دھات کاری اعلی کارکردگی والے شمسی خلیوں کے لیے کارکردگی کی حد کیوں طے کرتی ہے؟

فوٹو وولٹک ٹیکنالوجی کی وسیع کہانی میں، تبدیلی کی کارکردگی میں ہر چھوٹا سا فائدہ عام طور پر خوردبینی طبعی حدود کو تھوڑا اور دھکیلنے سے آتا ہے۔ جب سے صنعت مونوکرسٹل لائن PERC دور سے آگے بڑھ کر N-ٹائپ ٹیکنالوجیز جیسے TOPCon، HJT، اور BC کی طرف منتقل ہوئی ہے، کارکردگی کی حد میں مسلسل اضافہ ہوا ہے۔

جیسے جیسے سولر سیلز شاکلی-کوئیسر حد کے قریب پہنچتے ہیں، سیمی کنڈکٹر فزکس کے سب سے بنیادی اور مشکل مسائل میں سے ایک زیادہ اہم ہو جاتا ہے: دھات اور سیمی کنڈکٹر کے درمیان برقی رابطہ۔ یہ انٹرفیس بڑے پیمانے پر پیداوار کی پیداوار اور حتمی سیل کی کارکردگی کو متاثر کرنے والی ایک بنیادی تکنیکی رکاوٹ بن گیا ہے۔

ایک غیر ماہر کے لیے، سولر سیل ایک پتلی سیمی کنڈکٹر ویفر کی طرح لگ سکتا ہے جو سورج کی روشنی میں بجلی پیدا کرتا ہے۔ تاہم، صنعتی اور تعلیمی نقطہ نظر سے، یہ ایک انتہائی درست کوانٹم مکینیکل توانائی کی تبدیلی کا آلہ ہے۔ اسے جذب شدہ فوٹونز سے پیدا ہونے والے الیکٹران-ہول جوڑوں کو الگ کرنا چاہیے اور انہیں کم سے کم نقصان کے ساتھ بیرونی سرکٹ میں لے جانا چاہیے۔

اس عمل کے دوران، دھاتی الیکٹروڈ ٹول اسٹیشنوں کی طرح کام کرتے ہیں جہاں چارج کیریئرز خوردبینی سیمی کنڈکٹر کی دنیا سے نکلتے ہیں۔ اگر اسٹیشن پر بڑی رکاوٹ ہو تو، کیریئرز بھیڑ ہو جاتے ہیں، دوبارہ مل جاتے ہیں، اور توانائی کھو دیتے ہیں۔ ڈیوائس کی سطح پر، یہ رابطہ مزاحمت میں تیزی سے اضافہ، فل فیکٹر میں شدید کمی، اور بالآخر سولر سیل کی آؤٹ پٹ پاور میں کمی کے طور پر ظاہر ہوتا ہے۔

اس لیے، ایک ایسی سطح پر کم مزاحمت والا اوہمک رابطہ بنانے کی صلاحیت جسے انتہائی کم ری کمبینیشن بھی برقرار رکھنا ہو، جدید اعلی کارکردگی والے سولر سیلز کے لیے ایک اہم تقسیم کرنے والی لائن بن گئی ہے۔

اوہمک رابطہ: دھات اور سیمی کنڈکٹر کے درمیان جسمانی خلا کو پُر کرنا

میٹلائزیشن کے مسئلے کو سمجھنے کے لیے، ہمیں پہلے سیمی کنڈکٹر بینڈ تھیوری پر واپس جانا ہوگا۔ اس میں سیمی کنڈکٹر کے اندر موجود بلٹ ان الیکٹرک فیلڈ اور وہ خوردبینی چارج ٹرانسفر شامل ہے جو دھات اور سیمی کنڈکٹر کے ملنے پر ہوتا ہے۔

فوٹو وولٹک تبدیلی کی جسمانی بنیاد PN جنکشن ہے۔ جب مختلف ڈوپنگ کنسنٹریشن والے P-type اور N-type سیمی کنڈکٹر آپس میں رابطے میں آتے ہیں، تو ان کی فرمی سطحیں مختلف ہوتی ہیں۔ تھرموڈائنامک توازن تک پہنچنے کے لیے، خوردبینی چارج ٹرانسفر ہوتا ہے۔

N-type سیمی کنڈکٹر کی فرمی سطح P-type سیمی کنڈکٹر سے زیادہ ہوتی ہے۔ اس لیے الیکٹران خود بخود N-type علاقے سے P-type علاقے کی طرف حرکت کرتے ہیں، جبکہ ہولز مخالف سمت میں حرکت کرتے ہیں۔ جیسے جیسے یہ کیریئر حرکت کرتے ہیں، PN جنکشن انٹرفیس کے قریب فکسڈ چارجڈ آئن رہ جاتے ہیں۔ یہ ایک اسپیس چارج ریجن بناتا ہے، جسے ڈیپلیشن ریجن بھی کہا جاتا ہے، اور اس کے ساتھ ایک بلٹ ان الیکٹرک فیلڈ بھی بنتی ہے۔

بلٹ ان فیلڈ سیمی کنڈکٹر کے انرجی بینڈز کو موڑ دیتی ہے اور کیریئر ڈفیوژن کی سمت کے مخالف ایک ڈرفٹ فورس پیدا کرتی ہے۔ جب ڈفیوژن اور ڈرفٹ متحرک توازن تک پہنچ جاتے ہیں، تو دونوں اطراف کی فرمی سطحیں برابر ہو جاتی ہیں اور خالص کرنٹ صفر ہو جاتا ہے۔ روشنی کے تحت، فوٹو جنریٹڈ الیکٹران ہول جوڑے اس بلٹ ان فیلڈ کے ذریعے الگ ہو جاتے ہیں، جس سے فوٹو وولٹیج اور آؤٹ پٹ کرنٹ پیدا ہوتا ہے۔

یہ نازک جسمانی عمل صرف اس صورت میں مؤثر طریقے سے کام کرتا ہے جب کیریئر سیمی کنڈکٹر سے نکل کر دھاتی الیکٹروڈز میں بغیر کسی بڑی رکاوٹ کے داخل ہو سکیں۔

شاٹکی بیریئرز: کرنٹ کے راستے میں ایک اونچی دیوار

جب کرنٹ جمع کرنے والا دھاتی الیکٹروڈ سیمی کنڈکٹر کے ساتھ جسمانی رابطے میں آتا ہے، تو ورک فنکشن میں فرق کی وجہ سے انٹرفیس پر چارج ٹرانسفر اور بینڈ موڑنے کا عمل ہوتا ہے۔

ایک دھات کو N-type سیمی کنڈکٹر کے ساتھ رابطے میں تصور کریں۔ اگر دھات کا ورک فنکشن سیمی کنڈکٹر کے ورک فنکشن سے زیادہ ہے، تو سیمی کنڈکٹر کی سطح پر موجود الیکٹران دھات کی طرف حرکت کرتے ہیں۔ اس کے نتیجے میں سیمی کنڈکٹر کی سطح کے قریب ایک ڈیپلیشن پرت بنتی ہے جس میں اکثریتی کیریئر کم ہوتے ہیں۔ انرجی بینڈز اوپر کی طرف مڑ جاتے ہیں، جس سے ایک انٹرفیشل انرجی بیریئر بنتا ہے جسے شاٹکی بیریئر کہا جاتا ہے۔

شاٹکی بیریئر میں ایک واضح ریکٹیفائنگ اثر ہوتا ہے، جو ڈائیوڈ کی یک طرفہ ترسیل کی طرح ہے۔ اسے عبور کرنے کے لیے، سیمی کنڈکٹر میں موجود کیریئرز کو تھرمل اخراج کے ذریعے بیریئر کو عبور کرنے کے لیے کافی تھرمل توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔

اگر ایک عام شاٹکی کنٹیکٹ الیکٹروڈ اور کام کرنے والے سولر سیل کے سلکان سبسٹریٹ کے درمیان بنتا ہے، تو فوٹوجنریٹڈ کیریئرز کو دھات کی طرف بڑھنے میں شدید مزاحمت کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ یہ رکاوٹ نہ صرف کرنٹ کے بہاؤ کو محدود کرتی ہے بلکہ کیریئرز کو انٹرفیس پر جمع ہونے اور دوبارہ ملاپ کرنے کا سبب بنتی ہے، جس سے براہ راست تبدیلی کی کارکردگی کم ہوتی ہے۔

اوہمک کنٹیکٹ اس کے برعکس ہے۔ یہ دھات اور سیمی کنڈکٹر کے درمیان ایک غیر ریکٹیفائینگ برقی کنٹیکٹ ہے جس میں بہت کم کنٹیکٹ مزاحمت ہوتی ہے۔ مثالی صورت میں، کرنٹ انٹرفیس سے دونوں سمتوں میں لکیری طور پر گزرتا ہے، جس میں کم سے کم وولٹیج ڈراپ اور توانائی کا نقصان ہوتا ہے۔

نظریاتی طور پر، N-قسم سیمی کنڈکٹر کے لیے بہت کم ورک فنکشن والی دھات، یا P-قسم سیمی کنڈکٹر کے لیے بہت زیادہ ورک فنکشن والی دھات کا انتخاب شاٹکی رکاوٹ سے بچنے میں مدد کر سکتا ہے۔ حقیقی سلکان سطحیں زیادہ پیچیدہ ہوتی ہیں۔ جالی کے خاتمے کی وجہ سے ڈینگلنگ بانڈز اور زیادہ انٹرفیس-اسٹیٹ کثافت مضبوط فرمی-لیول پننگ پیدا کر سکتی ہے۔ صرف دھات کے ورک فنکشن کو تبدیل کرنا شاذ و نادر ہی کامل اوہمک کنٹیکٹ بنانے کے لیے کافی ہوتا ہے۔

مرکزی صنعتی حل بھاری ڈوپنگ اور کوانٹم ٹنلنگ کا مجموعہ ہے۔ جہاں سیمی کنڈکٹر دھات سے رابطہ کرتا ہے وہاں مقامی طور پر ایک انتہائی ڈوپڈ N++ یا P++ پرت بنائی جاتی ہے۔ یہ سطح پر ڈیپلیشن ریجن کو تیزی سے تنگ کر دیتی ہے۔ ایک بار جب رکاوٹ کافی پتلی ہو جاتی ہے، تو کیریئرز کو اس پر سے گزرنے کی ضرورت نہیں رہتی۔ وہ زیادہ امکان کے ساتھ براہ راست اس میں سے ٹنل کر سکتے ہیں۔ یہ کوانٹم ٹنلنگ اثر ہے۔

جب کنٹیکٹ مزاحمت بڑھتی ہے، فل فیکٹر گرتا ہے

ایک بار جب اوہمک کنٹیکٹ کی طبعی بنیاد واضح ہو جاتی ہے، تو اگلا سوال یہ ہے کہ سولر انڈسٹری خوردبینی کنٹیکٹ نقائص کے لیے اتنی حساس کیوں ہے۔ جواب میں تین اہم برقی پیرامیٹرز شامل ہیں: کنٹیکٹ مزاحمت، سیریز مزاحمت، اور فل فیکٹر۔

ایک سولر سیل ایک مثالی کرنٹ سورس نہیں ہے۔ اس میں کئی ناگزیر مزاحمتی نقصان کے میکانزم ہوتے ہیں، جنہیں اجتماعی طور پر سیریز مزاحمت سے ظاہر کیا جاتا ہے۔ سیریز مزاحمت میں سلکان ویفر کی بلک مزاحمت، ایمیٹر شیٹ مزاحمت، دھات-سیمی کنڈکٹر انٹرفیس پر کنٹیکٹ مزاحمت، فنگرز اور بسبارز کی اوہمک مزاحمت، اور ربن اور دیگر انٹرکنکشن مواد کی طبعی مزاحمت شامل ہے۔

جیسے جیسے مونوکرسٹل لائن سلکان کی افزائش پختہ ہوئی ہے، کنڈکٹیو سلور پیسٹ میں بہتری آئی ہے، اور اسکرین پرنٹنگ میشز باریک ہو گئی ہیں، ویفر مزاحمت اور دھاتی گرڈ مزاحمت پہلے ہی نسبتاً کم سطح پر آ گئی ہے۔ موجودہ N-قسم اعلی کارکردگی والے سیلز میں، سب سے مشکل خوردبینی رکاوٹوں میں سے ایک دھاتی الیکٹروڈ اور سلکان پر مبنی کنٹیکٹ ڈھانچے کے درمیان کنٹیکٹ مزاحمت ہے۔

اگر کوانٹم ٹنلنگ پر مبنی اوہمک کنٹیکٹ قائم نہ ہو تو، کنٹیکٹ ریزسٹنس تیزی سے بڑھ سکتی ہے اور سیریز ریزسٹنس کے نقصان کا اہم ذریعہ بن سکتی ہے۔

فل فیکٹر سولر سیل کی آؤٹ پٹ اور اندرونی توانائی کے نقصان کا جائزہ لینے کے لیے استعمال ہونے والے اہم ترین پیرامیٹرز میں سے ایک ہے۔ یہ زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور اور اوپن سرکٹ وولٹیج اور شارٹ سرکٹ کرنٹ کے حاصل ضرب کا تناسب ہے۔ I-V منحنی پر، یہ ظاہر کرتا ہے کہ منحنی کتنا مربع یا مکمل نظر آتا ہے۔

جب خراب کنیکٹ کی وجہ سے اوہمک کنٹیکٹ ناکام ہو جاتا ہے، تو کنٹیکٹ ریزسٹنس میں اضافہ کل سیریز ریزسٹنس کو تیزی سے بڑھا دیتا ہے۔ اس کے بعد I-V منحنی جھک جاتا ہے اور زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ کے ارد گرد سکڑ جاتا ہے۔ سیل میں اب بھی نسبتاً نارمل اوپن سرکٹ وولٹیج اور شارٹ سرکٹ کرنٹ ہو سکتا ہے، لیکن بیرونی سرکٹ کو دستیاب زیادہ سے زیادہ پاور میں نمایاں کمی آ سکتی ہے۔

تکنیکی سلسلہ سیدھا ہے:

• ایک خراب دھات-سیمی کنڈکٹر انٹرفیس مناسب اوہمک کنٹیکٹ کو روکتا ہے۔

• ناکام کنیکٹ انٹرفیشل کنٹیکٹ ریزسٹنس کو بڑھاتا ہے۔

• کنٹیکٹ ریزسٹنس سیل کی کل سیریز ریزسٹنس کو بڑھاتی ہے۔

• زیادہ سیریز ریزسٹنس فل فیکٹر کو کم کرتی ہے۔

• کم فل فیکٹر تبدیلی کی کارکردگی کو بڑے پیمانے پر پیداوار کی قبولیت کی حد سے نیچے لے آتا ہے۔

پاسیویشن اور کنٹیکٹ: جدید سولر سیلز کا اندرونی تضاد

جدید اعلی کارکردگی والے سیل ڈیزائن کو پاسیویشن اور برقی کنٹیکٹ کے درمیان ایک جسمانی تضاد کا سامنا ہے۔ زیادہ اوپن سرکٹ وولٹیج حاصل کرنے کے لیے، انجینئرز کو ڈائی الیکٹرک فلموں کی ضرورت ہوتی ہے جو سلیکون کی سطح کو زیادہ سے زیادہ مکمل طور پر پاسیویٹ کریں۔

پاسیویشن دو طریقوں سے کام کرتی ہے۔ کیمیائی پاسیویشن کرسٹل لائن سلیکون میں جالی کی خرابیوں پر لٹکی ہوئی بانڈز کو سیر کرنے کے لیے ہائیڈروجن جیسے عناصر کا استعمال کرتی ہے، جس سے نقص سے منسلک ری کمبینیشن کم ہوتی ہے۔ فیلڈ ایفیکٹ پاسیویشن انٹرفیس پر ایک مضبوط برقی میدان پیدا کرتی ہے۔ الیکٹرو سٹیٹک ریپلشن اسی چارج کے اقلیتی کیریئرز کو سطح سے دور رکھتا ہے، جس سے سطح کے ری کمبینیشن کا ایک اہم راستہ ختم ہو جاتا ہے۔

مثال کے طور پر، PERC سیل کی P-ٹائپ پچھلی سطح پر، منفی چارجز کی زیادہ کثافت والی ایلومینیم آکسائیڈ فلم مضبوط بینڈ بینڈنگ پیدا کر سکتی ہے اور کیمیائی اور فیلڈ ایفیکٹ دونوں طرح کی پاسیویشن فراہم کر سکتی ہے۔ تاہم، یہ انتہائی موصل ڈائی الیکٹرک فلم کرنٹ نکالنے میں بھی رکاوٹ بن جاتی ہے۔

فوٹو جنریٹڈ کیریئرز کو جمع کرنے کے لیے، دھاتی الیکٹروڈز کو اب بھی سلکان سبسٹریٹ تک برقی راستے کی ضرورت ہوتی ہے۔ روایتی PERC پروسیسنگ میں لیزرز کا استعمال کرتے ہوئے پچھلی پاسیویشن پرت میں چھوٹے سوراخ بنائے جاتے ہیں تاکہ ایلومینیم یا چاندی کا پیسٹ سلکان سے رابطہ کر سکے۔ تاہم، براہ راست دھات-سلکان رابطہ شدید انٹرفیشل ری کمبینیشن پیدا کرتا ہے۔ یہ رابطہ پوائنٹس ری کمبینیشن سنک کی طرح کام کر سکتے ہیں۔

N-type دور میں، جہاں سیل کی ترقی کرسٹل لائن سلکان کے لیے بتائے گئے 29.43% نظریاتی کارکردگی کی حد کے قریب پہنچ رہی ہے، مقامی رابطہ کھلنے سے ہونے والے ری کمبینیشن نقصانات کو قبول کرنا بہت مشکل ہو جاتا ہے۔ اس لیے TOPCon، HJT، اور BC ٹیکنالوجیز کو ایک ہی مرکزی مسئلہ حل کرنا ہوگا: کم مزاحمت، بڑے رقبے والی کیریئر ٹرانسپورٹ کو سطح کی پاسیویشن کو تباہ کیے بغیر کیسے حاصل کیا جائے۔

TOPCon: ٹنل آکسائیڈ اور LECO کی خوردبینی سرجری

مضبوط فوٹو وولٹک مانگ نے P-type PERC کی جگہ N-type ٹیکنالوجیز کے استعمال کو تیز کر دیا ہے۔ یہاں بتائے گئے صنعتی اعداد و شمار کے مطابق، 2023 میں N-type TOPCon کا سیل مارکیٹ میں صرف 23% حصہ تھا۔ 2024 میں اس کا حصہ 60% سے زیادہ ہو گیا، جبکہ معروف مینوفیکچررز کے کچھ آلات کی کوریج کے اعداد و شمار نے N-type کا حصہ 71.1% تک ظاہر کیا۔

TOPCon موجودہ PERC پروڈکشن لائنوں کے ساتھ اعلی درجے کی مطابقت برقرار رکھتا ہے۔ اپ گریڈ کے لیے عام طور پر چار اضافی بنیادی عمل درکار ہوتے ہیں۔ بتایا گیا آلات کی سرمایہ کاری تقریباً 50-70 ملین RMB فی GW ہے، جبکہ نئی HJT لائن کے لیے تقریباً 350-400 ملین RMB فی GW ہے۔ TOPCon PERC کے مقابلے میں واضح کارکردگی کے فوائد بھی پیش کرتا ہے۔ اس کی نظریاتی کارکردگی کی حد تقریباً 28.7% بتائی گئی ہے، جبکہ موجودہ بڑے پیمانے پر پیداوار کی کارکردگی عام طور پر 26.5% سے تجاوز کر چکی ہے اور لیبارٹری کی کارکردگی 27.5% سے تجاوز کر گئی ہے۔

TOPCon کی کارکردگی کی کلید اس کی پچھلی پاسیویٹنگ-کونٹیکٹ ساخت ہے۔ N-type سلکان سبسٹریٹ پر ایک انتہائی پتلی سلکان آکسائیڈ پرت اگائی جاتی ہے، جس کی موٹائی تقریباً 1-2 نینو میٹر پر سختی سے کنٹرول کی جاتی ہے۔ پھر تقریباً 60-100 نینو میٹر کی ایک اندرونی پولی سلکان پرت جمع کی جاتی ہے اور اعلی درجہ حرارت کے عمل کے ذریعے بھاری فاسفورس ڈوپنگ کی جاتی ہے۔

بینڈ فزکس کے نقطہ نظر سے، انتہائی پتلی سلکان آکسائیڈ پرت ویفر کی سطح پر لٹکنے والے بانڈز کو کیمیائی طور پر سیر کرتی ہے۔ بھاری ڈوپڈ پولی سلکان انٹرفیس کے قریب مضبوط بینڈ موڑنے پیدا کرتا ہے۔ یہ ساخت اقلیتی کیریئرز، جو اس معاملے میں سوراخ ہیں، کے لیے ایک اعلی رکاوٹ اور اکثریتی کیریئرز، جو الیکٹران ہیں، کے لیے بہت چھوٹی موثر رکاوٹ پیدا کرتی ہے۔ چونکہ آکسائیڈ بہت پتلی ہے، الیکٹران اس میں سے ٹنل کر کے پولی سلکان پرت میں جا سکتے ہیں، جبکہ سوراخ روکے جاتے ہیں۔ نتیجہ کیریئر-سیلیکٹیو ٹرانسپورٹ ہے۔

آکسائیڈ کے ذریعے نقل و حمل کے علمی مباحث میں براہ راست کوانٹم ٹنلنگ اور پن ہول ماڈل دونوں شامل ہیں۔ جب ٹنل آکسائیڈ کی موٹائی تقریباً 2 نینو میٹر سے تجاوز کر جاتی ہے، تو ٹنلنگ کا امکان تیزی سے کم ہو جاتا ہے۔ اس کے بعد کیریئر کی نقل و حمل کا انحصار زیادہ تر خوردبینی نقائص یا پن ہولز پر ہو سکتا ہے جو زیادہ درجہ حرارت پر اینیلنگ کے دوران پیدا ہوتے ہیں۔ بہت کم پن ہولز رابطہ مزاحمت بڑھا سکتے ہیں۔ بہت زیادہ فلم کے وسیع نقصان اور کیمیائی پاسیویشن کو کمزور کرنے کی نشاندہی کر سکتے ہیں۔

یہاں تک کہ پچھلے حصے پر پاسیویٹنگ کنٹیکٹ اور سامنے والے حصے پر سلیکٹیو ایمیٹر کے ساتھ، TOPCon کو میٹلائزیشن فائرنگ کے دوران ایک سنگین تضاد کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ سیل کو زیادہ درجہ حرارت پر فائرنگ کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ سلور پیسٹ پولی سلکان کے ساتھ کم مزاحمت والا رابطہ بنا سکے۔ اگر فائرنگ بہت زیادہ جارحانہ ہو تو، سلور کرسٹلائٹس 1-2 نینو میٹر ٹنل آکسائیڈ میں گھس کر کرسٹل لائن سلکان سبسٹریٹ تک پہنچ سکتے ہیں۔ اس کے بعد پاسیویشن کا ڈھانچہ گر سکتا ہے، ڈارک کرنٹ بڑھ سکتا ہے، اور اوپن سرکٹ وولٹیج تیزی سے گر سکتا ہے۔ اگر فائرنگ کا درجہ حرارت بہت کم ہو تو، سلور پیسٹ پولی سلکان کے ساتھ مناسب طریقے سے جڑنے میں ناکام ہو سکتا ہے۔ اس کے بعد رابطہ مزاحمت ضرورت سے زیادہ ہو جاتی ہے اور فل فیکٹر گر سکتا ہے۔

لیزر اینہانسڈ کانٹیکٹ آپٹیمائزیشن، یا LECO، کو اس فائرنگ ونڈو سے نمٹنے کے لیے متعارف کرایا گیا تھا۔ یہ عمل پہلے ایک خاص طور پر تیار کردہ، کم سنکنار سلور پیسٹ استعمال کرتا ہے۔ روایتی فائرنگ الیکٹروڈ کو سلکان نائٹرائیڈ کی تہہ میں گھسنے دیتی ہے بغیر نیچے موجود انتہائی پتلی ٹنل آکسائیڈ کو شدید نقصان پہنچائے۔ فائرنگ کے بعد، سیل کی سطح کو منتخب طول موج کے ایک تیز شدت والے لیزر سے روشناس کرایا جاتا ہے جبکہ الیکٹروڈز پر ایک بائیس وولٹیج لگائی جاتی ہے۔

فوٹو کنڈکٹیو اثر کے ذریعے، مقامی برقی میدان دھات-سیمی کنڈکٹر انٹرفیس پر ایک مختصر، تیز شدت والا خوردبینی کرنٹ پیدا کرتا ہے۔ یہ پلس کسی حد تک خوردبینی بجلی کی طرح برتاؤ کرتی ہے۔ یہ مقامی طور پر بقایا انٹرفیشل رکاوٹوں کو توڑتی ہے اور الیکٹرو تھرمل پگھلاؤ اور انتہائی مقامی کنڈکٹیو علاقے پیدا کرتی ہے۔ متعدد چھوٹے کرنٹ راستے بنتے ہیں۔

LECO علاج کے بعد، میکروسکوپک رابطہ مزاحمت کئی درجوں تک گر سکتی ہے اور ایک زیادہ موثر اوہمک رابطہ قائم ہوتا ہے۔ یہ خرابی مختصر اور مقامی ہوتی ہے۔ یہ کرنٹ کی نقل و حمل کو بہتر بناتی ہے جبکہ زیادہ تر ٹنل آکسائیڈ پاسیویشن ڈھانچے کو محفوظ رکھتی ہے۔

HJT: کم درجہ حرارت والے سلور پیسٹ اور TCO کے درمیان ایک نرم رابطہ

اگر TOPCon اعلی درجہ حرارت پر تنگ راستے پر چلتا ہے، تو ہیٹروجنکشن ٹیکنالوجی سخت کم درجہ حرارت کی حد کے تحت کام کرتی ہے۔ HJT پہلی بار 1980 کی دہائی کے آخر میں جاپان کی Sanyo نے تجویز کیا تھا۔ یہ N-type کرسٹل لائن سلکان ویفر کی دونوں سطحوں پر الٹرا پتلی انٹرنزک ہائیڈروجنیٹڈ امورفس سلکان فلموں کا استعمال کرتا ہے تاکہ دو طرفہ پاسیویشن حاصل کی جا سکے۔ پھر ڈوپڈ P-type اور N-type امورفس سلکان کی تہیں جمع کر کے ہیٹروجنکشن بنائے جاتے ہیں۔ اس کی نظریاتی کارکردگی کی حد عام طور پر تقریباً 28.5% بتائی جاتی ہے، جو اسے طویل مدتی سیل آرکیٹیکچرز میں سے ایک بناتی ہے۔

HJT کی مضبوط پاسیویشن انٹرنزک امورفس سلکان فلموں میں جڑی ہوئی ہے۔ امورفس سلکان میں ہائیڈروجن سے متعلق بہت سے Si-H بانڈز ہوتے ہیں۔ ہائیڈروجن کرسٹل لائن سلکان کی سطح پر لٹکنے والے بانڈز کو سیر کر سکتا ہے اور مضبوط کیمیکل پاسیویشن فراہم کر سکتا ہے۔ یہ بانڈز نازک بھی ہوتے ہیں۔ ایک بار جب بعد میں پروسیسنگ کا درجہ حرارت تقریباً 200–250°C سے تجاوز کر جاتا ہے، تو ہائیڈروجن امورفس سلکان فلم سے نکل سکتا ہے۔ یہ ڈی ہائیڈروجنیشن کیمیکل پاسیویشن اثر کو نقصان پہنچاتا ہے۔

درجہ حرارت کی پابندی کا HJT میٹلائزیشن پر فیصلہ کن اثر پڑتا ہے۔ PERC اور TOPCon کے لیے استعمال ہونے والا روایتی اعلی درجہ حرارت والا سلور پیسٹ، جسے عام طور پر 800°C سے اوپر فائرنگ کی ضرورت ہوتی ہے، استعمال نہیں کیا جا سکتا۔ HJT کو ایک مخصوص کم درجہ حرارت والے سلور پیسٹ سسٹم کی ضرورت ہوتی ہے۔

اعلی درجہ حرارت والے گلاس فریٹ ری ایکشن پر انحصار کرنے کے بجائے، کم درجہ حرارت والا پیسٹ کنڈکٹیو سلور پارٹیکلز کے لیے بائنڈر کے طور پر ایک نامیاتی پولیمر رال استعمال کرتا ہے۔ اسکرین پرنٹنگ کے بعد، سیل تقریباً 200°C سے کم درجہ حرارت پر کام کرنے والے کیورنگ اوون میں داخل ہوتا ہے اور نسبتاً طویل کم درجہ حرارت کیورنگ سائیکل کے لیے وہاں رہتا ہے۔

درجہ حرارت کے مسئلے کو حل کرنے سے ایک اور مسئلہ پیدا ہوتا ہے: برقی ترسیل۔ امورفس سلکان بہترین پاسیویشن پیش کرتا ہے، لیکن اس کی لیٹرل کنڈکٹیویٹی کمزور ہے۔ کیریئرز کے ہیٹروجنکشن سے گزرنے کے بعد، وہ امورفس سلکان کی سطح پر لمبے فاصلے تک موثر طریقے سے سفر نہیں کر سکتے تاکہ دھاتی انگلیوں تک پہنچ سکیں۔

اس لیے ڈوپڈ امورفس سلکان کے اوپر ایک شفاف کنڈکٹیو آکسائیڈ فلم جمع کی جاتی ہے، عام طور پر میگنیٹران سپٹرنگ کے ذریعے۔ ITO ایک عام انتخاب ہے۔ TCO فلم روشنی منتقل کرتی ہے، نسبتاً کم رابطہ مزاحمتی صلاحیت فراہم کرتی ہے، اور کیریئرز کو لیٹرل طور پر گرڈ لائنوں کی طرف لے جاتی ہے۔

HJT اسٹیک میں، حتمی میٹلائزڈ کنٹیکٹ کیورڈ کم درجہ حرارت والے سلور پیسٹ اور TCO فلم کے درمیان بنتا ہے۔ یہ دو سیریز مزاحمتی چیلنجز متعارف کراتا ہے۔

پہلے، کم درجہ حرارت والا پیسٹ پولیمر رال کے سخت ہونے کے دوران سکڑنے پر منحصر ہوتا ہے۔ سکڑنے سے چاندی کے ذرات ایک دوسرے کے ساتھ اور TCO کی سطح کے خلاف دب جاتے ہیں۔ اس جسمانی ذرہ سے ذرہ رابطے میں مزاحمت زیادہ ہوتی ہے، جبکہ اعلی درجہ حرارت والی فائرنگ سے پیدا ہونے والا میٹالرجیکل بانڈ کم مزاحمت رکھتا ہے۔

دوسرا، TCO کا ورک فنکشن نیچے والے ڈوپڈ امورفس سلیکون اور اوپر والے دھاتی الیکٹروڈ دونوں کے ساتھ مطابقت رکھتا ہو۔ ہلکی آکسیڈیشن یا فرمی لیول پننگ TCO-چاندی کے انٹرفیس پر ایک چھوٹی شاٹکی رکاوٹ پیدا کر سکتی ہے۔ یہ رکاوٹ سیریز مزاحمت کو بڑھاتی ہے اور فل فیکٹر کو کم کرتی ہے۔

پیسٹ فراہم کرنے والے چاندی کے ذرات کی شکل، ذرہ سائز کی تقسیم، اور نامیاتی رال کے نظام کو بہتر بنا کر جواب دے رہے ہیں۔ HJT صنعت کم درجہ حرارت والے چاندی کے پیسٹ کی لاگت اور جسمانی رابطے کی حدود سے آگے بڑھنے کے لیے چاندی سے پاک کاپر الیکٹروپلیٹنگ بھی تلاش کر رہی ہے۔ الیکٹروپلیٹنگ TCO پر یا ایک مخصوص سیڈ لیئر پر گھنے، خالص تانبے کے گرڈ لائنیں اگا سکتی ہے، جس سے کم مزاحمت والا میٹالرجیکل رابطہ بنتا ہے جو مثالی حالت کے بہت قریب ہے۔

BC: پچھلے الیکٹروڈز کا ایک مائکرو میٹر پیمانے پر رقص

شمسی سیل کے فن تعمیر کی حدود میں، بیک کنٹیکٹ ٹیکنالوجی بہت پرکشش ہے لیکن تیار کرنا مشکل ہے۔ BC کوئی مخصوص سبسٹریٹ مواد نہیں ہے۔ یہ ایک آرکیٹیکچرل تصور ہے، جس کی بنیادی شکل انٹرڈیجیٹیڈ بیک کنٹیکٹ سیل یا IBC ہے۔

چاہے یہ P-type ویفر، TOPCon پر مبنی رابطہ ڈھانچہ، یا HJT ڈھانچہ استعمال کرے، بنیادی اصول ایک ہی ہے: ایمیٹر، بیک سرفیس فیلڈ، اور تمام مثبت اور منفی دھاتی گرڈ لائنیں سیل کے پچھلے حصے میں منتقل کر دی جاتی ہیں۔

روشن سطح سے تمام الیکٹروڈز کو ہٹانے سے ایک واضح نظری فائدہ پیدا ہوتا ہے: صفر فرنٹ سائیڈ میٹل شیڈنگ۔ کوئی انگلیاں یا بس بارز آنے والی روشنی کو روکتی نہیں ہیں، اس لیے زیادہ فوٹون سیل میں داخل ہو سکتے ہیں۔ روایتی بائی فیشل سیلز کے مقابلے میں، BC سیل کی شارٹ سرکٹ کرنٹ کثافت تقریباً 7% بڑھ سکتی ہے۔

ماڈیول مینوفیکچرنگ اور انکیپسولیشن کے مرحلے پر، BC سیل روایتی Z-shaped فرنٹ سے رئیر انٹرکنکشن پاتھ کو فلیٹ رئیر سائیڈ کنکشن سے بدل سکتے ہیں۔ اس سے فرنٹ اور رئیر سطحوں کے درمیان مکینیکل تناؤ کم ہوتا ہے اور مائیکرو کریکس کے خلاف مزاحمت بہتر ہو سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، LONGi HPBC سیلز کے کنارے کا تناؤ روایتی غیر BC سیلز کے مقابلے میں 48% کم بتایا گیا ہے، جو طویل مدتی قابل اعتمادی کو بہتر بناتا ہے۔

سامنے کی طرف آپٹیکل گین کو بہت زیادہ پیچیدہ پچھلی طرف کے برقی ڈیزائن کے ذریعے ادا کرنا پڑتا ہے۔ محدود پچھلی سطح پر، P-type emitter والے علاقے اور N-type back-surface-field والے علاقے گھنے متبادل انگلیوں میں ترتیب دیے جاتے ہیں۔ علیحدہ الیکٹروڈز کو اعلیٰ درستگی کے ساتھ بنایا جانا چاہیے۔ مثبت دھات کو بھاری ڈوپڈ P-type علاقے کے ساتھ ohmic رابطہ بنانا چاہیے، جبکہ منفی دھات کو بھاری ڈوپڈ N-type علاقے سے رابطہ کرنا چاہیے۔

تین انجینئرنگ مسائل نمایاں ہیں۔

پہلا، کیونکہ سامنے کی سطح اب کرنٹ جمع نہیں کرتی، تمام فوٹو جنریٹڈ کیریئرز کو ویفر کی موٹائی سے گزرنا پڑتا ہے اور پھر تین جہتوں میں مناسب پچھلے رابطے کی طرف سفر کرنا پڑتا ہے۔ اگر مثبت اور منفی پچھلے الیکٹروڈز کے درمیان فاصلہ بہت زیادہ ہو تو کیریئر ٹرانسپورٹ کے راستے لمبے ہو جاتے ہیں۔ ری کمبینیشن کا امکان بڑھ جاتا ہے اور لیٹرل بلک ریزسٹنس میں اضافہ ہوتا ہے۔

دوسرا، لیٹرل ٹرانسپورٹ کے فاصلے کو کم کرنے کے لیے بہت قریب سے رکھے گئے مثبت اور منفی الیکٹروڈز کی ضرورت ہوتی ہے۔ لیزر اوپننگ کے ساتھ اسکرین پرنٹنگ، یا انسولیٹنگ ماسک اور فوٹو لیتھوگرافک میٹلائزیشن، کو مائیکرو میٹر کی سطح کی درستگی کے ساتھ سیدھ میں لانا ضروری ہے۔ پیسٹ کا ہلکا سا بہاؤ یا صرف چند مائیکرو میٹر کا لیزر اوپننگ انحراف P-side اور N-side دھاتوں کو براہ راست جوڑ سکتا ہے، جس سے شدید شنٹنگ ہوتی ہے۔

تیسرا، تمام مثبت اور منفی رابطے پچھلی سطح پر مقامی علاقوں میں مرکوز ہوتے ہیں۔ کل مؤثر دھات-سیمی کنڈکٹر رابطہ کا رقبہ روایتی سیل کے مقابلے میں چھوٹا ہو سکتا ہے جو دونوں اطراف کے رابطے استعمال کرتا ہے۔ جیسے جیسے فوٹو جنریٹڈ کرنٹ ان مقامی رابطہ پوائنٹس میں جمع ہوتا ہے، کرنٹ کثافت بہت زیادہ ہو جاتی ہے۔ ایک چھوٹی سی رابطہ خرابی بھی اہم مزاحمتی اور حرارتی نقصان میں بڑھ سکتی ہے۔

اختتامی کھیل: آپٹیکل کیپچر سے کیریئر مینجمنٹ تک

صنعت کی ohmic رابطہ اور رابطہ مزاحمت پر توجہ فوٹو وولٹک ترقی میں گہری تبدیلی کی عکاسی کرتی ہے۔ ترجیح میکروسکوپک فوٹون کیپچر سے مائیکروسکوپک کیریئر ڈائنامکس کے عین مطابق کنٹرول کی طرف منتقل ہو رہی ہے۔

PERC کے زیر اثر دہائی کے دوران، زیادہ تر تحقیقی کوششیں پچھلی طرف کی آپٹیکل ریفلیکٹینس بڑھانے اور ایلومینیم آکسائیڈ جیسے مواد کے ساتھ پاسیویشن کو بہتر بنانے پر مرکوز تھیں۔ N-type دور میں، میٹریل سائنس میں پیشرفت نے سطحی کیمیائی پاسیویشن کو اس کی عملی حد کے قریب پہنچا دیا ہے۔ سب سے کمزور کڑی منتقل ہو گئی ہے۔ منتخب کیریئر نکالنے اور انٹرفیشل ٹرانسپورٹ اب حتمی کارکردگی کا تعین کرنے میں بڑا کردار ادا کرتے ہیں۔

وہ کمپنیاں اور ٹیکنالوجی پلیٹ فارم جو دھاتی انٹرفیس کے رابطے کی مزاحمت کو زیادہ مؤثر طریقے سے حل کرتے ہیں، کم سیریز مزاحمت اور زیادہ فل فیکٹر کے ذریعے ایک بامعنی کارکردگی اور لاگت کا فائدہ حاصل کر سکتے ہیں۔

2024 میں TOPCon کی تیزی سے مارکیٹ میں توسیع صرف موجودہ PERC لائنوں کے ساتھ مطابقت کی وجہ سے نہیں ہوئی۔ آلات بنانے والوں اور پیسٹ فراہم کرنے والوں نے LECO جیسے لیزر سے مدد یافتہ رابطے کے عمل کو بھی بہتر کیا، جس میں مقامی برقی اور حرارتی اثرات کا استعمال کرتے ہوئے ٹنل آکسائیڈ پاسیویشن اور کم مزاحمتی الائےڈ رابطے کی تشکیل کے درمیان توازن قائم کیا گیا۔

آگے دیکھتے ہوئے، چاندی کی مسلسل بلند قیمتیں اور کم درجہ حرارت والے چاندی کے پیسٹ کی جسمانی مزاحمتی حدود چاندی میں کمی اور تانبے کی چڑھائی کو توجہ میں لا رہی ہیں۔ ایک کنڈکٹیو فلم یا سیڈ لیئر پر گھنے تانبے کی الیکٹرو کیمیکل نشوونما ایک قریب میٹالرجیکل اوہمک رابطہ بنا سکتی ہے جبکہ گرڈ کی برقی مزاحمت کو بھی کم کر سکتی ہے۔

مائیکرو میٹر پیمانے کے انٹرفیس پر آخری جنگ

شمسی خلیے ناقص رابطے کے لیے اس قدر حساس ہیں کیونکہ الیکٹروڈ انٹرفیس فوٹو وولٹک توانائی کی تبدیلی کے لوپ میں آخری اور سب سے مشکل مرحلہ ہے۔

TOPCon فائرنگ کے حالات کو صرف 1-2 نینو میٹر موٹی ٹنل آکسائیڈ کی سالمیت کے خلاف متوازن کرتا ہے، جس میں LECO ایک انتہائی مقامی رابطہ بہتر بنانے کے عمل کے طور پر کام کرتا ہے۔ HJT کو کم درجہ حرارت والے کنڈکٹیو پیسٹ اور شفاف کنڈکٹیو آکسائیڈ کے درمیان ایک قابل اعتماد کنکشن بنانا ہوتا ہے جبکہ 200°C کلاس کی سخت تھرمل حد سے نیچے رہنا ہوتا ہے۔ BC خلیے دونوں قطبوں کو پچھلی سطح پر رکھتے ہیں اور مائیکرو میٹر پیمانے کی پیٹرننگ کا مطالبہ کرتے ہیں جو شنٹنگ سے صرف ایک چھوٹی الائنمنٹ غلطی دور رہتی ہے۔

یہ بڑے پیمانے پر صنعتی کوششیں اسی سیمی کنڈکٹر مقصد کی طرف اشارہ کرتی ہیں: شاٹکی رکاوٹ کو دبانا، ایک مؤثر اوہمک رابطہ قائم کرنا، اور رابطے کی مزاحمت کو عملی طور پر صفر کے قریب لانا۔

جیسے جیسے کرسٹل لائن سلکان سیل ٹیکنالوجی 29.43% نظریاتی حد کی طرف اپنے طویل سفر کو جاری رکھتی ہے، ایک اصول نظر انداز کرنا مشکل ہے: رابطہ انٹرفیس کو کنٹرول کریں، اور آپ کارکردگی کی حد کو کنٹرول کرتے ہیں۔

Ooitech کا نقطہ نظر

اصل پیداواری چیلنج صرف تنگ گرڈ لائنیں پرنٹ کرنا یا ایک اور پاسیویشن پرت شامل کرنا نہیں ہے۔ میٹلائزیشن کو مکمل سیل اور ماڈیول کے عمل کے حصے کے طور پر بہتر بنانا ہوتا ہے، کیونکہ رابطہ مزاحمیت میں ایک چھوٹی سی تبدیلی فل فیکٹر، تھرمل رویے، سولڈرنگ مستقل مزاجی، اور حتمی ماڈیول پاور کو متاثر کر سکتی ہے۔ جیسے جیسے TOPCon، HJT، اور BC ڈیزائن تیار ہوتے ہیں، رابطہ عمل کا کنٹرول اور قابل اعتماد برقی معائنہ اتنا ہی اہم ہوگا جتنا کہ ہیڈلائن سیل کی کارکردگی۔