সর্বশেষ PIP গবেষণা: রাসায়নিক বিবর্তন
সূচিপত্র
দ্রুত উত্তর: আলো ও তাপের অধীনে সম্ভাব্য-প্ররোচিত অবক্ষয় — PIP — নিয়ে গবেষণা একটি TOPCon সেল স্ট্যাকের রসায়ন ত্বরান্বিত চাপের অধীনে কীভাবে বিবর্তিত হয় তা অনুসরণ করছে, কেবল এটি কতটা শক্তি হারায় তা নয়। PIP ক্লাসিক PID থেকে আলাদা কারণ অবক্ষয়টি আলোকসজ্জা, তাপমাত্রা এবং ভোল্টেজ চাপের সমন্বয়ে চালিত হয়, যা অন্ধকার স্যাঁতসেঁতে-তাপ পরীক্ষার চেয়ে মাঠের পরিস্থিতি আরও ঘনিষ্ঠভাবে পুনরুৎপাদন করে। কাজটিতে 182 mm এবং 105 mm ওয়েফার ফরম্যাট এবং প্রায় 300 W মডিউল-স্তরের নমুনা ব্যবহার করা হয়েছে, চাপের অবস্থা প্রায় 60 °C এবং আক্রান্ত ক্ষেত্রে রিপোর্ট করা ক্ষতি প্রায় 11%। উৎপাদনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো অবক্ষয়টি আংশিকভাবে পুনরুদ্ধারযোগ্য এবং আংশিকভাবে নয়, তাই যে পরীক্ষা কেবল চূড়ান্ত শক্তি রেকর্ড করে তা কার্যপ্রণালীটি মিস করে। রাসায়নিক বিবর্তন অনুসরণ করাই চিহ্নিত করে কোন স্ট্যাক পরিবর্তন এটি ঠিক করবে।
PV মডিউল ম্যানুফ্যাকচারিং · জেরি, Ooitech দ্বারা
গবেষণার পটভূমি
TOPCon UV এক্সপোজারের অধীনে সোলার সেল" title="সর্বশেষ PIP গবেষণা: UV এক্সপোজারের অধীনে TOPCon সোলার সেলের রাসায়নিক বিবর্তন এবং বৈদ্যুতিক অবক্ষয়"/>
TOPCon ক্রিস্টালাইন-সিলিকন ফটোভোলটাইক শিল্পের অন্যতম প্রধান প্রযুক্তিতে পরিণত হয়েছে। উচ্চ দক্ষতা, তবে, স্বয়ংক্রিয়ভাবে দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা বোঝায় না। অতিবেগুনী-প্ররোচিত অবক্ষয়, বা UVID-এর পার্থক্য বেশ কয়েকটি সোলার সেল কাঠামো জুড়ে রিপোর্ট করা হয়েছে। TOPCon, PERC এবং HJT কোষ সবই প্রভাবিত হতে পারে, তবে অবক্ষয়ের অবস্থান এবং প্রভাবশালী প্রক্রিয়াগুলি ঠিক এক নয়।
UV অবক্ষয়ের অতীত আলোচনাগুলি প্রায়শই উচ্চ-শক্তি ফোটন দ্বারা Si-H বন্ধন ভাঙা, তারপরে হাইড্রোজেন নিঃসরণ এবং ইন্টারফেস প্যাসিভেশনের পরিবর্তনের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে। একটি বাস্তব PV মডিউল পরিবেশে পাওয়া অতিবেগুনী বর্ণালী একটি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়। আলোকিত সামনের পৃষ্ঠে SiNx, Al2O3, বোরন ইমিটার এবং ধাতব যোগাযোগ সহ বেশ কয়েকটি সংযুক্ত অঞ্চলও রয়েছে। লেখকরা তাই যুক্তি দেন যে TOPCon কোষে UV অবক্ষয় শুধুমাত্র হাইড্রোজেন আচরণের মাধ্যমে অধ্যয়ন করা উচিত নয়। অক্সিজেন স্থানান্তর এবং যোগাযোগ ইন্টারফেসও গুরুত্বপূর্ণ।
একটি বিবরণ উপেক্ষা করা সহজ। মডিউল গ্লাস সাধারণত বেশিরভাগ UVB বিকিরণ ফিল্টার করে, কিন্তু এটি আলোকিত কোষ পৃষ্ঠকে অতিবেগুনী এক্সপোজার থেকে সম্পূর্ণরূপে রক্ষা করে না। কাগজে আলোচিত বর্ণালীটি UVA দ্বারা প্রভাবিত হলেও এতে প্রায় 11% UVB রয়েছে। লেখকরা আনএনক্যাপসুলেটেড নমুনা ব্যবহার করেছেন। পরীক্ষাটি তাই একটি সম্পূর্ণ মডিউলের বহিরঙ্গন বার্ধক্যের সমতুল্য নয়, তবে এটি কোষের সামনের পৃষ্ঠের UV-সংবেদনশীল অঞ্চলগুলিকে প্রশস্ত এবং পৃথক করতে সহায়তা করে।
এই গবেষণাপত্রটি মডিউল লাইফটাইম সার্টিফিকেশন অধ্যয়নের চেয়ে ব্যর্থতা-প্রক্রিয়া তদন্ত হিসাবে পড়া ভাল। UV60-এর পরে 6.72% আপেক্ষিক দক্ষতা হ্রাস সরাসরি প্রত্যাশিত আউটডোর মডিউল পাওয়ার লসে রূপান্তর করা উচিত নয়। আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল লেখকরা কীভাবে বিভিন্ন চরিত্রায়ন পদ্ধতি ব্যবহার করে সামনের পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন ক্ষতি, ইন্টারফেস অক্সিডেশন এবং ধাতব যোগাযোগের অবনতিকে সংযুক্ত করেছেন।
পরীক্ষামূলক পদ্ধতি
অধ্যয়নটি 182 mm × 105 mm পরিমাপের বাণিজ্যিক হাফ-কাট TOPCon কোষ ব্যবহার করেছে। কোষগুলি প্রায় 1.0 Ω·cm রোধ এবং প্রায় 130 μm ওয়েফার বেধের n-টাইপ Czochralski মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন দিয়ে তৈরি। সামনের এবং পিছনের কাঠামোর UV প্রতিরোধের তুলনা করার জন্য, গবেষকরা প্রতিসম সামনের-পৃষ্ঠের নমুনা এবং প্রতিসম পিছনের-পৃষ্ঠের নমুনাও প্রস্তুত করেছেন।
সামনের কাঠামোটি SiNx/Al2O3 নিয়ে গঠিত। পিছনের কাঠামোটি SiOx/n+ poly-Si/Al2O3/SiNx নিয়ে গঠিত। গবেষণাপত্রে রিপোর্ট করা প্রধান ফিল্ম বেধগুলি নীচে তালিকাভুক্ত করা হয়েছে।
| কাঠামো বা উপাদান | রিপোর্ট করা স্পেসিফিকেশন |
|---|---|
| বাণিজ্যিক TOPCon কোষের আকার | 182 mm × 105 mm |
| সিলিকন সাবস্ট্রেট | n-টাইপ Cz মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন |
| সাবস্ট্রেট রোধ | প্রায় 1.0 Ω·cm |
| ওয়েফার বেধ | প্রায় 130 μm |
| SiOx বেধ | প্রায় 1.5 nm |
| n+ poly-Si বেধ | প্রায় 120 nm |
| Al2O3 বেধ | প্রায় 5 nm |
| SiNx বেধ | প্রায় 80 nm |
গবেষকরা প্যাসিভেশন স্থিতিশীলতা মূল্যায়নের জন্য এক্সপোজারের আগে এবং পরে মাইনরিটি-ক্যারিয়ার লাইফটাইম, ইমপ্লাইড ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজ এবং J0 তুলনা করেছেন। টাইম-অফ-ফ্লাইট সেকেন্ডারি আয়ন মাস স্পেকট্রোমেট্রি, বা ToF-SIMS, হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেনের গভীরতা বিতরণ ট্র্যাক করতে ব্যবহৃত হয়েছিল। এক্স-রে ফোটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি, বা XPS, গভীরতা প্রোফাইলিং N 1s, O 1s, Al 2p, এবং Si 2p-এর রাসায়নিক অবস্থা বিশ্লেষণ করতে প্রয়োগ করা হয়েছিল। তারপর EQE, TLM, এবং I-V পরিমাপগুলি কোষ স্তরে পাতলা-ফিল্ম পরিবর্তনগুলিকে বৈদ্যুতিক ক্ষতির সাথে সংযুক্ত করেছে।
এই পরীক্ষামূলক নকশার শক্তি সম্পূর্ণ কোষ এবং প্রতিসম কাঠামোর সম্মিলিত ব্যবহারের মধ্যে নিহিত। সম্পূর্ণ কোষগুলি দেখায় কিভাবে দক্ষতা, Voc, Jsc, ফিল ফ্যাক্টর এবং যোগাযোগ প্রতিরোধের পরিবর্তন হয়। প্রতিসম সামনের এবং পিছনের নমুনাগুলি কোষের বাকি কাঠামোর হস্তক্ষেপ কমায়, যার ফলে কোন প্যাসিভেশন দিকটি UV এক্সপোজারের প্রতি বেশি সংবেদনশীল তা সনাক্ত করা সহজ হয়।
চিত্র 1: TOPCon কোষ, প্রতিসম সামনের পৃষ্ঠের কাঠামো এবং প্রতিসম পিছনের পৃষ্ঠের কাঠামোর পরিকল্পিত চিত্র। প্রতিসম নমুনাগুলি সামনের SiNx/Al2O3 স্ট্যাক এবং পিছনের পলি-Si প্যাসিভেটিং কন্টাক্টের UV প্রতিরোধ ক্ষমতা আলাদাভাবে তুলনা করতে দেয়।
UV এক্সপোজারের শর্তগুলিও নিজেদের মধ্যে বিবেচনা করা প্রয়োজন। গবেষণায় 300 W/m² এর অতিবেগুনী তীব্রতা, 60°C তাপমাত্রা, 30% আপেক্ষিক আর্দ্রতা এবং সর্বোচ্চ 60 kWh/m² সঞ্চিত ডোজ ব্যবহার করা হয়েছে। বর্ণালীটি প্রধানত UVA রেঞ্জে কেন্দ্রীভূত ছিল, যার সাথে একটি ছোট UVB উপাদান ছিল। এটি সাধারণ বহিরঙ্গন এক্সপোজারের চেয়ে বেশি ঘনীভূত এবং পরীক্ষাগার সেটিংয়ে সামনের পৃষ্ঠে পর্যবেক্ষণযোগ্য রাসায়নিক পরিবর্তনগুলি ত্বরান্বিত করার জন্য উপযুক্ত।
| UV পরীক্ষার প্যারামিটার | পরীক্ষার শর্ত |
|---|---|
| UV তীব্রতা | 300 W/m² |
| তাপমাত্রা | 60°C |
| আপেক্ষিক আর্দ্রতা | 30% |
| সর্বোচ্চ UV ডোজ | 60 kWh/m² |
| প্রধান বর্ণালী অঞ্চল | UVA |
| UVB উপাদান | প্রায় 11% |
| নমুনার অবস্থা | আনএনক্যাপসুলেটেড |
চিত্র 2: পরীক্ষায় ব্যবহৃত অতিবেগুনী বর্ণালী। বর্ণালীটি UVA দ্বারা প্রভাবিত এবং এতে একটি ছোট UVB উপাদান রয়েছে, যা সামনের প্যাসিভেশন স্তরগুলিতে উচ্চ-শক্তি ফোটনের প্রভাব পর্যবেক্ষণ করতে দেয়।
ফলাফল এবং আলোচনা
সামনের কাঠামো পিছনের কাঠামোর তুলনায় UV-এর প্রতি স্পষ্টতই বেশি সংবেদনশীল
চিত্র 3 দুটি কাঠামোর মধ্যে সবচেয়ে সরাসরি তুলনা প্রদান করে। প্রতিসম পিছনের কাঠামো UV60-এর পরে শুধুমাত্র সামান্য পরিবর্তন দেখিয়েছে। প্রতিসম সামনের কাঠামো UV ডোজ বৃদ্ধির সাথে সাথে অবনতি হতে থাকে। গবেষণাপত্র অনুসারে, সামনের নমুনাগুলির গড় আয়ুষ্কাল 2895.6 μs থেকে কমে 1552.8 μs হয়েছে। অন্তর্নিহিত ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজ 735.5 mV থেকে 715.2 mV-এ নেমে এসেছে। একক-পার্শ্ব J0 18.4 fA/cm²-এ বৃদ্ধি পেয়েছে, যা তার প্রাথমিক মানের প্রায় তিনগুণ।
এই ফলাফলগুলি নির্দেশ করে যে UV60-এর অধীনে প্রধান সমস্যাটি ছিল পিছনের TOPCon পলি-Si প্যাসিভেটিং কন্টাক্টের অস্থিরতা নয়। এটি ছিল আলোকিত সামনের দিকের SiNx/Al2O3 কাঠামোতে প্যাসিভেশন গুণমানের অবনতি। লেখকরা পিছনের দিকের আপেক্ষিক স্থিতিশীলতাকে 120 nm পলি-Si স্তর দ্বারা UV শোষণের জন্য দায়ী করেছেন। এটি কাঠামো এবং এর অপটিক্যাল শোষণ বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে একটি যুক্তিসঙ্গত প্রক্রিয়া, যদিও এটি একটি প্রক্রিয়া-স্তরের ব্যাখ্যা থেকে যায়।
তিনটি প্যারামিটার বিভিন্ন দিক থেকে একই সিদ্ধান্তকে সমর্থন করে। নিম্ন লাইফটাইম এবং নিম্ন iVoc শক্তিশালী পৃষ্ঠ পুনর্মিলন নির্দেশ করে। J0-এর বৃদ্ধি পুনর্মিলন কারেন্ট বৃদ্ধির আরও সরাসরি প্রমাণ প্রদান করে। লেখকরা একটি একক সূচকের উপর নির্ভর করেননি। লাইফটাইম, ভোল্টেজ এবং পুনর্মিলন কারেন্ট সবই সামনের কাঠামোর অবনতি দেখায়, যখন পিছনের কাঠামোর প্রতিনিধিত্বকারী সবুজ বক্ররেখাগুলি মূলত স্থিতিশীল থাকে।
চিত্র 3: UV এক্সপোজারের অধীনে সামনের এবং পিছনের কাঠামোর জন্য লাইফটাইম, ইমপ্লায়েড ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজ এবং J0-তে পরিবর্তন। লাল সামনের কাঠামোর বক্ররেখাগুলি বেশি অবনতি দেখায়, যা আলোকিত SiNx/Al2O3 প্যাসিভেশন স্ট্যাককে প্রধান দুর্বল পয়েন্ট হিসেবে চিহ্নিত করে।
ToF-SIMS হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন উভয়ের পুনর্বণ্টন দেখায়
ToF-SIMS গভীরতা প্রোফাইলগুলি দেখায় যে সামনের পৃষ্ঠের অবনতি শুধুমাত্র একটি উপাদানের কারণে নয়। চিত্র 4a-তে, UV60-এর পরে হাইড্রোজেন ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়, বিশেষ করে SiNx স্তরে। লেখকরা পরামর্শ দেন যে এটি শুধুমাত্র সাধারণভাবে আলোচিত Si-H বন্ধন ভাঙার ফল নয়, বরং SiNx-এর ভিতরে N-H বন্ধন ভাঙার ফলও হতে পারে।
চিত্র 4b দেখায় যে অক্সিজেন বণ্টনও পরিবর্তিত হয়। Al2O3 স্তরে অক্সিজেন ঘনত্ব সামান্য হ্রাস পায়, যখন এটি SiNx/Al2O3 এবং Al2O3/Si ইন্টারফেসের কাছে বৃদ্ধি পায়। লেখকরা এটিকে Al2O3-তে Al-O বন্ধন ভাঙার ফল হিসেবে ব্যাখ্যা করেন, যার পরে মুক্ত অক্সিজেন SiNx স্তর এবং সিলিকন পৃষ্ঠের দিকে বিস্তার লাভ করে।
মূল বিষয়টি কেবল এই নয় যে বেশি অক্সিজেন আছে। অক্সিজেন তার মূল জালি বা বন্ধন পরিবেশ ছেড়ে ইন্টারফেসের রাসায়নিক অবস্থা পরিবর্তন করছে।
প্রতিটি বক্ররেখা পরিবর্তনের অবস্থান গুরুত্বপূর্ণ। SiNx অঞ্চলে শক্তিশালী হাইড্রোজেন সংকেত দেখায় যে উপরের প্যাসিভেশন ফিল্মটি সরাসরি প্রতিক্রিয়ায় জড়িত। ইন্টারফেসের কাছে অক্সিজেন পরিবর্তনগুলি Al2O3 এবং সংলগ্ন স্তরগুলির মধ্যে রাসায়নিক অস্থিরতার দিকে নির্দেশ করে। একসাথে নেওয়া, এই ফলাফলগুলি ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করে কেন সামনের পৃষ্ঠের অবনতি প্যাসিভেশন গুণমান এবং চূড়ান্ত বৈদ্যুতিক আউটপুট উভয়কেই প্রভাবিত করে।
চিত্র 4: UV60 এর আগে এবং পরে হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেনের ToF-SIMS গভীরতা বিতরণ। প্যাসিভেশন স্ট্যাকে হাইড্রোজেন বৃদ্ধি পায়, যখন অক্সিজেন ইন্টারফেসের কাছে পুনর্বিতরণ হয়, যা পরে XPS দ্বারা চিহ্নিত রাসায়নিক বন্ধন পরিবর্তনের জন্য সূত্র প্রদান করে।
XPS N-H বন্ধন ভাঙা, অক্সিজেন শূন্যস্থান এবং বর্ধিত Al-OH সংযুক্ত করে
ফিট করা N 1s XPS স্পেকট্রা দেখায় যে SiNx/Al2O3 ইন্টারফেসে N-H বন্ধনের অনুপাত 9.64% থেকে 5.97% এ কমেছে। এটি লেখকদের উপসংহারকে সমর্থন করে যে N-H বন্ধনগুলিও হাইড্রোজেন নিঃসরণে অংশগ্রহণ করে। একই সময়ে, SiNx পৃষ্ঠের কাছে N-H সংকেত বৃদ্ধি পেয়েছে, যা ইঙ্গিত করে যে নিঃসৃত কিছু হাইড্রোজেন SiNx অঞ্চলের দিকে স্থানান্তরিত হয়ে সেখানে নতুন বন্ধন তৈরি করতে পারে।
O 1s পরিবর্তনগুলি অধ্যয়নের আরও স্বতন্ত্র অংশগুলির মধ্যে একটি। লেখকরা O 1s সংকেতকে জালি অক্সিজেন, অক্সিজেন-শূন্যস্থান-সম্পর্কিত উপাদান এবং পৃষ্ঠ-শোষিত অক্সিজেনে বিভক্ত করেছেন। UV60 এর পরে, SiNx/Al2O3 এবং Al2O3/Si উভয় ইন্টারফেসে অক্সিজেন-শূন্যস্থান-সম্পর্কিত শিখরগুলির অনুপাত বৃদ্ধি পেয়েছে। এটি Al2O3 ফিল্মের গুণমানের ক্ষতি নির্দেশ করে।
প্রমাণগুলি হাইড্রোজেন-প্ররোচিত প্যাসিভেশন ক্ষতির বাইরে অবক্ষয় প্রক্রিয়াকে প্রসারিত করে। হাইড্রোজেন-সম্পর্কিত এবং অক্সিজেন-সম্পর্কিত অবক্ষয় একসাথে কাজ করে বলে মনে হয়, সামনের পৃষ্ঠের পুনর্মিলন বৃদ্ধি করে।
ToF-SIMS এবং XPS বিভিন্ন ধরনের তথ্য প্রদান করে। ToF-SIMS ফিল্ম স্ট্যাকের গভীরতার মাধ্যমে উপাদানগুলি কোথায় বিতরণ করা হয়েছে তা দেখানোর জন্য বেশি উপযুক্ত। XPS সেই উপাদানগুলির রাসায়নিক অবস্থা নির্ধারণে সহায়তা করে। N 1s স্পেকট্রায় N-Si এবং N-H ফিটিং, O 1s স্পেকট্রায় জালি-অক্সিজেন এবং অক্সিজেন-শূন্যস্থান-সম্পর্কিত উপাদানগুলির সাথে, বিশ্লেষণকে মৌলিক অবস্থান থেকে রাসায়নিক বন্ধনের পরিবর্তনে নিয়ে যায়।
লেখকরা উল্লেখ করেছেন যে আদর্শ স্ফটিক Al2O3-তে Al-O বন্ধনের তুলনামূলকভাবে উচ্চ বন্ধন শক্তি রয়েছে। তবে, প্রকৃত সৌর কোষ প্যাসিভেশন ফিল্মগুলি সাধারণত নিরাকার হয়। সমন্বয়হীন অ্যালুমিনিয়াম আয়ন এবং অক্সিজেন শূন্যস্থান বন্ধন ভাঙার জন্য স্থানীয় শক্তি বাধা কমাতে পারে। এই কারণে, পরীক্ষার দীর্ঘতম তরঙ্গদৈর্ঘ্য 400 nm (প্রায় 3.1 eV) এর ফোটনও ত্রুটি-সমৃদ্ধ পরিবেশে Al-O-সম্পর্কিত কাঠামোগত পরিবর্তন শুরু করতে পারে। এই ব্যাখ্যা পাতলা ফিল্ম ত্রুটিগুলিকে সরাসরি UV সংবেদনশীলতার সাথে সংযুক্ত করে।
চিত্র 5: ফিট করা N 1s এবং O 1s XPS স্পেকট্রা। N-H বন্ধনের পরিবর্তনগুলি হাইড্রোজেন নিঃসরণ এবং স্থানান্তরের সাথে মিলে যায়। O 1s স্পেকট্রায় বর্ধিত অক্সিজেন-শূন্যস্থান-সম্পর্কিত উপাদান Al2O3 প্যাসিভেশন গুণমান হ্রাস নির্দেশ করে।
Al2O3 সম্পূর্ণ স্থিতিশীল দর্শক নয়
চিত্র 7 আরও Al2O3/Si ইন্টারফেসে Al 2p এবং Si 2p ট্র্যাক করে। UV60-এর পরে, Al2O3 উপাদানের জন্য নির্ধারিত অনুপাত 69.99% থেকে কমে 60.36% হয়েছে, যেখানে Al-OH 30.01% থেকে বেড়ে 39.64% হয়েছে। এটি অতিবেগুনী বিকিরণের অধীনে Al-O-সম্পর্কিত কাঠামোর একটি স্পষ্ট রূপান্তর নির্দেশ করে।
Si 2p ফলাফলগুলি UV60-এর পরে Si2+-এর উপস্থিতি এবং বৃদ্ধি দেখায়, যেখানে Si, Si3+ এবং Si4+-এর সাথে সম্পর্কিত উপাদানগুলি হ্রাস পায়। এই ফলাফলের ভিত্তিতে, লেখকরা প্রস্তাব করেন যে Al2O3/Si ইন্টারফেসের দিকে প্রসারিত মুক্ত অক্সিজেন সিলিকনকে অক্সিডাইজ করতে পারে, যখন Al2O3 স্তরে অক্সিজেন শূন্যস্থান তৈরি হয়। XPS স্পেকট্রা এই ব্যাখ্যাকে সমর্থন করে, যদিও সঠিক প্রতিক্রিয়া পথ নিশ্চিত করতে এখনও সরাসরি ইন-সিটু ক্যারেক্টারাইজেশন প্রয়োজন হবে।
এই ফলাফলটি TOPCon ফ্রন্ট-সারফেস নির্ভরযোগ্যতার জন্য গুরুত্বপূর্ণ। Al2O3 ফিল্ড-ইফেক্ট প্যাসিভেশন এবং ইন্টারফেস স্থিতিশীলতা প্রদানের উদ্দেশ্যে তৈরি। একবার Al-O-সম্পর্কিত কাঠামোগুলি Al-OH-তে রূপান্তরিত হতে শুরু করলে, উচ্চতর অক্সিজেন-শূন্যস্থান ঘনত্বের সাথে, ফিল্মটি আর কেবল একটি প্রতিরক্ষামূলক স্তর থাকে না। এটি নিজেই অবক্ষয় প্রতিক্রিয়ার অংশ হয়ে উঠতে পারে। সিলিকন অক্সিডেশন অবস্থার পরিবর্তনগুলিও নির্দেশ করে যে ইন্টারফেস রসায়ন পরিবর্তিত হয়েছে।
চিত্র 6: Al2O3/Si ইন্টারফেসে Al 2p এবং Si 2p XPS স্পেকট্রার পরিবর্তন। Al2O3-সম্পর্কিত কাঠামোর Al-OH-তে রূপান্তর এবং সিলিকন অক্সিডেশন অবস্থার পরিবর্তন দেখায় যে অক্সিজেন-সম্পর্কিত প্রতিক্রিয়াগুলি ফ্রন্ট-সারফেস অবক্ষয়ে অংশগ্রহণ করে।
বৈদ্যুতিক ক্ষতি শেষ পর্যন্ত Voc এবং ফিল ফ্যাক্টরে প্রকাশ পায়
একবার প্যাসিভেশন স্ট্যাকের রাসায়নিক অবস্থা পরিবর্তিত হলে, সেল স্তরে বৈদ্যুতিক প্রভাবগুলি স্পষ্ট হয়ে ওঠে। চিত্র 8-এ, EQE মাঝারি এবং দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে মূলত স্থিতিশীল থাকে তবে 500 nm-এর নিচে হ্রাস পায়। প্রতিফলন প্রায় অপরিবর্তিত থাকে। এটি পরামর্শ দেয় যে স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের প্রতিক্রিয়া ক্ষতি প্রধানত শক্তিশালী ফ্রন্ট-সারফেস পুনর্মিলনের কারণে ঘটে, টেক্সচারিং, অ্যান্টিরিফ্লেকশন কর্মক্ষমতা বা অপটিক্যাল শোষণের আকস্মিক অবনতির কারণে নয়।
চিত্র 7: UV60-এর আগে এবং পরে EQE এবং প্রতিফলন বক্ররেখা। প্রতিফলন প্রায় স্থিতিশীল থাকে যখন স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের EQE হ্রাস পায়, যা নির্দেশ করে যে বর্তমান-প্রতিক্রিয়া ক্ষতি প্রধানত বর্ধিত ফ্রন্ট-সারফেস পুনর্মিলনের সাথে সম্পর্কিত।
স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের EQE হ্রাস J0-তে পূর্ববর্তী বৃদ্ধির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো কোষের সামনের পৃষ্ঠের কাছে শোষিত হয়। যদি সামনের পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন ক্ষতিগ্রস্ত হয়, তবে এই অঞ্চলে উৎপন্ন বাহক সংগ্রহ করার আগে পুনর্মিলনের সম্ভাবনা বেশি থাকে। তাই ক্ষতি প্রথমে স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের EQE পরিসরে দেখা যায়। মাঝারি- এবং দীর্ঘ-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো বাল্কের ভিতরে বা পিছনের দিকে প্রবেশ করে, তাই সংশ্লিষ্ট প্রতিক্রিয়া পরিবর্তনগুলি ছোট হয়।
TLM পরিমাপ দেখায় যে সামনের যোগাযোগের প্রতিরোধকতা UV ডোজের সাথে প্রায় রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে। UV60-এর পরে, এটি 4.1 mΩ·cm²-এ পৌঁছেছে, যা প্রাথমিক মানের প্রায় 8.6 গুণ। লেখকরা পরামর্শ দেন যে UV এক্সপোজারের সময় উৎপন্ন মুক্ত হাইড্রোজেন, মুক্ত অক্সিজেন এবং প্রতিক্রিয়াশীল র্যাডিকেলগুলি ধাতব ইলেক্ট্রোড ইন্টারফেসে প্রতিক্রিয়ায় অংশ নিতে পারে, যা যোগাযোগের প্রতিরোধ বাড়ায়। এই ব্যাখ্যাটি প্রতিরোধ পরিমাপের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যদিও ইলেক্ট্রোড ইন্টারফেসে সঠিক প্রতিক্রিয়া পণ্যগুলির জন্য এখনও আরও সরাসরি রাসায়নিক প্রমাণ প্রয়োজন।
চিত্র 8: UV এক্সপোজার ডোজের সাথে সামনের যোগাযোগের প্রতিরোধকতা বৃদ্ধি পায়। UV60-এর পরে, যোগাযোগের প্রতিরোধকতা প্রাথমিক মানের প্রায় 8.6 গুণ, যা ফিল-ফ্যাক্টর ক্ষতির একটি গুরুত্বপূর্ণ অবদানকারী।
কোষ প্যারামিটারগুলির চূড়ান্ত আপেক্ষিক অবক্ষয় নিম্নরূপ রিপোর্ট করা হয়েছিল।
| কোষ প্যারামিটার | UV60-এর পরে আপেক্ষিক অবক্ষয় |
|---|---|
| Voc | 3.46% |
| Jsc | 0.64% |
| ফিল ফ্যাক্টর | 2.82% |
| দক্ষতা | 6.72% |
| সামনের যোগাযোগের প্রতিরোধকতা | 4.1 mΩ·cm², প্রাথমিক মানের প্রায় 8.6 গুণ |
কেন্দ্রীয় বৈদ্যুতিক উপসংহারটি স্পষ্ট। UV60-এর অধীনে, প্রধান TOPCon ক্ষতিগুলি কারেন্ট হ্রাস থেকে আসে না। এগুলি সামনের পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন অবক্ষয়ের কারণে Voc ক্ষতি এবং বর্ধিত সামনের যোগাযোগ প্রতিরোধের সাথে সম্পর্কিত ফিল-ফ্যাক্টর ক্ষতি থেকে আসে।
এটি ব্যাখ্যা করে কেন শুধুমাত্র Jsc দেখলে UV অবক্ষয়ের ঝুঁকি কম মূল্যায়ন করা যেতে পারে। স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের EQE পরিবর্তিত হয়, কিন্তু মোট Jsc মাত্র 0.64% হ্রাস পায়। পুনর্মিলন এবং যোগাযোগের সমস্যাগুলি বৃহত্তর দক্ষতা ক্ষতি তৈরি করে। উচ্চ-দক্ষতা TOPCon কোষে, Voc এবং ফিল ফ্যাক্টর ইন্টারফেসের গুণমান, প্যাসিভেশন অবস্থা এবং ধাতব যোগাযোগের কর্মক্ষমতার প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল। এই প্যারামিটারগুলি Jsc-এর চেয়ে আগে নির্ভরযোগ্যতা দুর্বলতা প্রকাশ করতে পারে।
চিত্র 9: UV60-এর অধীনে Voc, Jsc, ফিল ফ্যাক্টর এবং দক্ষতার আপেক্ষিক অবক্ষয়। দক্ষতা 6.72% হ্রাস পায়, যা প্রধানত Voc এবং ফিল-ফ্যাক্টর ক্ষতির কারণে, যখন Jsc পরিবর্তন তুলনামূলকভাবে ছোট থাকে।
প্রক্রিয়া এবং প্রয়োগ মূল্যায়ন
প্রস্তাবিত প্রক্রিয়াটি নিম্নরূপে সংক্ষিপ্ত করা যেতে পারে: UV এক্সপোজার সামনের SiNx/Al2O3 কাঠামোতে বন্ধনের অবস্থা পরিবর্তন করে। Si-H এবং N-H বন্ধন ভেঙে হাইড্রোজেন নির্গত হয়। Al-O-সম্পর্কিত কাঠামো রূপান্তরিত হয় এবং অক্সিজেন শূন্যস্থান তৈরি হয়। মুক্ত অক্সিজেন ইন্টারফেসের দিকে স্থানান্তরিত হয়, সামনের পৃষ্ঠের পুনর্মিলন বৃদ্ধি পায় এবং যোগাযোগ অঞ্চলের চারপাশে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়া সামনের যোগাযোগ প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়াতে পারে।
লাইফটাইম, iVoc, J0, EQE, TLM এবং I-V ফলাফলগুলি বৈদ্যুতিক অবক্ষয়ের সরাসরি সমর্থন প্রদান করে। ToF-SIMS এবং XPS হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেনের স্থানান্তর এবং রাসায়নিক বন্ধনের সম্পর্কিত পরিবর্তনগুলিকে সমর্থন করে। ধাতব ইলেক্ট্রোড ইন্টারফেসের ব্যাখ্যায় আরও সতর্কতা প্রয়োজন। গবেষণাপত্রটি মূলত উচ্চতর যোগাযোগ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং পূর্ববর্তী গবেষণার ফলাফল থেকে এই প্রক্রিয়াটি অনুমান করে। শক্তিশালী নিশ্চিতকরণের জন্য ইলেক্ট্রোড ইন্টারফেসের মৌলিক বিতরণ, রাসায়নিক অবস্থা পরিমাপ বা ক্রস-সেকশনাল বিশ্লেষণের প্রয়োজন হবে।
শিল্প উৎপাদনের জন্য, গবেষণাপত্রটি একটি স্মারক যে TOPCon UV নির্ভরযোগ্যতা শুধুমাত্র প্রাথমিক সেল দক্ষতার মাধ্যমে মূল্যায়ন করা যায় না। দীর্ঘমেয়াদী শক্তি কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করতে পারে এমন বেশ কয়েকটি কারণ:
সামনের SiNx/Al2O3 প্যাসিভেশন স্ট্যাকের উপাদানের গুণমান
হাইড্রোজেন ঘনত্ব এবং Si-H ও N-H বন্ধনের স্থায়িত্ব
Al2O3 স্তরে অক্সিজেন-শূন্যস্থান ঘনত্ব
ধাতব যোগাযোগ ইন্টারফেসের স্থায়িত্ব
মডিউল গ্লাস দ্বারা UVA এবং UVB ফিল্টারিং এবং এনক্যাপসুল্যান্টs
অতিবেগুনী এক্সপোজার, আর্দ্রতা, তাপ, যান্ত্রিক চাপ এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া
যখন এই গবেষণাটি মডিউল স্তরে বিবেচনা করা হয়, তখন সেলে পৌঁছানো প্রকৃত বর্ণালী কাচ এবং এনক্যাপসুলেশন ফিল্ম দ্বারা পুনরায় ফিল্টার করা হবে। আর্দ্রতা, তাপীয় চাপ এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রও বার্ধক্যে অংশগ্রহণ করবে। তাই গবেষণাপত্রে রিপোর্ট করা প্রক্রিয়াগুলি IEC পরীক্ষা বা দীর্ঘমেয়াদী বহিরঙ্গন ক্ষেত্রের তথ্যের বিকল্প হিসাবে নয়, বরং উপাদান এবং প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশনের দিকনির্দেশনা হিসাবে বেশি কার্যকর।
একটি মূল্যবান পরবর্তী পদক্ষেপ হবে একই বৈধতা কাঠামোর মধ্যে আনএনক্যাপসুলেটেড সেল, এনক্যাপসুলেটেড মিনি-মডিউল এবং বহিরঙ্গন-এক্সপোজড মডিউলগুলি মূল্যায়ন করা। এটি নির্ধারণ করা সহজ করবে যে বাস্তবসম্মত বর্ণালী ফিল্টারিং এবং পরিবেশগত সংযোগের পরে কোন রাসায়নিক পরিবর্তনগুলি গুরুত্বপূর্ণ থাকে।
সম্ভাব্য প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশন দিকনির্দেশনা অন্তর্ভুক্ত:
সামনের SiNx/Al2O3 স্ট্যাকে অস্থির হাইড্রোজেন উৎস হ্রাস করা
আমরফাস Al2O3 নেটওয়ার্ক উন্নত করা এবং অক্সিজেন শূন্যস্থান নিয়ন্ত্রণ করা
ফায়ারিং এবং মেটালাইজেশন শর্তাবলী অপ্টিমাইজ করে ভালো কন্টাক্ট-ইন্টারফেস স্থিতিশীলতা অর্জন
সামনের ধাতব কন্টাক্টের চারপাশে অক্সিডেশন-সম্পর্কিত প্রতিক্রিয়ার বিরুদ্ধে প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করা
এনক্যাপসুলেশন উপকরণ নির্বাচন যা কোষের পৃষ্ঠে উচ্চ-শক্তি UV-এর সরাসরি প্রভাব হ্রাস করে
পেপারটি একটি সম্পূর্ণ সমাধান প্রদান করে না। এটি সমস্যার সীমানা আরও স্পষ্টভাবে সংজ্ঞায়িত করে এবং দেখায় যে সামনের পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন এবং কন্টাক্ট ইঞ্জিনিয়ারিং একসাথে বিবেচনা করা প্রয়োজন।
গবেষণার উপসংহার: এরপর কী সমাধান করতে হবে
UV60 এক্সপোজার পরীক্ষার মাধ্যমে, লেখকরা দেখান যে TOPCon কোষের সামনের SiNx/Al2O3 গঠন পিছনের পলি-Si প্যাসিভেটিং কন্টাক্টের তুলনায় অতিবেগুনী-প্ররোচিত অবক্ষয়ের জন্য বেশি ঝুঁকিপূর্ণ। অবক্ষয় একটি বিচ্ছিন্ন কারণের কারণে হয় না। হাইড্রোজেন-সম্পর্কিত প্রক্রিয়া, অক্সিজেন-সম্পর্কিত প্রক্রিয়া এবং সামনের কন্টাক্ট প্রতিরোধের বৃদ্ধি সবই অবদান রাখে।
এই কাজের গুরুত্ব হল TOPCon UV অবক্ষয়ের ব্যাখ্যাকে শুধুমাত্র Si-H বন্ধন ভাঙার বাইরে নিয়ে যাওয়া। এটি সামনের পৃষ্ঠের রাসায়নিক বিবর্তনের একটি বিস্তৃত কাঠামো উপস্থাপন করে। UVID ঝুঁকি হ্রাস করার জন্য সম্ভবত সামনের প্যাসিভেশন স্ট্যাক, ইন্টারফেস অক্সিজেন শূন্যতা, হাইড্রোজেন ব্যবস্থাপনা, মেটালাইজেশন কন্টাক্ট এবং মডিউল প্যাকেজিং দ্বারা UV ফিল্টারিংয়ের সমন্বিত অপ্টিমাইজেশন প্রয়োজন হবে। শুধুমাত্র একটি ফিল্ম প্যারামিটার সামঞ্জস্য করা যথেষ্ট নাও হতে পারে।
সীমাবদ্ধতাগুলি স্পষ্ট থাকা উচিত। নমুনাগুলি রিপোর্ট করা UV অবস্থার অধীনে আনএনক্যাপসুলেটেড ছিল এবং প্রস্তাবিত ধাতব-কন্টাক্ট অবক্ষয় প্রক্রিয়ার অংশ এখনও অনুমানমূলক। সবচেয়ে সতর্ক ব্যাখ্যা হল যে পেপারটি UV এক্সপোজারের অধীনে TOPCon সামনের পৃষ্ঠে রাসায়নিক গঠনের বিবর্তন এবং বৈদ্যুতিক অবক্ষয়ের মধ্যে একটি স্পষ্ট সম্পর্ক প্রদর্শন করে। এটি এনক্যাপসুলেশনের পরে দীর্ঘমেয়াদী নির্ভরযোগ্যতার ভবিষ্যত অধ্যয়নের জন্য নির্দিষ্ট লক্ষ্যও প্রদান করে।
রেফারেন্স
Lou, X., Yang, N., Fu, Z., Chen, D., Chen, Y., & Verlinden, P. J. (2026). Chemical composition evolution and electrical performance degradation of TOPCon solar cells under UV exposure. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 1–9.
Ooitech-এর দৃষ্টিভঙ্গি
ব্যবহারিক বার্তাটি সহজ: সামনের পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন এবং মেটালাইজেশনকে পৃথক প্রক্রিয়া ধাপ হিসাবে নয়, বরং একটি নির্ভরযোগ্যতা সিস্টেম হিসাবে বিবেচনা করা উচিত। একটি স্থিতিশীল প্রাথমিক Voc যথেষ্ট নয় যদি UV এক্সপোজার Al2O3 রসায়ন পরিবর্তন করতে পারে এবং ধীরে ধীরে সামনের কন্টাক্ট প্রতিরোধ বাড়াতে পারে। ভবিষ্যতের বৈধতা বাস্তবসম্মত গ্লাস এবং এনক্যাপসুল্যান্ট স্পেকট্রার অধীনে এনক্যাপসুলেটেড মিনি-মডিউল পরীক্ষার সাথে কোষ-স্তরের UV পরীক্ষাকে সংযুক্ত করা উচিত।
আরও পড়া এবং পটভূমি তথ্য
এই বিষয়ে প্রকাশ্য রেফারেন্স উপকরণ, যা শিল্পের প্রযুক্তি রোডম্যাপ এবং বাজার তথ্য রক্ষণাবেক্ষণকারী সংস্থাগুলি দ্বারা প্রকাশিত:
