فل فیکٹر شمسی سیل کی بڑے پیمانے پر پیداوار کے نقائص کو پہلے کیوں ظاہر کرتا ہے؟
مواد کی فہرست
فل فیکٹر شمسی سیل کی بڑے پیمانے پر پیداوار کے نقائص کو پہلے کیوں ظاہر کرتا ہے؟
تعارف: فل فیکٹر ایک الگ تھلگ پیرامیٹر نہیں ہے۔ یہ کانٹیکٹ ریزسٹنس، لیکیج، پیسٹ فارمولیشن، اسکرین پرنٹنگ، فائرنگ، اور LECO پروسیس ونڈو کو ایک ہی I-V وکر میں سمیٹتا ہے۔
کارکردگی نتیجہ دکھاتی ہے، جبکہ FF ظاہر کرتا ہے کہ پروڈکشن لائن پر کیا ہو رہا ہے
فوٹو وولٹک صنعت عالمی توانائی کی منتقلی کے تحت تیزی سے پھیلی ہے۔ عالمی PV ماڈیول پیداواری صلاحیت پہلے ہی 200 GW سے تجاوز کر چکی ہے، جبکہ سالانہ پیداوار 150 GW سے اوپر ہے۔ اسی وقت، PERC ٹیکنالوجی اپنی زندگی کے آخری مرحلے میں داخل ہو چکی ہے۔ بڑے پیمانے پر پیداوار کی تبدیلی کی کارکردگی 23.5% تک پہنچ گئی ہے اور مشکل سے تقریباً 24% کے نظریاتی حد کی طرف بڑھ رہی ہے۔ مزید فوائد حاصل کرنا بہت مشکل ہو گیا ہے۔
مینوفیکچرنگ لاگت کے نقطہ نظر سے، PERC سیلز کی غیر سلکان لاگت تقریباً 0.2 RMB فی واٹ تک کم ہو گئی ہے، جس میں مزید کمی کی گنجائش محدود ہے۔ اس لیے صنعت نے اعلی کارکردگی والی N-type ٹیکنالوجیز جیسے TOPCon، heterojunction ٹیکنالوجی یا HJT، اور بیک کانٹیکٹ سیلز کی طرف رخ کیا ہے۔ مقصد اعلی کارکردگی اور مضبوط پروجیکٹ بینک ایبلٹی کے ذریعے نئی منافع کی جگہ کھولنا ہے۔
تبدیلی کی کارکردگی سولر سیل ٹیکنالوجی کی ایک نسل کا جائزہ لیتے وقت واضح طور پر اہم ہے۔ تاہم، ایک حقیقی بڑے پیمانے پر پیداوار لائن پر، اوپن سرکٹ وولٹیج یا Voc، اور شارٹ سرکٹ کرنٹ یا Isc، اکثر نسبتاً تنگ حدود میں مستحکم ہو جاتے ہیں۔ اس مقام پر، فل فیکٹر حتمی پیداوار کی پیداوار کا فیصلہ کن اشارہ اور چھوٹے عمل کے اتار چڑھاؤ کا حساس سگنل بن جاتا ہے۔
ہندسی طور پر، فل فیکٹر شمسی سیل کے I-V خصوصیتی منحنی کی مربعیت کی پیمائش کرتا ہے۔ یہ اصل زیادہ سے زیادہ طاقت کے مستطیل اور Voc اور Isc سے بننے والے نظریاتی مستطیل کے درمیان تناسب ہے۔ قدر ہمیشہ 1 سے کم ہوتی ہے۔ مثالی حالات میں، گیلیم آرسنائیڈ شمسی سیل کا زیادہ سے زیادہ FF 0.89 کے قریب ہو سکتا ہے۔ عام تجارتی کرسٹل لائن سلکان شمسی سیل کے لیے نظریاتی حد تقریباً 0.83 سے 0.85 ہے۔
پروڈکشن لائن ایک مثالی ماڈل نہیں ہے۔ ناقص میٹلائزیشن کنٹیکٹ، اینچنگ سے متعلق رساو، غیر متوازن پیسٹ فارمولیشن، یا منتقل شدہ فائرنگ ونڈو سبھی خوردبینی رابطہ انٹرفیس کو متاثر کر سکتے ہیں۔ یہ نقائص گرمی کے جمع ہونے کے لیے بہت حساس ہوتے ہیں۔ یہ بالآخر پیراسٹک مزاحمت میں تیز تبدیلیوں کے طور پر ظاہر ہوتے ہیں اور اکثر پہلے FF میں کمی کے ذریعے سامنے آتے ہیں۔
فارمولا: تبدیلی کی کارکردگی اور FF کے درمیان تعلق
η = Pmax / Pin = (Voc × Isc × FF) / Pin
معنی: جب Voc اور Isc نسبتاً مستحکم رہتے ہیں، تو FF کا ایک چھوٹا سا اتار چڑھاؤ براہ راست حتمی تبدیلی کی کارکردگی میں منتقل ہو جاتا ہے۔
فارمولا: فل فیکٹر کی تعریف
FF = Pmax / (Voc × Isc) = (Vmp × Imp) / (Voc × Isc)
معنی: FF I-V منحنی کی مربعیت کی پیمائش کرتا ہے۔ عملی طور پر، یہ ظاہر کرتا ہے کہ ایک سیل اپنی نظریاتی برقی پیداوار کو اصل زیادہ سے زیادہ طاقت میں کتنی مؤثر طریقے سے تبدیل کرتا ہے۔
FF کا طبعی مرکز: Rs اور Rsh کے درمیان کھینچا تانی
یہ سمجھنے کے لیے کہ FF مینوفیکچرنگ حالات کے لیے اتنا حساس کیوں ہے، شمسی سیل کے مساوی سرکٹ ماڈل پر واپس جانا ضروری ہے۔ فوٹو جنریٹڈ کیریئرز سلکان باڈی میں بہتے اور پھیلتے ہیں اس سے پہلے کہ وہ بیرونی سرکٹ کے ذریعے جمع ہوں۔ اس عمل کے دوران توانائی کے نقصانات ناگزیر ہیں۔
میکروسکوپک برقی سطح پر، یہ نقصانات پیراسٹک مزاحمت سے ظاہر ہوتے ہیں۔ دو اہم اجزاء سیریز مزاحمت، Rs، اور شنٹ مزاحمت، Rsh ہیں۔
سیریز مزاحمت ان تمام آگے کی طبعی مزاحمتوں کی نمائندگی کرتی ہے جن کا سامنا کرنٹ کو بیرونی بوجھ کی طرف بہنے میں ہوتا ہے۔ یہ سلکان ویفر بلک مزاحمت، سامنے اور پچھلے الیکٹروڈز اور سلکان کے درمیان کنٹیکٹ مزاحمت، لیٹرل ایمیٹر ٹرانسپورٹ مزاحمت، فنگر اور بس بار مزاحمت، اور ماڈیول کی سطح پر انٹرکنیکشن ربن مزاحمت کا مشترکہ نتیجہ ہے۔
ان شراکت داروں میں، دھاتی-سیمی کنڈکٹر رابطہ مزاحمت اور ایمیٹر ڈوپنگ ارتکاز اور جنکشن گہرائی میں تبدیلیاں بڑے پیمانے پر پیداوار میں سب سے کم مستحکم متغیرات میں سے ہیں۔ یہ Rs میں تیز اضافے کی سب سے زیادہ ممکنہ وجوہات میں سے بھی ہیں۔ سیریز مزاحمت کا سیل فل فیکٹر کے ساتھ مضبوط منفی تعلق ہے۔
I-V منحنی پر، جب Rs بڑھتا ہے، Voc کے قریب فارورڈ بائیس علاقے کی ڈھلوان کم ہو جاتی ہے اور منحنی چپٹی ہو جاتی ہے۔ میکروسکوپک سطح پر، زیادہ سیریز مزاحمت زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور کو کم کرتی ہے اور FF کو نیچے کھینچتی ہے۔
شنٹ مزاحمت اندرونی برقی رساو کی سطح کو ظاہر کرتی ہے۔ مثالی طور پر، Rsh کو لامحدود کے قریب ہونا چاہیے، جس سے فوٹو جنریٹڈ کیریئرز کے لیے کوئی بائی پاس راستہ نہ بچے۔ اصل مینوفیکچرنگ میں، کنارے کا رساو، کرسٹل ڈس لوکیشنز، اور PN جنکشن میں گھسنے والا دھاتی پیسٹ غیر ارادی کرنٹ راستے بنا سکتے ہیں۔
کم Rsh کا مطلب زیادہ اندرونی رساو کرنٹ ہے۔ یہ شنٹنگ اثر فعال PN جنکشن سے گزرنے والے کرنٹ کو کم کرتا ہے اور آپریٹنگ وولٹیج کو کم کرتا ہے۔ یہ مسئلہ کم شعاع ریزی پر زیادہ نمایاں ہو جاتا ہے کیونکہ فوٹو جنریٹڈ کرنٹ پہلے ہی کمزور ہوتا ہے، جس سے رساو کل کرنٹ کا بڑا حصہ بن جاتا ہے۔
فارمولا: پیراسٹک مزاحمت سمیت شمسی سیل مساوات
I = IL - I0 × { exp[q(V + I×Rs)/(n k T)] - 1 } - (V + I×Rs) / Rsh
معنی: Rs کرنٹ آؤٹ پٹ میں رکاوٹ ڈالتا ہے، جبکہ Rsh رساو کا راستہ بناتا ہے۔ دونوں FF کو کم کرتے ہیں۔
فارمولا: زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ کی شرط
d(I×V) / dV = 0
معنی: I-V منحنی پر وہ نقطہ جہاں پاور اپنی زیادہ سے زیادہ تک پہنچتی ہے، پیداواری جانچ میں استعمال ہونے والی Pmax قدر کا ماخذ ہے۔
فارمولا: نارملائزڈ شنٹ مزاحمت
RCH = Voc / Isc; rsh = Rsh / RCH
معنی: خصوصیت کی مزاحمت RCH کے ساتھ نارملائزیشن مختلف سائز اور کرنٹ کلاسز کے سیلز کو ایک ہی پیمانے پر موازنہ کرنے کی اجازت دیتی ہے۔
فارمولا: FF پر شنٹ مزاحمت کا تخمینی اثر
FFsh ≈ FF0 × (1 - 1 / rsh)
معنی: Rsh جتنا کم ہوگا، رساو اتنا ہی شدید ہوگا اور اس کے نتیجے میں FF کا نقصان اتنا ہی زیادہ ہوگا۔
Rs اور Rsh کون سے پیداواری مسائل سے مطابقت رکھتے ہیں؟
انجینئرنگ کے نقطہ نظر سے، FF اس لیے قیمتی ہے کہ یہ صرف یہ نہیں بتاتا کہ کارکردگی کم ہوئی ہے۔ یہ انجینئرز کو یہ تعین کرنے میں مدد کرتا ہے کہ کارکردگی کیوں کم ہوئی ہے۔ سیریز مزاحمت اور شنٹ مزاحمت I-V منحنی کے مختلف علاقوں کو متاثر کرتی ہیں، اس لیے وہ مختلف مینوفیکچرنگ نقائص کی طرف اشارہ کر سکتی ہیں۔
فارمولا: سیریز ریزسٹنس کی وجہ سے تھرمل نقصان
Ploss ≈ I² × Rs
معنی: زیادہ کرنٹ یا زیادہ شعاع ریزی کے حالات میں، Rs کی وجہ سے بجلی کا نقصان کرنٹ کے مربع کے ساتھ بڑھتا ہے۔
| پیراسٹک ریزسٹنس کی حالت | I-V منحنی میں تبدیلی | میکروسکوپک اثر | ممکنہ پروڈکشن لائن وجوہات |
|---|---|---|---|
| سیریز ریزسٹنس، Rs، بڑھتا ہے | Voc کے قریب فارورڈ بائیس ریجن میں ڈھلوان کم ہوتی ہے | FF گرتا ہے، زیادہ شعاع ریزی پر تھرمل نقصان بڑھ جاتا ہے، اور Isc میں معمولی کمی ہو سکتی ہے | سامنے یا پچھلے الیکٹروڈ کا خراب رابطہ، پیسٹ کی زیادہ بلک ریزسٹیویٹی، ٹوٹی ہوئی انگلیاں، یا ناکافی فائرنگ |
| شینٹ ریزسٹنس، Rsh، کم ہوتا ہے | Isc کے قریب اور ریورس بائیس ریجن میں ڈھلوان بڑھتی ہے | FF گرتا ہے، رساو Voc کو کم کرتا ہے، اور کم روشنی کی کارکردگی زیادہ تیزی سے خراب ہوتی ہے | نامکمل کنارے کی تنہائی، زیادہ فائرنگ کی وجہ سے PN جنکشن میں دخول، کرسٹل نقائص، یا پاسیویشن فلم میں سوراخ |
خراب رابطہ: میٹلائزیشن کا اہیلز ہیل
سلکان ویفر سے تیار سیل تک کے عمل میں، اسکرین پرنٹنگ اور میٹلائزیشن فائرنگ اہم مراحل ہیں جو برقی کارکردگی کا تعین کرتے ہیں۔ اسکرین پرنٹنگ پختہ اور لاگت سے موثر ہے، لیکن اس کا فزیکل رابطہ میکانزم سیریز ریزسٹنس اور شینٹ ریزسٹنس دونوں مسائل پیدا کر سکتا ہے۔
جدید اعلی کارکردگی والے سیلز عام طور پر پچھلے ڈائی الیکٹرک پاسیویشن اور مقامی دھاتی رابطے کے ڈھانچے استعمال کرتے ہیں تاکہ پچھلے طرف کے کیریئرز کی سطح کی ری کمبینیشن شرح کو کم کیا جا سکے۔ چونکہ دھات اور سلکان باڈی کے درمیان ایک موصل ڈائی الیکٹرک پرت ہوتی ہے، اس لیے لیزر اوپننگ یا پیسٹ کی مدد سے اینچنگ کے ذریعے مقامی رابطہ بنانا ضروری ہے۔ اگر اوپننگ کا معیار خراب ہو یا الائینگ ناکافی ہو، تو دھات اور سیمی کنڈکٹر قابل اعتماد اوہمک رابطہ نہیں بنا سکتے۔
اسکرین پرنٹ شدہ مقامی پچھلے الیکٹروڈ رابطوں والے سیلز کے مطالعے سے پتہ چلا کہ خراب رابطے کی وجہ سے سیریز ریزسٹنس 21.34 mΩ تک بڑھ گیا۔ تبدیلی کی کارکردگی صرف 8.95% تک پہنچی، جو روایتی ایلومینیم بیک سرفیس فیلڈ سیل کے 17.44% کی سطح سے بہت کم تھی۔
محققین نے پچھلے ایلومینیم پیسٹ کی ڈوپنگ لیول کو ایڈجسٹ کرکے FF کو بحال کرنے کی کوشش کی۔ جیسے جیسے ایلومینیم کا مواد بڑھتا گیا، الائینگ کی گہرائی بہتر ہوئی اور سیریز ریزسٹنس کم ہوا۔ جب ایلومینیم کا مواد 60% کی اہم سطح پر پہنچ گیا، تو Rs بغیر ڈوپنگ کے مقابلے میں 11 mΩ کم ہو گیا۔ اس نے کنورژن ایفیشنسی کو مطلق 2.59 فیصد پوائنٹس تک بڑھا دیا۔
تاہم، جب ایلومینیم کا مواد بہت زیادہ ہو گیا، تو اضافی ایلومینیم نے رابطہ علاقے میں کنڈکٹیو نیٹ ورک میں خلل ڈالا۔ اس کے بعد سیریز ریزسٹنس دوبارہ بڑھنے لگا۔
QFLS: مادی نقائص کو مینوفیکچرنگ نقائص سے الگ کرنا
جب پروڈکشن لائن میں FF میں وسیع پیمانے پر کمی ظاہر ہوتی ہے، تو سب سے مشکل سوالوں میں سے ایک یہ ہوتا ہے کہ آیا یہ نقصان مواد کے اندر ضرورت سے زیادہ غیر ریڈی ایٹیو ری کمبینیشن سے آیا ہے یا اسکرین پرنٹنگ اور فائرنگ کے دوران متعارف ہونے والی پیراسٹک ریزسٹنس سے۔
Quasi-Fermi لیول سپلٹنگ، یا QFLS، اس صورت حال میں ایک اہم تشخیصی آلہ ہے۔ طبعی اصطلاحات میں، QFLS فوٹو وولٹیئک ڈیوائس کی نظریاتی وولٹیج حد کا تعین کرتا ہے جب کوئی بیرونی چارج نکالنے کا عمل نہ ہو۔ QFLS اور ریڈی ایٹیو حد کے درمیان فرق براہ راست مادی نقائص یا نجاستوں کی وجہ سے ہونے والے غیر ریڈی ایٹیو ری کمبینیشن نقصانات کو ظاہر کرتا ہے۔
QFLS کو آپٹیکلی طور پر ناپ کر اور اسے کنٹیکٹ لیس سیوڈو J-V تجزیہ کے ساتھ ملا کر، محققین بیرونی برقی پیمائش سے سیریز ریزسٹنس کے اثر کو ختم کر سکتے ہیں۔
اگر ناپا گیا FF QFLS سے حاصل کردہ سیوڈو فل فیکٹر سے بہت کم ہے، تو نقصان عام طور پر ناقص میٹلائزیشن کنٹیکٹ یا ٹوٹی ہوئی انگلیوں سے منسلک ہو سکتا ہے۔ اگر سیوڈو فل فیکٹر پہلے سے کم ہے، تو غیر ریڈی ایٹیو ری کمبینیشن ممکنہ طور پر قابو سے باہر ہے، جو ویفر کوالٹی یا انٹرفیس پاسیویشن میں اندرونی مسئلے کی طرف اشارہ کرتا ہے۔
HJT کم درجہ حرارت والا سلور پیسٹ: 200°C سے نیچے کنڈکٹیو نیٹ ورک بنانا
جیسے جیسے N-type ٹیکنالوجیز پھیل رہی ہیں، HJT اور BC سیلز میٹلائزیشن کوالٹی پر سخت تقاضے عائد کرتے ہیں۔ اس لیے FF جدید کنڈکٹیو پیسٹس کی جانچ کے لیے ایک اہم اشارہ بن گیا ہے۔
HJT سیلز امورفس-سلیکون اور کرسٹل لائن-سلیکون ہیٹروجنکشن ڈھانچہ استعمال کرتے ہیں۔ یہ مضبوط پاسیویشن فراہم کرتا ہے، لیکن ڈھانچہ درجہ حرارت کے لیے انتہائی حساس ہے۔ امورفس-سلیکون فلموں کے کرسٹلائزیشن اور انحطاط کو روکنے کے لیے، HJT سیلز 800°C سے اوپر کے روایتی فائرنگ درجہ حرارت کو برداشت نہیں کر سکتے۔ انہیں کم درجہ حرارت والے سلور پیسٹ کی ضرورت ہوتی ہے جس کا کیورنگ درجہ حرارت سختی سے 200°C سے نیچے کنٹرول کیا جائے۔
کم درجہ حرارت والا سلور پیسٹ روایتی اعلی درجہ حرارت والے پیسٹ سے مختلف طریقے سے کام کرتا ہے۔ اعلی درجہ حرارت والا سلور پیسٹ شیشے کے فریٹ کے پگھلنے پر انحصار کرتا ہے جو بلند درجہ حرارت پر ہوتا ہے۔ شیشے کا فریٹ اینٹی ریفلیکشن فلم کو کھرچتا ہے اور سلکان میں سلور کرسٹلائٹس کی نشوونما کو فروغ دیتا ہے، جس سے کم مزاحمتی اوہمک رابطہ بنتا ہے۔
کم درجہ حرارت والا سلور پیسٹ بنیادی طور پر پولیمر ریزن سسٹم میں معلق سلور کے ذرات پر انحصار کرتا ہے۔ کم درجہ حرارت پر سالوینٹ کے بخارات بننے کے بعد، ذرات ایک دوسرے کے ساتھ دب کر جسمانی برقی رابطے بناتے ہیں۔
یہ طریقہ کار عام طور پر کم درجہ حرارت والے پیسٹ کو اعلی درجہ حرارت والے پیسٹ کے مقابلے میں زیادہ بلک مزاحمتی دیتا ہے۔ یہ سیل کی کل سیریز مزاحمت کو بڑھا سکتا ہے اور FF کو کم کر سکتا ہے۔ پیسٹ فراہم کرنے والے نینو اسکیل پاؤڈر انجینئرنگ کے ذریعے اس مسئلے کو حل کر رہے ہیں۔ عام اقدامات میں سلور مواد کو کم کرنا اور پیسٹ کی باریکی اور ریولوجی کو بہتر بنانا شامل ہے تاکہ کم سلور استعمال کے ساتھ ایک گھنا کنڈکٹیو نیٹ ورک بنایا جا سکے۔
| پیسٹ کی قسم | سلور مواد | کیورنگ کی شرائط | بلک مزاحمتی | عمل کی خصوصیات |
|---|---|---|---|---|
| روایتی کم درجہ حرارت والا سلور پیسٹ | 35%-55%، یا کم از کم 20%-35% | روایتی ترتیبات | تقریباً 4-8 μΩ·cm | باریکی تقریباً 6-8 μm اور viscosity تقریباً 155-165 Pa·s |
| AP-01 سیریز، سالوینٹ پر مشتمل | 33%-41% | کم از کم 120°C پر 6-20 منٹ | 4.57-7.62 μΩ·cm | اعلی پہلو تناسب پرنٹنگ اور بہت باریک لائن چوڑائی کو سپورٹ کرتا ہے |
| AP-02 سیریز، سالوینٹ سے پاک | 33%-41% | کم از کم 110°C پر 5-15 منٹ | 4.31-8.53 μΩ·cm | 15 μm سے اوپر کی اسکرین اوپننگ اور 400 mm/s سے اوپر کی پرنٹنگ رفتار کے لیے موزوں |
BC سیلز: FF بطور پچھلی طرف کی تنہائی کی ناکامی کا الارم
اگر HJT کے لیے چیلنج کم درجہ حرارت کی چالکتا ہے، تو بیک کانٹیکٹ سیلز کے لیے چیلنج الیکٹروڈ لے آؤٹ کی خوردبینی حدود میں ہے۔
BC سیلز سامنے کی طرف دھاتی گرڈ شیڈنگ کو ختم کرتے ہیں اور اس طرح Isc کو بڑھا سکتے ہیں۔ اس کا بدلہ یہ ہے کہ تمام مثبت اور منفی الیکٹروڈز کو پچھلی سطح پر بہت چھوٹے فاصلے پر متبادل طور پر ترتیب دیا جانا چاہیے۔
اس ہائی ڈینسٹی وائرنگ والے علاقے میں، اسکرین پرنٹنگ کا ہلکا سا آفسیٹ، پیسٹ کا پھیلنا، یا الگ تھلگ کرنے والی پرت میں ایک چھوٹی سی خرابی مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے درمیان جسمانی رابطہ پیدا کر سکتی ہے۔ جب ایسا ہوتا ہے، تو Rsh تقریباً صفر تک گر سکتا ہے۔
ایک خوردبینی شارٹ سرکٹ بڑا شنٹ کرنٹ پیدا کرتا ہے جو آپریٹنگ وولٹیج کو ختم کر دیتا ہے۔ Voc گر جاتا ہے اور FF صفر تک جا سکتا ہے۔ سامنے کی سطح کے قریب پیدا ہونے والے فوٹوجنریٹڈ کیریئرز کو پچھلے دھاتی جمع کرنے والے الیکٹروڈ تک پہنچنے سے پہلے ایک طویل پس منظر کا فاصلہ طے کرنا پڑتا ہے۔ اس سے جمع شدہ بلک اور پس منظر کی سیریز مزاحمت کا خطرہ بڑھ جاتا ہے۔
اس وجہ سے، FF میں اتار چڑھاؤ کی نگرانی BC سیل پروڈکشن لائن پر پیداوار کے تحفظ کے سب سے اہم اقدامات میں سے ایک ہے۔ ہر وہ سیل جو FF کی حد میں ناکام ہوتا ہے وہ میٹلائزیشن آئسولیشن یا کیریئر ٹرانسپورٹ ڈیزائن میں ناکامی کی نمائندگی کر سکتا ہے۔
فائرنگ ونڈو: انڈر فائرنگ اور اوور فائرنگ دونوں کو FF کے ذریعے سزا دی جاتی ہے
TOPCon اور PERC سیلز کے لیے، ہائی ٹمپریچر فائرنگ آخری اہم عملوں میں سے ایک ہے۔ پرنٹ شدہ دھاتی الیکٹروڈ والے سلکان ویفرز بیلٹ فرنس سے گزرتے ہیں جس کا درجہ حرارت تقریباً 800°C ہوتا ہے۔ دھاتی پیسٹ میں موجود گلاس فریٹ سطح کی پاسیویشن پرت کو پگھلا کر نیچے موجود سلکان یا بیک سرفیس فیلڈ کے ساتھ ایک الائے یا براہ راست رابطہ بناتا ہے۔ یہ ایک اوہمک رابطہ پیدا کرتا ہے اور سیریز مزاحمت کو کم کرتا ہے۔
یہ عمل ایک سخت توازن کا کام ہے۔ بہت کم درجہ حرارت، یا بہت زیادہ بیلٹ کی رفتار، انڈر فائرنگ کا سبب بنتی ہے۔ گلاس فریٹ کافی حد تک پگھل نہیں سکتا اور سلکان نائٹرائڈ یا ٹنل آکسائیڈ پرت کو اچھی طرح نہیں کھرچ سکتا۔ بہت کم سلکان کرسٹلائٹس بنتی ہیں اور سلکان میں داخل ہوتی ہیں۔ دھات اور سیمی کنڈکٹر کے درمیان ایک موصل پرت باقی رہ جاتی ہے، جس سے رابطہ مزاحمت تیزی سے بڑھ جاتی ہے۔ I-V وکر کا فارورڈ بائیس سائیڈ چپٹا ہو جاتا ہے، اور FF غیر معمولی طور پر کم ہو جاتا ہے۔
زیادہ درجہ حرارت اوور فائرنگ کا سبب بنتا ہے۔ دھاتی پیسٹ بہت زیادہ جارحانہ ہو جاتا ہے، اور سلکان کرسٹلائٹس ایک اتلی PN جنکشن میں کانٹوں کی طرح داخل ہو سکتی ہیں۔ یہ شارٹ سرکٹ اور ری کمبینیشن سینٹرز متعارف کراتا ہے۔ پاسیویشن کو نقصان پہنچتا ہے، Rsh کم ہو جاتا ہے، اور لیکیج ایک سنگین مسئلہ بن جاتا ہے۔
EL معائنہ میں، اوور فائرنگ کی وجہ سے جالی کا نقصان اور پاسیویشن کی ناکامی اکثر بادل دار نمونوں، واٹر مارکس، یا فرنس بیلٹ کے نشانات کے طور پر ظاہر ہوتی ہے۔
عمل کی ونڈو کو وسیع کرنے کے لیے، آلات فراہم کرنے والوں نے فائرنگ اور لائٹ انجیکشن سسٹم تیار کیے ہیں۔ یہ سسٹم فائرنگ فرنس کو لائٹ انجیکشن چیمبر کے ساتھ جوڑتے ہیں۔ ہائی ٹمپریچر اینیلنگ اور الائینگ کے بعد، ویفر کو تقریباً 150-350°C کے درجہ حرارت پر براہ راست تیز روشنی کے سامنے لایا جاتا ہے۔
زیادہ شدت والے فوٹون حاملین کو پرجوش کرتے ہیں اور ویفر کے اندر اور اس کی سطحوں کے قریب ہائیڈروجن ایٹموں کی چارج حالت کو تبدیل کرتے ہیں۔ یہ فائرنگ کے دوران پیدا ہونے والے خوردبینی تھرمل نقائص اور ڈینگلنگ بانڈز کو غیر فعال کر سکتا ہے۔ ٹیسٹ کے نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ یہ علاج EL واٹر مارکس اور فرنس بیلٹ کے نشانات کو کم کر سکتا ہے جبکہ Voc اور FF دونوں کو بہتر بنا سکتا ہے۔
LECO: TOPCon میٹلائزیشن تنازع کے ذریعے ایک غیر توازنی راستہ
TOPCon کی ابتدائی توسیع کے دوران، فرنٹ سائیڈ میٹلائزیشن ایک بڑی پیداوار کی رکاوٹ بن گئی۔ سطح کے دوبارہ ملاپ کو کم کرنے کے لیے، TOPCon سیل کا فرنٹ سائیڈ کم ڈوپنگ ارتکاز کے ساتھ ایک اتلی ایمیٹر استعمال کرتا ہے۔
اتلی جنکشن اور کم ڈوپنگ شیشے کے فریٹ پر مشتمل روایتی اعلی درجہ حرارت والے سلور پیسٹ کے لیے ایک تنازع پیدا کرتی ہے۔ اگر پیسٹ کو کافی حد تک فائر نہ کیا جائے تو رابطہ مزاحمت انتہائی زیادہ رہتی ہے۔ اگر اسے بہت زیادہ جارحانہ طور پر فائر کیا جائے تو اتلی جنکشن میں سوراخ ہو سکتا ہے، جس سے رساو پیدا ہوتا ہے اور FF کو صفر کی طرف دھکیلتا ہے۔
لیزر سے بہتر رابطہ اصلاح، یا LECO، اس تنازع کو حل کرنے کے لیے تیار کیا گیا تھا۔ LECO ایک غیر حرارتی توازنی فوٹو الیکٹرک میکانزم استعمال کرتا ہے۔ تباہ کن عالمی اعلی درجہ حرارت حرارت لگانے کے بجائے، یہ ایک اعلی شدت والے لیزر کے ساتھ چارج کیریئرز کو پرجوش کرتا ہے جبکہ تقریباً 10 V یا اس سے زیادہ کا ریورس بائیس لگاتا ہے۔
مضبوط بائیس اور فوٹو جنریٹڈ کیریئرز کے مشترکہ اثر کے تحت، کم فائرنگ کی وجہ سے غیر منسلک کمزور موصل پوائنٹس مقامی برفانی تودے کے ٹوٹنے سے گزرتے ہیں۔ آزاد کیریئرز برقی میدان کے ذریعے دھات-سیمی کنڈکٹر رابطے کے ذریعے چلائے جاتے ہیں، جس سے کئی ایمپیئر کے مقامی کرنٹ پیدا ہوتے ہیں۔
یہ مضبوط کرنٹ خوردبینی رابطہ پوائنٹس پر مقامی جول حرارت پیدا کرتے ہیں۔ یہ نینو سیکنڈ سے مائیکرو سیکنڈ کے ٹائم اسکیل پر مائیکرو فائرنگ پیدا کرتا ہے۔
LECO TOPCon فائرنگ کی حکمت عملی کو جارحانہ عالمی حرارت سے ہدف شدہ مقامی مرمت میں تبدیل کرتا ہے۔ پیسٹ فراہم کنندگان LECO کے ساتھ مطابقت رکھنے والے شیشے کے فریٹ سسٹم ڈیزائن کر سکتے ہیں۔ روایتی بیلٹ فائرنگ کا عمل پھر اتلی ایمیٹر کی حفاظت کے لیے قدرے کم فائر رہ سکتا ہے، جبکہ LECO پچھلے سرے پر مقامی برقی خرابی پیدا کرتا ہے اور رابطہ مزاحمت کو کم کرتا ہے۔
توثیق کے نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ LECO کے بغیر سیلز ضرورت سے زیادہ رابطہ مزاحمت کی وجہ سے ناکامی کے قریب کام کر سکتے ہیں۔ LECO علاج کے بعد، رابطہ مزاحمت کم ہو جاتی ہے جبکہ پاسیویشن برقرار رہتی ہے۔ FF بڑھتا ہے، جس سے مطلق تبدیلی کی کارکردگی میں 0.2 فیصد پوائنٹس سے زیادہ کا فائدہ ہوتا ہے۔
LECO کی اب بھی ایک عمل کی حد ہے۔ اگر روشنی کی شدت بہت کم ہو تو رابطہ کی مرمت نامکمل ہے۔ اگر یہ بہت زیادہ ہو تو جالی کا خاتمہ اور ساختی نقصان ہو سکتا ہے۔
جب لیزر کی شدت 375 MW/cm² کی تباہ کن قدر تک پہنچ جاتی ہے، تو FF 0.84 سے 0.65 تک گر سکتا ہے، جو تقریباً 24% کی کمی ہے۔ Voc 0.745 V سے 0.695 V تک کم ہو سکتا ہے، جبکہ Jsc 41.8 mA/cm² سے 40.8 mA/cm² تک گر جاتا ہے۔
LECO کے ذریعے بنایا گیا خوردبینی رابطہ نیٹ ورک بھی غیر متوازن حرارتی نزاکت کا حامل ہوتا ہے۔ EL تجزیہ سے پتہ چلتا ہے کہ جب LECO سے علاج شدہ سیل کو دوسری بار اعلی درجہ حرارت پر فائر کیا جاتا ہے، تو دوسرے فائرنگ کے درجہ حرارت کو 280°C سے 680°C تک بڑھانے سے قائم شدہ خوردبینی conductive راستے متاثر ہو سکتے ہیں۔
اس کے بعد رابطہ مزاحمت دوبارہ بگڑ جاتی ہے، FF نمایاں طور پر سکڑ جاتا ہے، اور سیل کی ابتدائی کارکردگی 26.35% کم ہونے لگتی ہے۔
FF صرف ایک فیصد نہیں ہے۔ یہ پیداوار کی نبض ہے۔
سولر سیل مینوفیکچرنگ کے بلیک باکس کے اندر دیکھنے سے ایک بات واضح ہوتی ہے: فل فیکٹر لیبارٹری ٹیسٹر پر دکھائے جانے والے ایک تجریدی فیصد سے کہیں زیادہ ہے۔
خوردبینی سطح پر، FF کیریئر ٹرانسپورٹ کے راستے میں سیریز مزاحمت اور شنٹ مزاحمت کے درمیان کھینچا تانی کا حتمی اظہار ہے۔ پروڈکشن لائن پر، یہ میٹلائزیشن پیسٹ کی چالکتا کی حدود، اسکرین پرنٹنگ کی مکینیکل درستگی، اور بیلٹ فائرنگ فرنس کے درجہ حرارت کے پروفائل میں چھوٹی تبدیلیوں کو ریکارڈ کرتا ہے۔
ایک نئے PV سائیکل میں جہاں غیر سلکان لاگت پہلے ہی نیچے کے قریب ہے اور سرمائے کی توسیع زیادہ مشکل ہوتی جا رہی ہے، ہر بڑی اعلی کارکردگی والی ٹیکنالوجی کو ایک ہی بنیادی مسئلے کا سامنا ہے۔
HJT کو کم درجہ حرارت کے علاج کی حد کے اندر ایک قابل اعتماد conductive نیٹ ورک برقرار رکھنا چاہیے۔ BC خلیات کو صرف ایک خوردبینی فاصلے سے الگ کیے گئے مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے درمیان رساو کو کنٹرول کرنا چاہیے۔ TOPCon پیسیویشن کی حفاظت کرتے ہوئے رابطے کی مرمت کے لیے فائرنگ، لائٹ انجیکشن اور LECO پر انحصار کرتا ہے۔
ہدف ہمیشہ ایک ہی ہوتا ہے: PN جنکشن میں داخل ہوئے اور رساو پیدا کیے بغیر انٹرفیس رابطہ مزاحمت کو کم کرنا۔
مینوفیکچررز کے لیے، صرف مطلق کارکردگی کی قدر کا پیچھا کرنا اب کافی نہیں ہے۔ ایک زیادہ ذہین پیداواری نظام کو حقیقی وقت میں چھوٹی FF تبدیلیوں کی نگرانی کرنی چاہیے اور انہیں غیر تباہ کن تشخیصی طریقوں جیسے QFLS اور pseudo J-V تجزیہ کے ساتھ جوڑنا چاہیے۔ یہ اگلی نسل کے زیادہ مستحکم اعلی کارکردگی والے سولر سیل مینوفیکچرنگ کی طرف عملی راستہ ہے۔
Ooitech کا نقطہ نظر
FF کی اصل قدر اس کی رفتار بطور پروڈکشن الرٹ ہے۔ ایک مستحکم لائن کو FF کو Rs، Rsh، EL پیٹرن، pseudo-FF، فائرنگ درجہ حرارت، اور میٹلائزیشن ڈیٹا کے ساتھ مل کر ٹریک کرنا چاہیے، بجائے اس کے کہ ہر نتیجہ کو الگ الگ سمجھا جائے۔ TOPCon، HJT، اور BC ٹیکنالوجیز کے لیے، یہ مشترکہ ڈیٹاسیٹ حتمی کارکردگی کی تقسیم میں سنگین پیداوار کے نقصان سے بہت پہلے ایک بڑھتے ہوئے عمل کی کھڑکی کو ظاہر کر سکتا ہے۔
