পণ্য পরিচিতি

মনোলিথিক পেরোভস্কাইট/সিলিকন ট্যান্ডেম সোলার সেল একক-জাংশন ডিভাইসের দক্ষতার সীমা অতিক্রম করার সবচেয়ে স্পষ্ট পথগুলির মধ্যে একটি। শীর্ষ সেল এবং নীচের সেল একটি পুনঃসংযোগ আন্তঃসংযোগ স্তরের মাধ্যমে সিরিজে সংযুক্ত থাকে এবং সেই ইন্টারফেসটি কতটা ভাল তা নির্ধারণ করে যে ক্যারিয়ারগুলি মসৃণভাবে পরিবহন এবং পুনরায় একত্রিত করা যায় কিনা। সমস্যাটি সিলিকন হেটেরোজাংশন (SHJ) নীচের সেলের মাইক্রো-পিরামিড টেক্সচারযুক্ত পৃষ্ঠে অবস্থিত। পিরামিডগুলি প্রায় 600 nm উঁচু এবং সেই ভূখণ্ডে পুনঃসংযোগ স্তরটি অপটিক্যাল প্যারাসাইটিক ক্ষতির শিকার হয় যখন স্ব-একত্রিত মনোলেয়ার (SAM) কখনও সমানভাবে ছড়িয়ে পড়ে না। সময়ের সাথে সাথে এটি ডিভাইসের কর্মক্ষমতা হ্রাস করে।

এই কাজটি 2 থেকে 30 nm পুরু পর্যন্ত ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড (ITO) আন্তঃসংযোগ স্তরগুলি পরিমাপ করেছে এবং দেখেছে যে একটি অতি-পাতলা 8 nm স্তর একসাথে দুটি ফ্রন্টে সবচেয়ে ভাল কাজ করে: অপটিক্যাল ক্ষতি কমানো এবং পৃষ্ঠের সম্ভাব্য একরূপতা উন্নত করা। একবার NiOx পরিবর্তন এবং Poly-SAM কার্যকরীকরণ উপরে স্তুপীকৃত হলে, শর্ট-সার্কিট কারেন্টের ঘনত্ব 0.85 mA cm⁻² বেড়ে 20.82 mA cm⁻² এ পৌঁছায়, পাওয়ার রূপান্তর দক্ষতা 31.80% এ পৌঁছায় এবং 500 ঘন্টা সর্বোচ্চ পাওয়ার পয়েন্ট ট্র্যাকিংয়ের পরে ডিভাইসটি তার প্রাথমিক দক্ষতার 96% ধরে রাখে।

পরীক্ষামূলক পদ্ধতি

SHJ নীচের সেলটি n-টাইপ সিলিকন ওয়েফার ব্যবহার করেছে, 110 ± 10 µm পুরু, KOH ডাবল-সাইড টেক্সচারযুক্ত প্রায় 600 nm উঁচু পিরামিডে। RCA পরিষ্কারের পরে, PECVD ক্রমানুসারে প্যাসিভেশন এবং ডোপড স্তর জমা করেছে: সামনের দিকে 8 nm অন্তর্নিহিত a-Si:H(i) প্লাস 15 nm n-টাইপ nc-SiOx:H(n), পিছনের দিকে 8 nm p-টাইপ a-Si:H(p), তারপর পিছনে 110 nm ITO স্পুটার করা হয়েছে এবং 700 nm Ag বাষ্পীভূত করা হয়েছে। সামনের দিকে, ছয়টি ITO আন্তঃসংযোগ বেধ আলাদাভাবে জমা করা হয়েছে: 2, 5, 8, 10, 20 এবং 30 nm, 180°C তাপমাত্রায় অ্যানিল করা হয়েছে এবং লেজার স্ক্রাইব করা হয়েছে।

পেরোভস্কাইট শীর্ষ কোষটি এই পথ অনুসরণ করেছে। নীচের কোষটি প্রথমে অ্যানিল করা এবং UV-ওজোন চিকিৎসা করা হয়েছিল, তারপর NiOx ম্যাগনেট্রন স্পাটারিং দ্বারা জমা করা হয়েছিল, তারপরে আরেকটি অ্যানিল এবং UV-ওজোন ধাপ অনুসরণ করা হয়েছিল। নাইট্রোজেন গ্লাভবক্সের ভিতরে, পলি-SAM স্পিন-কোট করা হয়েছিল (0.5 mg mL⁻¹, দ্রাবক মিথানল এবং ক্লোরোবেনজিন 1:1 অনুপাতে) এবং 100°C তাপমাত্রায় অ্যানিল করা হয়েছিল। পেরোভস্কাইট ছিল Cs₀.₀₅FA₀.₈MA₀.₁₅Pb(I₀.₇₅₅Br₀.₂₅₅)₃ যার ব্যান্ডগ্যাপ 1.68 eV, দুটি ধাপে স্পিন-কোট করা হয়েছিল, উচ্চ-গতির পর্যায়ে অ্যান্টিসলভেন্ট হিসাবে ক্লোরোবেনজিন ড্রপ করা হয়েছিল এবং 100°C তাপমাত্রায় 20 মিনিটের জন্য বেক করা হয়েছিল। পৃষ্ঠটি PDADI দিয়ে টুইক করা হয়েছিল, তারপর C₆₀ তাপীয়ভাবে বাষ্পীভূত করা হয়েছিল, SnO₂ ALD দ্বারা বৃদ্ধি করা হয়েছিল, 45 nm IZO স্পাটার করা হয়েছিল, Ag ইলেক্ট্রোড বাষ্পীভূত করা হয়েছিল, এবং অবশেষে একটি MgF₂ অ্যান্টি-রিফ্লেকশন ফিল্ম স্ট্যাকটি ক্যাপ করেছিল।

প্রযুক্তিগত সুবিধা

ITO ইন্টারকানেক্ট লেয়ারের অপটোইলেক্ট্রনিক বৈশিষ্ট্য

(a) Rsh, Ne এবং µ বেধের বিপরীতে (n = 10); (b) ITO স্তরের অপটিক্যাল শোষণ এবং প্রতিফলন; (c) বেধের বিপরীতে ওয়ার্ক ফাংশন; (d) বিভিন্ন বেধে NiOx চিকিৎসার আগে এবং পরে ওয়ার্ক ফাংশন শিফট (ΔWF); (e) NiOx-সংশোধিত ITO-তে SAM বিতরণের পরিকল্পিত চিত্র; (f) 2–30 nm ইন্টারকানেক্ট ITO-র KPFM সারফেস পটেনশিয়াল ম্যাপ; (g) NiOx এবং পলি-SAM ফাংশনালাইজেশনের আগে এবং পরে 8 nm ইন্টারকানেক্ট ITO-র KPFM সারফেস পটেনশিয়াল ম্যাপ।

হল ইফেক্ট পরিমাপে দেখা গেছে যে ফিল্মের বেধ বাড়ার সাথে সাথে শীট রেজিস্ট্যান্স কমছে, যা আপনি আশা করবেন। ক্যারিয়ার কনসেন্ট্রেশন 8 থেকে 30 nm এর মধ্যে মোটামুটি স্থির ছিল, প্রায় 2.8 থেকে 3.5 × 10²⁰ cm⁻³, কিন্তু একবার আপনি 8 nm এর নিচে গেলে এটি কমতে শুরু করে। মোবিলিটি শুধুমাত্র সংকীর্ণ 2 থেকে 8 nm উইন্ডোতে সামান্য কমেছে, যা ফিল্মের অখণ্ডতা এখনও অক্ষত থাকার লক্ষণ। 8 nm ঠিক সেই সুইট স্পটে পড়ে যেখানে শীট রেজিস্ট্যান্স যথেষ্ট কম এবং বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতা ভেঙে পড়েনি।

(a) টেক্সচারযুক্ত c-Si নীচের কোষ পৃষ্ঠে ITO স্তরের পিক-ফিটেড O 1s উচ্চ-রেজোলিউশন XPS স্পেকট্রাম। (b) NiOx পরিবর্তনের আগে এবং পরে টেক্সচারযুক্ত c-Si নীচের কোষে 8 nm ITO স্তরের উচ্চ-রেজোলিউশন XPS স্পেকট্রা। (c) টেক্সচারযুক্ত c-Si নীচের কোষে 8 nm ITO স্তরের ক্রস-সেকশন SEM চিত্র। (d) 8 nm ITO নমুনার ফোকাসড অঞ্চলের সংশ্লিষ্ট EDS মৌলিক মানচিত্র, উপরের ডানদিকে রঙ-মৌল কিংবদন্তি সহ।

অপটিক্যালি, ITO পাতলা করলে 450 nm এর উপরে প্রতিফলন এবং শোষণ উভয়ই কমে যায়, ধ্বংসাত্মক হস্তক্ষেপ এবং দুর্বল মুক্ত-ক্যারিয়ার শোষণের কারণে।

• UPS দেখিয়েছে যে বেধ কমার সাথে সাথে কাজের ফাংশন বেড়েছে, এবং NiOx পরিবর্তন ও অ্যানিলিংয়ের পরে কাজের ফাংশনের পরিবর্তন 8 nm এ সর্বোচ্চ হয়েছে।

• KPFM এলাকা স্ক্যানে দেখা গেছে যে 10 nm এর নিচের ITO সমস্ত স্থানীয় শান্ট পয়েন্ট দমন করেছে, যেখানে 8 nm সর্বোত্তম একরূপতা দিয়েছে।

• XPS একটি আকর্ষণীয় বিবরণ প্রকাশ করেছে: 8 nm ITO পৃষ্ঠে 20 nm এর তুলনায় বেশি হাইড্রোক্সিল ঘনত্ব ছিল, এবং সেই হাইড্রোক্সিলগুলি NiOx এর সাথে In─O─Ni ব্রিজ বন্ধন তৈরি করেছে, যা NiOx কে আরও সমানভাবে ছড়িয়ে পড়তে এবং আরও দৃঢ়ভাবে লেগে থাকতে সাহায্য করেছে। পরিবর্তনের পরে In সংকেত সম্পূর্ণরূপে অদৃশ্য হয়ে গেছে, যা নির্দেশ করে যে কভারেজ স্তরের গুণমান চমৎকার ছিল এবং পরবর্তী SAM স্ব-সমাবেশের জন্য একটি ভাল ভিত্তি স্থাপন করেছে।

• SEM এবং EDS-ও নিশ্চিত করেছে যে 8 nm ITO টেক্সচারের উপর সঙ্গতিপূর্ণ কভারেজ দিয়েছে।

ট্যান্ডেম সেলের ফটোভোল্টাইক কর্মক্ষমতা

(a) পেরোভস্কাইট/সিলিকন ট্যান্ডেম সেলে Jsc-এর পরিবর্তন; (b) Voc-এর পরিবর্তন; (c) FF-এর পরিবর্তন; (d) PCE-এর পরিবর্তন; (e) ITO-তে ট্যান্ডেম সেলের ক্রস-সেকশন SEM চিত্র; (f) ITO-তে পেরোভস্কাইট ফিল্মের XRD প্যাটার্ন; (g) ITO-তে পেরোভস্কাইট ফিল্মের স্থির-অবস্থা PL স্পেকট্রাম; (h) স্বাভাবিকীকৃত স্থির-অবস্থা PL বক্ররেখা; (i) ITO-তে পেরোভস্কাইট ফিল্মের ট্রানজিয়েন্ট TRPL ক্ষয় স্পেকট্রা; (j) ট্যান্ডেম সেলের ফটোলুমিনেসেন্স চিত্র, সক্রিয় এলাকা 0.928 cm²।

সমস্ত ছয়টি ITO ইন্টারকানেক্ট বেধ J-V পরীক্ষার মধ্য দিয়ে গেছে।

• 5 nm এর নিচে, Voc এবং FF তীব্রভাবে কমেছে। Voc 1.7 V এর বেশি ঠেলে দেওয়া যায়নি এবং PCE মাত্র 21.68% এসেছে, প্রধানত কারণ পিরামিড টেক্সচারে ফিল্মটি ইতিমধ্যেই বিচ্ছিন্ন ছিল।

• 8 nm ছিল সর্বোত্তম উত্তর। ক্রস-সেকশন SEM দেখিয়েছে যে অতি-পাতলা ITO (10 nm এর নিচে) তে পেরোভস্কাইট দানা বড় এবং ঘন ছিল, এবং XRD আরও ভাল স্ফটিক গুণমান নিশ্চিত করেছে, যদিও 5 nm নমুনায় একটি PbI₂ শিখর দেখা গেছে, যা ইতিমধ্যে অবনতি শুরু হওয়ার লক্ষণ। স্থির-অবস্থা PL তীব্রতা 30 nm থেকে 8 nm পর্যন্ত ক্রমাগত বেড়েছে, তারপর আবার কমেছে, তাই 8 nm শীর্ষে অবস্থান করেছে, যা সর্বনিম্ন ত্রুটি ঘনত্বের সাথে মিলেছে।

• স্বাভাবিকীকৃত PL বৈশিষ্ট্যগত শিখর স্থানান্তরিত হয়নি, যার অর্থ ইন্টারফেস নন-রেডিয়েটিভ পুনর্মিলনের প্রকৃতি একই ছিল। TRPL ক্যারিয়ার জীবনকালও 8 nm এ সবচেয়ে দীর্ঘ ছিল। এই ফলাফলগুলি Poly-SAM-এর আনা শক্তিশালী নেট ডাইপোল এবং আরও একরূপ কাজের ফাংশনের কারণে, যা একসাথে Voc এবং FF বাড়িয়েছে। PL ইমেজিং পেরোভস্কাইট সাব-সেলের ভিতরে সাব-মাইক্রন অ-একরূপতা প্রকাশ করেছে, কিন্তু অতি-পাতলা উচ্চ-প্রতিরোধী ITO স্তরের উচ্চ পার্শ্বীয় প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে, তাই স্থানীয় শান্টিংয়ের প্রভাব কার্যকরভাবে সীমাবদ্ধ ছিল এবং পুরো ডিভাইসকে কখনই নিচে টেনে আনেনি।

বর্তমান ঘনত্ব উন্নতি

(a) 8 nm ITO আন্তঃসংযোগ স্তরের অধীনে পেরোভস্কাইট এবং সিলিকন উপ-কোষের EQE বক্ররেখা; (b) প্রাথমিক এবং অপ্টিমাইজড ট্যান্ডেম কোষের EQE বক্ররেখা।

সামনের IZO স্তরটি চিত্রের মাপকাঠি Aw × Rsheet⁻¹ দ্বারা মূল্যায়ন করা হয়েছিল এবং 45 nm সেরা হিসাবে বেরিয়ে এসেছে। আন্তঃসংযোগ ITO 20 nm থেকে 10 nm থেকে 8 nm-এ পাতলা করলে গড় Jsc 19.78 থেকে 19.96 থেকে 20.55 mA cm⁻²-এ উন্নীত হয়েছে। পেরোভস্কাইট এবং সিলিকন উপ-কোষের EQE-সংহত কারেন্ট ঘনত্ব যথাক্রমে 20.64 এবং 20.51 mA cm⁻² ছিল, যা J-V ডেটার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। 20 nm ITO-এর তুলনায়, 8 nm পেরোভস্কাইট উপ-কোষকে অতিরিক্ত 0.06 mA cm⁻² এবং সিলিকন উপ-কোষকে অতিরিক্ত 0.47 mA cm⁻² দিয়েছে, যেখানে সিলিকন নীচের কোষ থেকে নিকট-অবলোহিত অবদান সর্বাধিক লাভ করেছে।

পণ্য প্রয়োগ

ডিভাইস কর্মক্ষমতা এবং স্থিতিশীলতা

(a) পেরোভস্কাইট/সিলিকন ট্যান্ডেম সৌর কোষের পরিকল্পিত কাঠামো এবং ফটোগ্রাফ; (b) ট্যান্ডেম কোষের ক্রস-সেকশন SEM চিত্র; (c) একক-জাংশন পেরোভস্কাইট এবং সিলিকন উপ-কোষের J-V বক্ররেখা; (d) উচ্চ-কর্মক্ষমতা কোষের প্রতিনিধিত্বমূলক J-V বক্ররেখা; (e) 30 nm থেকে 2 nm ITO আন্তঃসংযোগ স্তরের উপর নির্মিত পেরোভস্কাইট/সিলিকন ট্যান্ডেম কোষে Rs-এর পরিবর্তন; (f) 1-সূর্য আলোকসজ্জার অধীনে এনক্যাপসুলেটেড ট্যান্ডেম কোষের MPPT পরীক্ষার ফলাফল।

একবার ITO আন্তঃসংযোগ বেধ নির্ধারণ করা হলে, ট্যান্ডেম ডিভাইসগুলির গড় PCE 28.64% থেকে 30.67%-এ উন্নীত হয়েছে। 2 nm ITO-তে সিরিজ রেজিস্ট্যান্স Rs 41.26 Ω পর্যন্ত ছিল, তাই সিরিজ সংযোগ মূলত ভেঙে গিয়েছিল। 8 nm-এর Rs অনেক কম ছিল, অভ্যন্তরীণ প্রতিবন্ধকতা কমে গিয়েছিল এবং সর্বোচ্চ পাওয়ার পয়েন্টের কাছে ভোল্টেজ ক্ষয় কমে গিয়েছিল। স্থিতিশীলতার দিক থেকে, 8 nm ITO ট্যান্ডেম কোষটি 500 ঘন্টা MPPT-এর পরে তার প্রাথমিক PCE-এর 96% ধরে রেখেছে, যেখানে 20 nm কোষটি কেবল 90% ধরে রেখেছে, এটি TCO/SAM আন্তঃসংযোগ পরিবারের মধ্যে সবচেয়ে স্থিতিশীল করে তুলেছে। কেন এত স্থিতিশীল? পলি-SAM কভারেজ বেশি এবং পেরোভস্কাইট স্ফটিককরণ এর সাথে উন্নত হয়।

SAM দ্বারা আচ্ছাদিত অঞ্চলগুলির পৃষ্ঠশক্তি কম, এবং ফসফোনিক অ্যাসিড গ্রুপগুলি Pb²⁺ এবং FA⁺-এর সাথে সমন্বয় করে, পেরোভস্কাইটকে ধীরে ধীরে এবং সুশৃঙ্খলভাবে বৃদ্ধি পেতে পরিচালিত করে, ফলে দানাগুলি বড় হয়। খালি ITO অঞ্চলে এই ধরনের টেমপ্লেট প্রভাব নেই, নিউক্লিয়েশন দ্রুত এবং বিশৃঙ্খলভাবে ঘটে এবং দানাগুলি ছোট হয় এবং প্রচুর শস্য সীমানা থাকে। এর উপরে, Poly-SAM ইন্টারফেসে অসম্পৃক্ত বন্ধন এবং হ্যালাইড শূন্যস্থানগুলিকে প্যাসিভেট করে, হ্যালাইড স্থানান্তর দমন করে এবং অবক্ষয় ধীর করে। অতি-পাতলা ITO নিজেই যে অভিন্ন পৃষ্ঠ বিভব নিয়ে আসে তাও সাহায্য করে, এবং একাধিক ফ্যাক্টর একসাথে কাজ করার ফলে ডিভাইসের আয়ুষ্কাল বৃদ্ধি পায়।

এখানে MPPT স্থিতিশীলতা পরীক্ষা 3A+ গ্রেডের একটি LED সোলার সিমুলেটরকে বার্ধক্য আলোর উৎস হিসেবে ব্যবহার করে, যা কোষের তাপমাত্রা এবং পার্শ্ববর্তী বায়ুমণ্ডলকে বিভিন্ন উপায়ে নিয়ন্ত্রণ করে দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা পরীক্ষা চালাতে পারে।

উপসংহার এবং ভবিষ্যৎ সম্ভাবনা

পেরোভস্কাইট/সিলিকন ট্যান্ডেম কোষের জন্য 8 nm হল সর্বোত্তম ITO আন্তঃসংযোগ বেধ। এই বেধ পেরোভস্কাইটের স্ফটিক গুণমান উন্নত করে এবং প্যারাসাইটিক শোষণ কমিয়ে ধরে রাখে। NiOx পরিবর্তন এবং Poly-SAM কার্যকরীকরণের পরে, পৃষ্ঠ বিভব আরও অভিন্ন হয় এবং কাজের ফাংশন পরিবর্তন আরও স্পষ্ট হয়। 8 nm ITO পৃষ্ঠে বেশি হাইড্রোক্সিল থাকে, NiOx সমানভাবে ছড়িয়ে পড়ে, SAM ঘনভাবে প্যাক হয় এবং টেক্সচারের উপর কনফর্মাল কভারেজ SEM এবং EDS দ্বারা যাচাই করা হয়েছে। প্রচলিত 20 nm ITO-এর বিপরীতে, অপ্টিমাইজড ডিভাইসটি 31.80% এর চ্যাম্পিয়ন দক্ষতা অর্জন করেছে, Jsc 0.85 mA cm⁻² বৃদ্ধি পেয়েছে এবং 500 ঘন্টা MPPT-এর পরে প্রাথমিক দক্ষতার 96% ধরে রেখেছে।

ভবিষ্যতে, এখনও অনেক উন্নতির সুযোগ রয়েছে। পিছনের টেক্সচার এবং অপটিক্যাল রিফ্লেক্টরকে আরও পরিমার্জিত করা যেতে পারে যাতে সিলিকন নিচের কোষে আলোর ফাঁদ শক্তিশালী হয়, এর কারেন্ট বৃদ্ধি পায় এবং কারেন্ট ম্যাচিং নিশ্চিত হয়। FF এবং Voc সামগ্রিক দক্ষতা সীমিতকারী বাধা হিসাবে রয়ে গেছে, তাই যোগাযোগ প্যাসিভেশন কৌশলগুলি আরও গভীরভাবে অনুসন্ধান করা প্রয়োজন। সিলিকন-ভিত্তিক টানেল জংশনের মতো বিকল্প আন্তঃসংযোগ স্থাপত্য চেষ্টা করাও মূল্যবান। যখন উৎপাদনে স্কেল আপ করার কথা আসে, তখন TCO বেধ এবং মেটালাইজেশন গ্রিড ডিজাইন একসাথে সামঞ্জস্য করতে হবে, যাতে বড় এলাকায় ছায়া খুব বেশি না হয় এবং পার্শ্বীয় পরিবাহী ক্ষতিগ্রস্ত না হয়। এবং পাতলা স্তরের সাথে, ইন্ডিয়াম ব্যবহার কমে যায়, তাই স্থায়িত্বেরও সুবিধা হয়।

Ooitech-এর দৃষ্টিভঙ্গি

এখানে যা উল্লেখযোগ্য তা হল, কয়েক ন্যানোমিটার আইটিও সেই ৬০০ ন্যানোমিটার পিরামিড টেক্সচারে অপটিক্স এবং ক্রিস্টালাইজেশন উভয়কেই প্রভাবিত করতে পারে, এবং সেই একই কনফর্মাল কভারেজ সমস্যা ঠিক তখনই দেখা যায় যখন ট্যান্ডেম লাইনগুলি ল্যাব কুপন থেকে পূর্ণ আকারের মডিউলে স্থানান্তরিত হয়। উৎপাদন ফ্লোরে ট্যাবার-স্ট্রিংগার, লেআপ এবং ল্যামিনেশন ধাপগুলিকে এই ভঙ্গুর ইন্টারকানেক্ট এবং এসএএম ইন্টারফেসগুলিকে সম্মান করতে হয়, যেখানে অভিন্ন, সু-টিউনড মডিউল-লাইন সরঞ্জাম তার মূল্য প্রমাণ করে। আপনি যদি বাস্তব কারখানা স্কেলে এই প্রক্রিয়াগুলি দেখতে চান, তাহলে Ooitech YouTube চ্যানেলটি www.youtube.com/ooitech অনুসরণ করার মতো।