TOPCon سولر سیلز میں UVID: غیر رابطہ IV ٹیسٹنگ غیر فعال ہونے کے انحطاط اور 6.72% کارکردگی کے نقصان کو ٹریک کرتی ہے

تعارف

TOPCon سولر سیل اب مضبوط سطحی پاسیویشن اور کیریئر سلیکٹو کنٹیکٹس کی بدولت PV مارکیٹ پر حاوی ہیں۔ لیکن بیرونی آپریشن ایک حقیقی کمزور پہلو ظاہر کرتا ہے: UV سے پیدا ہونے والی تنزلی، یا UVID۔ UV60 شعاع ریزی کے بعد، کارکردگی میں 6.72% تک کمی آتی ہے۔

زیادہ تر ابتدائی تحقیق نے UVID کا الزام اعلی توانائی والے فوٹونز پر لگایا جو Si–H بانڈز توڑتے ہیں اور آزاد ہائیڈروجن خارج کرتے ہیں۔ یہ کہانی کا صرف ایک حصہ ہے۔ شمسی UV سپیکٹرم 3.1–4.43 eV کی وسیع توانائی کی حد پر پھیلا ہوا ہے، لہذا سطحی تہوں کے ساتھ اس کا تعامل صرف ایک Si–H ٹوٹنے کے راستے سے کہیں آگے جاتا ہے۔ اور سامنے والا Al₂O₃ / SiNₓ اسٹیک پچھلے حصے کے مقابلے UV کے خلاف کہیں 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 کی رفتار سے چلتا ہے، BC اور بسبار کے بغیر ڈیزائن کے ساتھ کام کرتا ہے، اور ایک ہی شاٹ میں IV، EQE اور PL پیرامیٹرز حاصل کرتا 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 سے پروفائلنگ XPS استعمال کرتا ہے۔ نتیجہ: N–H بانڈ کا ٹوٹنا Si–H کے ساتھ ساتھ ہائیڈروجن کا دوسرا ذریعہ ہے۔ بے ساختہ Al₂O₃ میں Al–O بانڈ UV سے ٹوٹ جاتے ہیں اور بڑی تعداد میں آکسیجن خالی جگہیں پیدا کرتے ہیں۔ ہائیڈروجن اور آکسیجن کے میکانزم جمع ہو کر سطحی ری کمبینیشن کو خراب کرتے ہیں، جس سے پاسیویشن کی بھروسے مندی کو بہتر بنانے کے لیے واضح سمت ملتی ہے۔

تجرباتی طریقہ

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

ہم آہنگ سامنے والی 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 عمر بڑھنے کا عمل ماڈیول سطح پر کیا گیا۔ روشنی کا ذریعہ بنیادی طور پر UV-A تھا جس میں تقریباً 11% UV-B تھا، 60°C اور 30% نمی پر۔

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 کی انجیکشن کیریئر ارتکاز پر τeff، (b) iVoc، اور (c) یک طرفہ J₀ میں تبدیلیاں

ہم آہنگ پچھلا ڈھانچہ 60 kWh·m⁻² UV شعاعوں کے سامنے آنے کے بعد بمشکل تنزلی کا شکار ہوا۔ اس کی 120 nm موٹی poly-Si تہہ تقریباً تمام UV روشنی جذب کر لیتی ہے اور مؤثر تحفظ فراہم کرتی ہے۔

سامنے کے ڈھانچے کی کہانی مختلف تھی۔ τeff 2895.6 μs سے کم ہو کر 1552.8 μs ہو گیا۔ iVoc 735.5 mV سے گر کر 715.2 mV ہو گیا۔ یک طرفہ J₀ بڑھ کر 18.4 fA·cm⁻² تک پہنچ گیا، جو ابتدائی قدر کا تقریباً تین گنا ہے۔ Al₂O₃ / SiNₓ پاسیویشن شدید طور پر تنزلی کا شکار ہوئی۔

کیمیائی ساخت کا ارتقاء

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

ToF-SIMS ظاہر کرتا ہے کہ UV شعاعوں کے سامنے آنے کے بعد ہائیڈروجن کا ارتکاز واضح طور پر بڑھتا ہے، خاص طور پر SiNₓ تہہ کے اندر۔ N 1s XPS گہرائی پروفائلنگ سے پتہ چلتا ہے کہ SiNₓ / Al₂O₃ انٹرفیس پر، N–H بانڈ کا حصہ 9.64% سے کم ہو کر 5.97% ہو گیا۔ لہٰذا N–H بانڈ کا ٹوٹنا Si–H کے علاوہ ہائیڈروجن کا دوسرا ذریعہ ہے۔ آزاد ہائیڈروجن SiNₓ سطح کے علاقے کی طرف پھیلتا ہے اور وہاں سلیکون کے ساتھ دوبارہ مل جاتا ہے، اسی لیے اس سطح کے قریب N–H کا حصہ دراصل بڑھتا ہے۔

آکسیجن بھی اتنی ہی اہم کہانی سناتی ہے۔ Al₂O₃ تہہ میں آکسیجن قدرے کم ہوئی، جبکہ SiNₓ/Al₂O₃ اور Al₂O₃/Si انٹرفیس پر آکسیجن بڑھی۔ یہ Al–O بانڈز کے ٹوٹنے اور آزاد آکسیجن کے باہر منتقل ہونے کی طرف اشارہ کرتا ہے۔ مثالی کرسٹل میں Al–O بانڈ توانائی تقریباً 5.3 eV ہے۔ لیکن بے ساختہ Al₂O₃ میں، کم کوآرڈینیٹڈ ایلومینیم آئن اور آکسیجن کے خالی مقامات الیکٹران پھنساتے ہیں اور منفی چارج ہو جاتے 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۔

Al₂O₃/SiNₓ تہہ کے مختلف انٹرفیس پر UV60 سے پہلے اور بعد میں 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 کرتا ہے کہ جالی آکسیجن (OI) آکسیجن کے خالی مقامات (OII) میں تبدیل ہو رہی ہے۔ Al 2p سپیکٹرا میں، Al₂O₃ کا حصہ 69.99% سے کم ہو کر 60.36% ہو گیا جبکہ Al–OH 30.01% سے بڑھ کر 39.64% ہو گیا۔ Si 2p سپیکٹرا میں، Si²⁺ بڑھا جبکہ اعلیٰ ویلنسی والا سلیکون کم ہوا۔ آکسیجن کے خالی مقامات بننے پر خارج ہونے والے الیکٹران سلیکون کو اعلیٰ آکسیڈیشن حالتوں سے کم کرتے ہیں۔ مجموعی طور پر، آکسیجن، ایلومینیم اور سلیکون کے بندھن میں یہ تبدیلیاں ظاہر کرتی ہیں کہ Al₂O₃ فلم کا معیار پہلے ہی متاثر ہو چکا ہے۔

برقی کارکردگی کا انحطاط

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

UV60 شعاعوں کے دوران TOPCon سولر سیل کے سامنے والے رابطے کی مزاحمتی صلاحیت میں تبدیلی

UV60 کے بعد عکاسی بنیادی طور پر تبدیل نہیں ہوئی۔ EQE نے 500 nm سے نیچے مختصر طول موج کے علاقے میں معتدل کمی ظاہر کی، جو مضبوط تر سامنے کی سطح کے دوبارہ ملاپ سے مطابقت رکھتی ہے۔ سامنے کا رابطہ مزاحمتی تقریباً لکیری طور پر UV خوراک کے ساتھ بڑھا، 4.1 mΩ·cm² تک پہنچ گیا، جو تقریباً 8.6 گنا زیادہ ہے۔ وجہ: غیر فعال پرت میں پیدا ہونے والی آزاد ہائیڈروجن اور آکسیجن الیکٹروڈ انٹرفیس تک پھیلتی ہیں اور ریڈوکس رد عمل میں حصہ لیتی ہیں۔ UV چاندی کی سطح پر پانی کے مالیکیولز کو ہائیڈروکسیل ریڈیکلز میں بھی تبدیل کرتا ہے، اور وہ مل کر دھاتی الیکٹروڈ کو زنگ آلود کرتے ہیں۔

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

Voc میں 3.46% رشتہ دار کمی ہوئی، جو سامنے کی سطح کی غیر فعالی کے انحطاط اور J₀ میں اضافے کی وجہ سے ہوئی۔ FF میں 2.82% کمی ہوئی، جو سامنے کے رابطہ مزاحمتی میں اضافے کی وجہ سے ہوئی۔ Jsc میں صرف 0.64% کمی ہوئی، کیونکہ مختصر طول موج کی EQE کمی محدود تھی۔ حتمی فوٹو الیکٹرک تبدیلی کی کارکردگی کا نقصان 6.72% تک پہنچ گیا۔

نتیجہ

TOPCon خلیوں کی سامنے والی SiNₓ/Al₂O₃ ساخت UV کے خلاف پچھلی ساخت سے کہیں زیادہ کمزور ہے۔ UV کے تحت، Si–H اور N–H بانڈز ترتیب سے 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 خالی جگہیں پیدا کرتے ہیں۔ Al₂O₃ Al–OH کی طرف تبدیل ہوتا ہے اور سلکان کی والینس منتقل ہوتی ہے۔ یہ دو انحطاطی میکانزم، ہائیڈروجن اور آکسیجن، جمع ہو کر سطح کے دوبارہ ملاپ کو خراب کرتے ہیں۔ سامنے کے رابطہ مزاحمتی میں تیز اضافہ شامل کریں، اور نتیجہ 6.72% کارکردگی کا نقصان ہے۔ یہ کام TOPCon UVID کو سمجھنے اور غیر فعال پرتوں کی طویل مدتی بھروسے کو بہتر بنانے کے لیے ایک مفید حوالہ فراہم کرتا ہے۔

Ooitech کا نقطہ نظر

UVID بار بار ثابت کرتا ہے کہ سامنے کا اسٹیک وہ جگہ ہے جہاں بھروسے کا اصل امتحان ہوتا ہے، لہٰذا ماڈیول لائن پر SiNₓ/Al₂O₃ جمع کرنے اور انکیپسولیشن کو کیسے بنایا اور کنٹرول کیا جاتا ہے، یہ سیل کی ترکیب جتنا ہی اہم ہے۔ ہماری ٹرنکی TOPCon اور PERC ماڈیول لائنوں پر ہم وہی سبق لی اپ، لیمینیشن اور EL پہلو پر دیکھتے ہیں، چھوٹے عمل کے انتخاب طے کرتے ہیں کہ پینل باہر برسوں تک چلتے ہیں یا نہیں۔ اگر آپ فیکٹری فلور سے مزید عملی نظارے چاہتے ہیں، تو Ooitech YouTube چینل پر www.youtube.com/ooitech فالو کرنے کے قابل ہے۔