TOPCon سولر سیلز میں UVID: نان-کونٹیکٹ IV ٹیسٹنگ پاسیویشن ڈی گریڈیشن اور 6.72% کارکردگی کے نقصان کو ٹریک کرتی ہے

تعارف

TOPCon سولر سیلز اب مضبوط سطحی پاسیویشن اور کیریئر سلیکٹو کانٹیکٹس کی بدولت PV مارکیٹ پر غلبہ رکھتے ہیں۔ لیکن بیرونی آپریشن ایک حقیقی کمزور نقطہ ظاہر کرتا ہے: UV سے پیدا ہونے والی تنزلی، یا UVID۔ UV60 شعاع ریزی کے بعد، کارکردگی 6.72% تک گر جاتی ہے۔

زیادہ تر پہلے کے کاموں نے UVID کا الزام زیادہ توانائی والے فوٹونوں پر لگایا جو Si–H بانڈز توڑتے ہیں اور آزاد ہائیڈروجن خارج کرتے ہیں۔ یہ کہانی کا صرف ایک حصہ ہے۔ شمسی UV سپیکٹرم ایک وسیع 3.1–4.43 eV توانائی کی حد پر پھیلا ہوا ہے، لہٰذا سامنے کی سطح کی تہوں کے ساتھ اس کا تعامل صرف ایک Si–H ٹوٹنے کے راستے سے کہیں آگے جاتا ہے۔ اور سامنے کا Al₂O₃ / SiNₓ اسٹیک UV کے خلاف پچھلی طرف سے کہیں زیادہ کمزور ہے۔

ایک غیر رابطہ IV ٹیسٹر یہاں بہت مدد کرتا ہے۔ یہ غیر تباہ کن ہے، صفر استعمال کی اشیاء استعمال کرتا ہے، ملی سیکنڈ رفتار سے چلتا ہے، BC اور بس بار سے پاک ڈیزائنوں کے ساتھ کام کرتا ہے، اور ایک ہی شاٹ میں IV، EQE اور PL پیرامیٹرز نکالتا ہے۔

یہ مطالعہ UV60 سے پہلے اور بعد میں Al₂O₃ / SiNₓ تہوں میں عنصر کی تقسیم اور کیمیائی بانڈ کی تبدیلیوں کو ٹریک کرنے کے لیے ToF-SIMS اور گہرائی پروفائلنگ XPS استعمال کرتا ہے۔ نتیجہ: N–H بانڈ ٹوٹنا Si–H کے ساتھ ساتھ ہائیڈروجن کا دوسرا ذریعہ ہے۔ بے ساختہ Al₂O₃ میں Al–O بانڈز UV سے ٹوٹ جاتے ہیں اور بڑی تعداد میں آکسیجن ویکنسیاں پیدا کرتے ہیں۔ ہائیڈروجن اور آکسیجن میکانزم جمع ہو کر سطحی ری کمبینیشن کو خراب کرتے ہیں، جو پاسیویشن کی قابل اعتمادی کو بہتر بنانے کے لیے واضح سمت دیتا ہے۔

تجرباتی طریقہ

(a) TOPCon سولر سیل کی ساخت کا خاکہ (b) ہم آہنگ سامنے کی ساخت کا نمونہ (c) ہم آہنگ پچھلی ساخت کا نمونہ

ہم آہنگ سامنے کی ساخت کے نمونے (SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ) اور ہم آہنگ پچھلی ساخت کے نمونے (SiOₓ/n⁺-poly-Si تہہ کے ساتھ) تیار کیے گئے۔ UV ایجنگ ماڈیول کی سطح پر کی گئی۔ روشنی کا ذریعہ بنیادی طور پر UV-A تھا جس میں تقریباً 11% UV-B تھا، 60°C اور 30% نمی کے تحت۔

UV روشنی کے ذریعہ کی سپیکٹرل شعاع ریزی

سامنے بمقابلہ پچھلی ساخت: UV مزاحمت کا موازنہ

UV نمائش کے دوران ہم آہنگ سامنے اور پچھلی ساخت کے نمونوں کے لیے (a) 1×10¹⁵ cm⁻³ کے انجیکشن کیریئر ارتکاز پر τeff، (b) iVoc، اور (c) یک طرفہ J₀ میں تبدیلیاں

ہم آہنگ پچھلی ساخت 60 kWh·m⁻² UV نمائش کے بعد بمشکل تنزلی کا شکار ہوئی۔ اس کی 120 nm موٹی poly-Si تہہ تقریباً تمام UV روشنی جذب کرتی ہے اور مؤثر ڈھال فراہم کرتی ہے۔

سامنے کی ساخت نے مختلف کہانی سنائی۔ τeff 2895.6 μs سے 1552.8 μs تک گر گیا۔ iVoc 735.5 mV سے 715.2 mV تک گر گیا۔ یک طرفہ J₀ 18.4 fA·cm⁻² تک بڑھ گیا، جو ابتدائی قدر سے تقریباً تین گنا ہے۔ Al₂O₃ / SiNₓ پاسیویشن شدید تنزلی کا شکار ہوئی۔

کیمیائی ساخت کا ارتقا

UV60 سے پہلے اور بعد میں پالش شدہ ہم آہنگ سامنے کی ساخت کے نمونے میں (a) ہائیڈروجن اور (b) آکسیجن کے شدت کے گہرائی پروفائلز، جو ToF-SIMS سے ماپے گئے

ToF-SIMS ظاہر کرتا ہے کہ UV نمائش کے بعد ہائیڈروجن کا ارتکاز واضح طور پر بڑھتا ہے، خاص طور پر SiNₓ تہہ کے اندر۔ N 1s XPS گہرائی پروفائلنگ ظاہر کرتی ہے کہ SiNₓ / Al₂O₃ انٹرفیس پر، N–H بانڈ کا حصہ 9.64% سے 5.97% تک گر گیا۔ لہٰذا N–H بانڈ ٹوٹنا Si–H کے علاوہ ہائیڈروجن کا دوسرا ذریعہ ہے۔ آزاد ہونے والی ہائیڈروجن SiNₓ سطح کے علاقے کی طرف پھیلتی ہے اور وہاں سلیکون کے ساتھ دوبارہ مل جاتی ہے، اسی لیے اس سطح کے قریب N–H کا حصہ دراصل بڑھ جاتا ہے۔

آکسیجن بھی اتنی ہی اہم کہانی سناتی ہے۔ Al₂O₃ تہہ میں آکسیجن قدرے کم ہوئی، جبکہ SiNₓ/Al₂O₃ اور Al₂O₃/Si انٹرفیسز پر آکسیجن بڑھی۔ یہ Al–O بانڈز کے ٹوٹنے اور آزاد آکسیجن کے باہر کی طرف ہجرت کرنے کی طرف اشارہ کرتا ہے۔ ایک مثالی کرسٹل میں Al–O بانڈ کی توانائی تقریباً 5.3 eV ہے۔ لیکن بے ساختہ Al₂O₃ میں، کم کوآرڈینیٹڈ ایلومینیم آئن اور آکسیجن ویکنسیاں الیکٹران پھنساتی ہیں اور منفی چارج ہو جاتی ہیں، جس سے ملحقہ Al–O بانڈ ٹوٹنے کی ایکٹیویشن توانائی تقریباً 2.4 eV تک گر جاتی ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ 400 nm UV روشنی (3.1 eV) انہیں توڑنے کے لیے کافی ہے۔

UV60 سے پہلے اور بعد میں Al₂O₃/SiNₓ تہہ کے مختلف انٹرفیسز پر N 1s گہرائی پروفائلنگ XPS سپیکٹرا، N–Si (397.5 eV) اور N–H (399.5 eV) بانڈز کے لیے فٹ شدہ منحنی خطوط کے ساتھ

O 1s XPS ظاہر کرتی ہے کہ جالی آکسیجن (OI) آکسیجن ویکنسیوں (OII) میں تبدیل ہو رہی ہے۔ Al 2p سپیکٹرا میں، Al₂O₃ کا حصہ 69.99% سے 60.36% تک گر گیا جبکہ Al–OH 30.01% سے 39.64% تک بڑھ گیا۔ Si 2p سپیکٹرا میں، Si²⁺ بڑھ گیا جبکہ زیادہ والینس والا سلیکون کم ہو گیا۔ آکسیجن ویکنسیاں بننے پر خارج ہونے والے الیکٹران سلیکون کو زیادہ آکسیڈیشن حالتوں سے کم کرتے ہیں۔ مجموعی طور پر، آکسیجن، ایلومینیم اور سلیکون بانڈنگ میں یہ تبدیلیاں ظاہر کرتی ہیں کہ Al₂O₃ فلم کا معیار پہلے ہی متاثر ہو چکا ہے۔

برقی کارکردگی میں کمی

UV60 سے پہلے اور بعد میں TOPCon سولر سیل کے EQE اور ریفلیکٹنس منحنی خطوط

UV60 نمائش کے دوران TOPCon سولر سیل کے سامنے کے کانٹیکٹ کی مزاحمت میں تبدیلی

UV60 کے بعد ریفلیکٹنس بنیادی طور پر غیر تبدیل شدہ رہی۔ EQE نے 500 nm سے کم کی مختصر طول موج کے علاقے میں معتدل کمی دکھائی، جو زیادہ مضبوط سامنے کی سطح کی ری کمبینیشن سے مطابقت رکھتی ہے۔ سامنے کے کانٹیکٹ کی مزاحمت UV خوراک کے ساتھ تقریباً خطی طور پر بڑھی، 4.1 mΩ·cm² تک پہنچ گئی، جو تقریباً 8.6 گنا زیادہ ہے۔ وجہ: پاسیویشن تہہ میں پیدا ہونے والی آزاد ہائیڈروجن اور آکسیجن الیکٹروڈ انٹرفیس تک پھیلتی ہیں اور ریڈوکس ردعمل میں حصہ لیتی ہیں۔ UV چاندی کی سطح پر پانی کے مالیکیولز کو ہائیڈروکسل ریڈیکلز میں بھی تبدیل کرتی ہے، اور مل کر وہ دھاتی الیکٹروڈ کو corrode کرتے ہیں۔

UV60 نمائش کے دوران برقی کارکردگی کی تنزلی کی شرحیں: (a) Voc (b) Jsc (c) FF (d) Eff

Voc 3.46% نسبتاً گر گیا، جو سامنے کی سطح کی پاسیویشن کی تنزلی اور بڑھتی ہوئی J₀ کی وجہ سے ہے۔ FF 2.82% گر گیا، جو زیادہ سامنے کے کانٹیکٹ کی مزاحمت کی وجہ سے ہے۔ Jsc صرف 0.64% گر گیا، کیونکہ مختصر طول موج کے EQE کا نقصان محدود تھا۔ حتمی فوٹو الیکٹرک کنورژن کارکردگی کا نقصان 6.72% ہوا۔

نتیجہ

TOPCon سیلز کی سامنے کی SiNₓ/Al₂O₃ ساخت UV کے خلاف پچھلی ساخت سے کہیں زیادہ کمزور ہے۔ UV کے تحت، Si–H اور N–H بانڈز ترتیب وار ٹوٹتے ہیں اور آزاد ہائیڈروجن خارج کرتے ہیں۔ بے ساختہ Al₂O₃ میں Al–O بانڈز UV کے تحت ٹوٹتے ہیں، آزاد آکسیجن خارج کرتے ہیں اور بڑی تعداد میں آکسیجن ویکنسیاں بناتے ہیں۔ Al₂O₃ Al–OH کی طرف تبدیل ہوتا ہے اور سلیکون کی والینس بدلتی ہے۔ یہ دو تنزلی میکانزم، ہائیڈروجن اور آکسیجن، جمع ہو کر سطحی ری کمبینیشن کو خراب کرتے ہیں۔ سامنے کے کانٹیکٹ کی مزاحمت میں تیز اضافہ شامل کریں، اور نتیجہ 6.72% کارکردگی کا نقصان ہے۔ یہ کام TOPCon UVID کو سمجھنے اور پاسیویشن تہوں کی طویل مدتی قابل اعتمادی کو بہتر بنانے کے لیے ایک مفید حوالہ پیش کرتا ہے۔

Ooitech کا نقطہ نظر

UVID مسلسل ثابت کرتا رہتا ہے کہ سامنے کا اسٹیک وہ جگہ ہے جہاں قابل اعتمادی واقعی آزمائی جاتی ہے، لہٰذا ماڈیول لائن پر SiNₓ/Al₂O₃ ڈیپوزیشن اور انکیپسولیشن کو کیسے بنایا اور کنٹرول کیا جائے، یہ سیل کی ترکیب جتنا ہی اہم ہے۔ ہماری ٹرن کی TOPCon اور PERC ماڈیول لائنوں پر ہم لی اپ، لیمینیشن اور EL کی طرف وہی سبق دہراتے ہوئے دیکھتے ہیں، چھوٹے عمل کے انتخاب فیصلہ کرتے ہیں کہ پینل برسوں تک باہر ٹک پائیں گے یا نہیں۔ اگر آپ فیکٹری فلور سے مزید عملی نظریات چاہتے ہیں، تو Ooitech YouTube چینل www.youtube.com/ooitech فالو کرنے کے قابل ہے۔