بے ساختہ سلیکون لیئرز جمع کرتا ہے اور اسے کم پروسیس درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے۔ فرق کارکردگی، درجہ حرارت کے گتانک، لائن مطابقت اور لاگت میں ظاہر ہوتا ہے، اور ہر ایک مینوفیکچرر کے آلات کے انتخاب کو متاثر کرتا ہے۔

PV ماڈیول مینوفیکچرنگ · از جیری، Ooitech

تعارف

سولر فوٹو وولٹک ٹیکنالوجی نے گزشتہ دہائی میں تیزی سے ترقی کی 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 صنعت کو تشکیل دینے والی تین بڑی اگلی نسل کی ٹیکنالوجیز کی وضاحت کرتا ہے، اور آخر میں سیل کی پیداوار میں معیار پر قابو پانے پر ایک نظر ڈالتا ہے۔

سولر PV سیلز 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 سیدھے 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 ہو جاتی ہے۔

• پیدا شدہ کیریئرز کی چارج علیحدگی اور نقل و حمل pn جنکشن پر نقصانات کا باعث بنتی ہے۔

• کیریئر کی نقل و حمل کے دوران ری کمبینیشن نقصانات واقع ہوتے ہیں۔

• رابطے کی مزاحمت وولٹیج میں کمی کا باعث بنتی ہے، جس سے رابطہ وولٹیج نقصانات ہوتے ہیں۔

TOPCon, HJT, and Perovskite"/>

برقی نقصانات کو کم کرنا

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

• مثالی pn جنکشن بنانے کی تکنیکیں تیار کریں۔

• مثالی پیسیویشن تکنیکیں تیار کریں۔

• مناسب دھاتی رابطہ تکنیکیں اپنائیں۔

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

نوری نقصانات کو کم کرنا

نوری 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، فرنٹ-سرفیس اینٹی-ریفلیکشن کوٹنگز، ریئر-سرفیس ریفلیکٹو کوٹنگز، اور گرڈ-لائن شیڈنگ کے رقبے کو کم سے کم کرنا شامل ہیں۔

TOPCon

TOPCon، جسے پیسیویٹڈ کانٹیکٹ ٹیکنالوجی بھی کہا جاتا ہے، عام طور پر PERC کے بعد اگلی نسل کی سولر سیل ٹیکنالوجی سمجھی جاتی 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، اپنی موجودہ پیداواری لائنوں کو اپ گریڈ کرنے کے خواہشمند مینوفیکچررز کو نسبتاً کم سرمایہ کاری کی ضرورت ہوتی ہے، جبکہ پھر بھی تقریباً 1% کا ٹھوس کارکردگی کا فائدہ حاصل ہوتا ہے۔

TOPCon سیل کا سامنے کا حصہ بنیادی طور پر روایتی N-type یا N-PERT سیل جیسا ہی ہوتا ہے، جو بورون (p+) ایمٹر، ایک پیسیویشن لیئر، اور ایک اینٹی-ریفلیکشن لیئر پر مشتمل ہوتا ہے۔ بنیادی ٹیکنالوجی پچھلے پیسیویٹڈ کانٹیکٹ میں ہے: ویفر کے پچھلے حصے پر ایک انتہائی پتلی آکسائیڈ لیئر (1–2 nm) کے ساتھ فاسفورس-ڈوپڈ مائیکرو/ایمورفوس مخلوط سلکان کی پتلی فلم ہوتی ہے۔ بائی فیشل ایپلیکیشنز کے لیے، میٹلائزیشن سامنے پر Ag یا Ag-Al گرڈز اور پیچھے پر Ag گرڈز کی اسکرین-پرنٹنگ کے ذریعے کی جاتی ہے۔

ٹنل آکسائیڈ پیسیویٹڈ کانٹیکٹ

ٹنل آکسائیڈ پیسیویٹڈ کانٹیکٹ (TOPCon) نے حال ہی میں نمایاں توجہ حاصل کی ہے کیونکہ یہ 25.7% کی اعلیٰ تبادلوں کی کارکردگی حاصل کرتا ہے۔ TOPCon کی ساخت ایک پتلی ٹنل آکسائیڈ اور فاسفورس (P) ڈوپڈ پولی سلکان کانٹیکٹ لیئر پر مشتمل ہوتی ہے۔ P-ڈوپڈ پولی سلکان لیئر a-Si:H کو کرسٹلائز کر کے یا LPCVD کا استعمال کرتے ہوئے براہ راست پولی سلکان جمع کر کے بنائی جا سکتی ہے۔ TOPCon اعلیٰ 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 گزشتہ دہائی میں ترقی پذیر رہا ہے۔ یہ فی الحال کارکردگی اور بجلی کی پیداوار کو اعلیٰ سطحوں تک پہنچانے کے لیے سب سے مؤثر عملوں میں سے ایک ہے، جو صنعت کی مرکزی دھارے کی PERC ٹیکنالوجی کی کارکردگی سے بھی آگے نکل جاتی ہے۔ HJT سیل دو مختلف ٹیکنالوجیز کو ایک میں جوڑتے ہیں: کرسٹل لائن سلکان اور ایمورفوس پتلی فلم۔ ان ٹیکنالوجیز کو ایک ساتھ استعمال کرنا کسی ایک کو تنہا استعمال کرنے سے زیادہ توانائی حاصل کرتا ہے، اور 25% یا اس سے زیادہ کارکردگی تک پہنچتا ہے۔

HJT سیل کی ساخت

سبسٹریٹ کے طور پر مونوکرسٹل لائن ویفر استعمال کرتے ہوئے، ویفر کے صاف اور بناوٹ والے سامنے کے حصے پر 5–10 nm کی اندرونی a-Si:H فلم اور پھر p-type a-Si:H فلم یکے بعد دیگرے جمع کی جاتی ہے، جس سے p-n ہیٹروجنکشن بنتا ہے۔ ویفر کے پچھلے حصے پر، 5–10 nm کی اندرونی فلم اور n-type a-Si:H فلم جمع کی جاتی ہے تاکہ بیک سرفیس فیلڈ بنے۔ پھر ایک شفاف موصل آکسائیڈ فلم جمع کی جاتی ہے، اور آخر میں اسکرین پرنٹنگ دونوں اطراف کے اوپری حصے پر دھاتی کلیکٹر الیکٹروڈز بناتی ہے، جس سے ایک ہم آہنگ HJT سولر سیل بنتا ہے۔

HJT سیلز کے فوائد

• لچک اور موافقت پذیری — 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، جو بلند بیرونی درجہ حرارت پر اعلیٰ کارکردگی کو یقینی بناتا ہے۔

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

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

• لاگت میں بچت — HJT پینلز میں استعمال ہونے والا ایمورفوس سلکان ایک کم لاگت والی PV ٹیکنالوجی ہے۔ دیگر ٹیکنالوجیز کے مقابلے میں، اس پتلی فلم سولر طریقے کو کم مینوفیکچرنگ وقت درکار ہوتا ہے۔ اس کے آسان عمل کی بدولت، HJT متبادل حل سے زیادہ سستی ہے۔

پیرووسکائٹ

2009 میں، پیرووسکائٹ مواد پہلی بار 4% کی فوٹو وولٹک کارکردگی حاصل کرنے کے لیے استعمال ہوا۔ 2021 تک، سنگل-جنکشن پیرووسکائٹ سولر سیلز (PSC) نے 25.5% کی کارکردگی حاصل کی۔ پیرووسکائٹ سیلز کی تیز رفتار بہتری نے انہیں PV میدان میں ایک ابھرتے ہوئے ستارے کے طور پر نمایاں کیا اور تعلیمی حلقوں میں زبردست دلچسپی پیدا کی۔ چونکہ ان کے کام کرنے کے طریقے ابھی نسبتاً نئے ہیں، پیرووسکائٹ کی بنیادی فزکس اور کیمسٹری کا مزید مطالعہ کرنے کے بہت مواقع موجود ہیں۔

پیرووسکائٹ سیل کی ساخت

سب سے جدید پیرووسکائٹ سولر سیل ڈھانچے پانچ اجزاء پر مبنی 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 انتہائی دلچسپ تحقیقی شعبہ ہے جس پر ابھی بھی فعال بحث جاری ہے۔

CaTiO3

پیرووسکائٹ ایک معدنیات کا نام ہے، جسے 1839 میں روز نے کوہ یورال کی چٹانی معدنیات میں دریافت کیا اور روسی ماہر ارضیات پیرووسکی کے نام پر رکھا۔ پیرووسکائٹ مواد میں کیریئر کے دوبارہ ملاپ کا امکان کم اور کیریئر کی نقل و حرکت زیادہ ہوتی ہے، جو انہیں شمسی خلیوں کے لیے مثالی مواد بناتا ہے۔

پیرووسکائٹ فلم بنانے کے طریقے

پیرووسکائٹ سولر سیلز کی بجلی کی تبدیلی کی کارکردگی کو بہتر بنانے کی کلید فلم کی شکل و صورت کو بہتر بنانا ہے۔ لیبارٹری میں عام طور پر استعمال ہونے والے فلم بنانے کے طریقے ایک مرحلے یا دو مرحلے کے عمل کے ذخیرے ہیں۔ بڑے رقبے، کم لاگت والی پیرووسکائٹ فلموں کی طلب کو پورا کرنے کے لیے، سلاٹ ڈائی کوٹنگ، پرنٹنگ، اور اسپرےنگ جیسے پروسیسنگ آلات بھی پیرووسکائٹ سولر سیلز بنانے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔

پیرووسکائٹ کا مستقبل

پیرووسکائٹ پر مستقبل کی تحقیق ممکنہ طور پر پاسیویشن اور نقائص میں کمی جیسی حکمت عملیوں کے ذریعے دوبارہ ملاپ کو کم کرنے کے ساتھ ساتھ دو جہتی پیرووسکائٹس اور زیادہ بہتر انٹرفیس مواد کو شامل کرکے کارکردگی کو بہتر بنانے پر مرکوز ہوگی۔ چارج نکالنے والی تہیں کارکردگی اور استحکام کو بہتر بنانے کے لیے نامیاتی سے غیر نامیاتی مواد کی طرف منتقل ہو سکتی ہیں۔ استحکام کو بڑھانا اور ماحولیاتی اثرات کو کم کرنا اہم شعبے بنے ہوئے ہیں۔

شمسی PV سیل کی پیداوار میں معیار کا کنٹرول

کرسٹل لائن سلکان PV سیلز تجارتی شمسی پینلز میں سب سے عام خلیے ہیں، جو عالمی PV سیل مارکیٹ کی فروخت کے 90% سے زیادہ حصے پر مشتمل ہیں۔

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

صفائی اور ٹیکسچرنگ

ایچنگ سطح کے نقصان کی تہہ کو ہٹاتی ہے اور سطح کو ٹیکسچر کرتی ہے تاکہ ایک ٹیکسچرڈ ڈھانچہ بنے جو روشنی کو پھنسائے اور عکاسی کے نقصانات کو کم کرے۔ ٹیکسچرڈ سطح کی عکاسی کی پیمائش ٹیکسچرنگ کے عمل کی نگرانی کا ایک اہم ذریعہ ہے۔

ڈفیوژن جنکشن کی تشکیل اور کنارے کی تنہائی

تھرمل ڈفیوژن اور اسی طرح کے طریقے ویفر پر مختلف کنڈکٹیویٹی قسم کی ڈفیوژن تہہ بناتے ہیں، جس سے pn جنکشن بنتا ہے۔ مختلف سیل اقسام pn جنکشن اور ویفر کے درمیان ایک مخصوص موٹائی کی پاسیویشن تہہ جمع کرتی ہیں تاکہ زیادہ موثر پتلی فلم شمسی سیل حاصل ہو۔ یہ عمل بنیادی طور پر اقلیتی کیریئر کی عمر، ویفر کی موٹائی، اور ریفریکٹیو انڈیکس کی نگرانی کرتا ہے۔

اینٹی ریفلیکشن کوٹنگ کا ذخیرہ

روشنی کے جذب کو مزید بہتر بنانے کے لیے، ویفر کی سطح پر ایک اینٹی ریفلیکشن فلم لگائی جاتی ہے۔ فی الحال، صنعت ویفر پر ایک پتلی فلم جمع کرنے کے لیے پلازما سے بڑھا ہوا کیمیکل ویپر ڈیپوزیشن (PECVD) استعمال کرتی ہے، جو بیک وقت پاسیویشن تہہ کا کام بھی کرتی ہے۔ اس مرحلے پر، اہم پیمائشیں اینٹی ریفلیکشن فلم کی ٹرانسمنٹنس اور شیٹ ریزسٹنس کی یکسانیت ہیں۔

الیکٹروڈ کی تیاری

گرڈ لائن الیکٹروڈز سیل کے سامنے کی طرف اسکرین پرنٹ کیے جاتے ہیں، جبکہ پچھلی سطح کا فیلڈ اور پچھلا الیکٹروڈ پیچھے کی طرف پرنٹ کیے جاتے ہیں، جس کے بعد خشک کرنا اور سنٹرنگ ہوتی ہے۔ اس عمل کے دوران، درجہ حرارت کا کنٹرول، سیدھ کی درستگی، اور گرڈ لائنوں کا اونچائی سے چوڑائی کا تناسب ناگزیر نگرانی کے اشاریے ہیں۔

Ooitech کا نقطہ نظر

ooitech کا ماننا ہے: TOPCon، HJT، اور پیرووسکائٹ ہر ایک اپنے اپنے انداز میں شمسی سیل کی کارکردگی کو آگے بڑھاتے ہیں، اور سخت پیداواری معیار کا کنٹرول ہی بالآخر ان ٹیکنالوجیز کو قابل اعتماد، اعلیٰ کارکردگی والے ماڈیولز میں بدلتا ہے۔