TOPCon কোষে পিনহোল: 26.55% দক্ষতার আশ্চর্যজনক পথ
সূচিপত্র
সংক্ষিপ্ত বিবরণ
এখানে এমন কিছু যা সিলিকন PV-তে দীর্ঘদিনের ধারণাকে উল্টে দেয়। গবেষকরা দেখেছেন যে TOPCon কোষের SiOx স্তরে ইচ্ছাকৃতভাবে কিছু 'পিনহোল' রেখে দিলে দক্ষতা ২৬.৫৫% পর্যন্ত বাড়ানো যায়, কমিয়ে আনার পরিবর্তে।
মূল ফলাফল: টানেল অক্সাইডের পিনহোল দুটি পরিবারে বিভক্ত। একটি হল পুনর্মিলন প্রকার (অক্সিজেন-শূন্য, যেখানে পলি-Si সরাসরি c-Si-এর সংস্পর্শে আসে, খারাপ), অন্যটি হল প্যাসিভেটিং প্রকার (অবশিষ্ট অক্সিজেন থেকে যায়, ড্যাংলিং বন্ড প্যাসিভেট করে এবং টানেলিং করতে দেয়, ভাল)। প্যাসিভেটিং প্রকারের ক্রস-সেকশন প্রায় ১.৬ ± ০.২ nm × ১.৪ ± ০.৩ nm এবং এরিয়াল ঘনত্ব ২ × ১০¹² cm⁻²। একটি ফিশার মডেল দেখিয়েছে যে ডিভাইসের কর্মক্ষমতা নির্ধারণ করে পিনহোলের জ্যামিতি নয়, বরং পিনহোলটি প্যাসিভেটেড কিনা।
রেফারেন্স: প্যাসিভেটিং পিনহোল বড় এলাকা এবং উচ্চ-দক্ষতা সিলিকন সোলার সেলের জন্য টানেল অক্সাইড প্যাসিভেটেড কন্টাক্ট সহ, Nat Commun 17, 2490 (2026)। https://doi.org/10.1038/s41467-026-70511-2
গবেষণার পটভূমি এবং আটকে থাকা সমস্যা
TOPCon এখন n-টাইপ সিলিকনের মূলধারা। Runergy ৩৩৫ cm²-এ ২৬.৫৫% অর্জন করেছে, Jinko TOPCon প্লাস পেরোভস্কাইট ৩৩.২৪% পর্যন্ত স্তুপীকৃত করেছে, এবং একক-পার্শ্বযুক্ত n-TOPCon-এর তাত্ত্বিক সীমা ২৭.৭৯%। কিন্তু কেউই নির্ধারণ করতে পারেনি যে সেই ইন্টারফেসিয়াল SiOx স্তরের পিনহোলগুলি আসলে কী ভূমিকা পালন করে।
প্রচলিত দৃষ্টিভঙ্গি: পিনহোল মানে পলি-Si সরাসরি c-Si-তে ঢুকে যায়, অক্সিজেন প্যাসিভেশন ব্যর্থ হয়, খারাপ খবর।
বাস্তবতা আরও জটিল। অক্সাইড খুব পুরু (>১.৭ nm) হলে প্যাসিভেশন ভালো কিন্তু টানেলিং খারাপ, তাই FF ভেঙে পড়ে। অক্সাইড খুব পাতলা (<1.3 nm) মানে বেশি পিনহোল, এবং এখন আপনি Voc ভেঙে পড়ার বিষয়ে চিন্তিত।
লেখকরা অক্সাইডের পুরুত্ব ও অক্সিজেন বিতরণকে তিনটি ক্ষেত্রে ভাগ করেছেন (ভূমিকা বিভাগ):
ক্ষেত্র 1: পুরু অক্সাইড, প্যাসিভেশন ঠিক আছে, টানেলিং সর্বোত্তম নয়
ক্ষেত্র 2: পাতলা অক্সাইড ও অক্সিজেন হ্রাস, যার ফলে পুনর্মিলন-ধরনের পিনহোল (ক্লাসিক 'খারাপ পিনহোল')
ক্ষেত্র 3: পাতলা অক্সাইড কিন্তু অক্সিজেন এখনও পিনহোলে প্রবেশ করে, যার ফলে প্যাসিভেটিং-ধরনের পিনহোল (এখানে নতুন আবিষ্কার)
এর আগে, HR-TEM রেজোলিউশন 2 nm-এর নিচের বৈশিষ্ট্য দেখার জন্য যথেষ্ট ভালো ছিল না। সাহিত্যে পিনহোলের ব্যাস 5 nm থেকে 200 nm এবং ঘনত্ব 10⁶ থেকে 10⁸ cm⁻² বলে রিপোর্ট করা হয়েছিল, যা সবই ছিল 'বড় ছিদ্র'। সিলেক্টিভ এচিং এবং c-AFM Si এবং SiOx-এর এচ রেটের পার্থক্যের উপর নির্ভর করে, তাই অবশিষ্ট অক্সিজেনযুক্ত অঞ্চলগুলি এচ হয়ে খোলে না। প্যাসিভেটিং পিনহোলগুলি স্বাভাবিকভাবেই এই পদ্ধতিগুলি দ্বারা বাদ পড়ে যায়। এজন্যই ক্ষেত্র 3 এতদিন অদৃশ্য ছিল।
প্রক্রিয়া: দুই ধরনের পিনহোল (চিত্র 2)
অ্যাবারেশন-সংশোধিত HAADF-STEM (JEM ARM200F প্লাস Spectra 300, 200/300 kV) একটি উচ্চ-দক্ষতা ওয়েফার (25.40%) এবং একটি নিম্ন-দক্ষতা নিয়ন্ত্রণ (24.07%)-এর উপর পলি-Si/SiOx/c-Si ইন্টারফেস স্ক্যান করেছে।
| ধরন | অক্সিজেন অবস্থা | আকার (উচ্চ/নিম্ন দক্ষতা) | EELS O-K প্রান্ত |
|---|---|---|---|
| পুনর্মিলন | অক্সিজেন-হ্রাস, পলি/c-Si জালি সরাসরি যুক্ত | নিম্ন-দক্ষতা ওয়েফার ~1.37 × 1.35 nm | গভীর অক্সিজেন উপত্যকা |
| প্যাসিভেটিং | অবশিষ্ট অক্সিজেন উপস্থিত, ড্যাংলিং বন্ড প্যাসিভেটেড | উচ্চ-দক্ষতা ওয়েফার 1.55 × 1.25 nm | অক্সিজেন সংকেত এখনও দৃশ্যমান, অগভীর অক্সিজেন উপত্যকা |
মূল বক্তব্য: উচ্চ-দক্ষতা ওয়েফারের পিনহোলগুলি আসলে ছোট, এবং অক্সিজেন ভালোভাবে ধরে রাখে। সমস্ত আকার পূর্ববর্তী সাহিত্যে রিপোর্ট করা থেকে এক ক্রম মাত্রায় ছোট।
Fischer পয়েন্ট-কন্টাক্ট মডেল ফলাফল (মূল চিত্র 3d):
পিনহোল এলাকা ভগ্নাংশ f = πr²/P², কিন্তু J₀ f-এর প্রতি সংবেদনশীল নয়। আসলে যা প্রভাবশালী তা হল পিনহোলে পৃষ্ঠ পুনর্মিলন বেগ S।
প্রায় f ≈ 0.1-এ, একবার S ≳ 10³ cm/s হলে, J₀ দ্রুত বেড়ে যায়, এবং এটি S > 10⁵ cm/s-এর উপরে সম্পৃক্ত হয়।
অর্থ: উচ্চ কার্যক্ষমতার চাবিকাঠি 'শূন্য পিনহোল' নয়, বরং 'প্যাসিভেটেড পিনহোল'। এটি পুরো পেপারের সবচেয়ে বড় হাইলাইট।
ঘনত্বের দিক থেকে, এটি কিছুটা বিপ্লব। 40টি ওয়েফার (উচ্চ ও নিম্ন দক্ষতা) জুড়ে X-Y অর্থোগোনাল স্লাইসিং থেকে পরিসংখ্যানে প্যাসিভেটিং পিনহোলের জন্য 2 × 10¹² cm⁻² এবং রিকম্বিনেশন পিনহোলের জন্য 3 × 10¹² cm⁻² পাওয়া গেছে, যা সাহিত্যের মানের চেয়ে 4 থেকে 6 অর্ডার বেশি।
তিনটি কারণ জড়িত: প্রথমত, ধারণা পরিবর্তিত হয়েছে, তাই পূর্বে বাদ দেওয়া প্যাসিভেটিং ন্যানোডিফেক্ট দৃশ্যমান হয়েছে; দ্বিতীয়ত, নমুনাগুলি 25% এর উপরে শিল্প-অপ্টিমাইজড ওয়েফার, টেস্ট স্ট্রাকচার নয়; তৃতীয়ত, পদ্ধতিটি পারমাণবিক-স্তরের HAADF, এবং পরোক্ষ পদ্ধতিগুলি 2 nm-এর নিচের অক্সিজেন-যুক্ত অঞ্চল দেখতে পারে না। 50 থেকে 150 nm পুরু TEM নমুনার বিম দিক বরাবর ওভারল্যাপ এড়াতে, লেখকরা পুরুত্ব দিক বরাবর 4D-STEM ptychography ব্যবহার করে ব্যাকস্টপ করেছেন, নিশ্চিত করেছেন যে ঘনত্বের পরিসংখ্যান প্রজেকশন ওভারল্যাপ দ্বারা বিকৃত নয়।
প্রক্রিয়া ল্যান্ডিং পয়েন্ট: দ্বি-পদক্ষেপ অক্সিডেশন প্লাস ব্যাক পলিশিং প্লাস পলি ট্রিপল কাপলিং
মূল পদ্ধতি ও SI (সাপ্লিমেন্টারি টেবিল 1) থেকে ভেরিয়েবলগুলি:
দ্বি-পদক্ষেপ অক্সিডেশন: প্রথমে O₂ অক্সিডেশন পাতলা SiO₂-তে, তারপর অক্সিজেন-ক্ষুধার্ত পদক্ষেপ (কোনও অক্সিজেন সরবরাহ করা হয় না)। প্যাসিভেটিং প্রকারের জন্য দীর্ঘ অক্সিজেন প্রবাহ সময়, উচ্চ তাপমাত্রা, বড় প্রবাহ এবং উচ্চ চাপ প্রয়োজন, যা সমান ও ঘন অক্সাইডের পক্ষে।
POCl₃ ডিফিউশন: নিম্ন জমা তাপমাত্রা ও কম সময় পলি ক্রিস্টালাইজেশন উন্নত করে এবং রিকম্বিনেশন-টাইপ পিনহোল দমন করে।
ব্যাক পলিশিং মরফোলজি অক্সাইড পুরুত্বের সমতা নির্ধারণ করে। তিনটি একসাথে টিউন করতে হবে স্থিতিশীলভাবে কেস 3 উৎপাদনের জন্য।
কার্যক্ষমতা তুলনা (চিত্র 4 হার্ড ডেটা)
সিমেট্রিক ডাবল-সাইড পলি-Si/SiOx নমুনা (n-Si 1–3 Ω·cm, ডাবল-সাইড পলিশড):
τeff: 8.9 ms উচ্চ দক্ষতা বনাম 2.96 ms নিয়ন্ত্রণ (ইনজেকশন 5×10¹⁵ cm⁻³)
J₀: 2.6 বনাম 10.6 fA/cm²
ΔVoc 15.9 mV পরিমাপ করা হয়েছে, কিন্তু J₀ পার্থক্য একা প্রায় 11 mV ব্যাখ্যা করে। বাকি ~5 mV লেখকরা উন্নত বাল্ক SRH লাইফটাইমের জন্য দায়ী করেছেন। অপ্টিমাইজড অ্যানিল, প্যাসিভেটিং পিনহোল তৈরি করার পাশাপাশি, ধাতব অমেধ্যও গেটার করে (Krügener-এর 25% POLO কাজ উদ্ধৃত করে)। ইন্টারফেস ও বাল্ক উভয়ই ঠিক করা 25% অতিক্রম করার রেসিপি।
FF-এর জন্য, পার্থক্য প্রধানত Rs থেকে আসে:
Rs: 357 (উচ্চ দক্ষতা) বনাম 619 mΩ·cm² (নিয়ন্ত্রণ), Suns-Voc পরিমাপ
ρc (TLM): 4.6 বনাম 5.4 mΩ·cm²
প্রতিকূল বিন্দু: "ঘন পিনহোল কম ρc" যুক্তি অনুসারে, উচ্চ-দক্ষতার ওয়েফারে আরও প্যাসিভেটিং পিনহোলের অর্থ কম ρc হওয়া উচিত, এবং প্রকৃতপক্ষে 4.6 < 5.4। কিন্তু লেখকরা একটি মোচড় যোগ করেছেন। পুনর্মিলন-ধরনের পিনহোলের কাছে, ফসফরাস ওয়েফারে ছড়িয়ে পড়ে, যখন প্যাসিভেটিং ধরনের অক্সিজেন দ্বারা বাধাপ্রাপ্ত হয় (সাপ্লিমেন্টারি চিত্র 10-এ EDS ডোপিং প্রোফাইল)। তাই ডোপিং প্রোফাইল এবং যোগাযোগ প্রতিরোধ দুটি পৃথক যুক্তি অনুসরণ করে, এবং আপনি এগুলিকে শুধুমাত্র পিনহোল ঘনত্ব দিয়ে ব্যাখ্যা করতে পারবেন না।
PL পুরো ওয়েফার জুড়ে অভিন্ন ছিল, এবং Voc বিতরণের Corescan ম্যাপিংও বড়-এলাকার অভিন্নতার জন্য ধরে রেখেছে।
শিল্পের জন্য একটি লাইন
এই গবেষণাপত্রটি TOPCon ইন্টারফেসকে "অক্ষত অক্সাইড বনাম পিনহোল লিকেজ"-এর দ্বৈত গল্প থেকে ত্রৈধ গল্পে ঠেলে দেয়: "পিনহোলগুলিও ভাল হতে পারে, যতক্ষণ না অক্সিজেন এখনও থাকে"। শিল্পের পরবর্তী কাজটি শূন্য পিনহোল নিয়ে পাগলামি করা নয়, বরং ব্যাক পলিশিং থেকে অক্সিডেশন থেকে পলি ডিপোজিশন চেইনকে এমনভাবে টিউন করা যাতে পিনহোলগুলি অক্সিজেন বহন করে। Daheng-এর 333.3 cm²-এ 25.40% দক্ষতার ওয়েফার ইতিমধ্যেই প্রমাণ করেছে যে পথটি কাজ করে।
Ooitech-এর দৃষ্টিভঙ্গি
এখানে আমাদের যা আঘাত করে তা হল এটি কতটা প্রক্রিয়া চেইনের উপর নির্ভর করে, শুধু সেল ডিজাইনের উপর নয়। সেই দ্বি-পদক্ষেপ অক্সিডেশন, POCl₃ টিউনিং, এবং ব্যাক পলিশিং সব একসাথে চলতে হবে, এটি ঠিক সেই ধরনের সংযোগ যা একটি লাইন খণ্ডিতভাবে একত্রিত হলে হারিয়ে যায়। মডিউল দিকেও আমরা একই প্যাটার্ন দেখি, যেখানে ল্যামিনেশন এবং স্ট্রিংিং সহনশীলতা নীরবে সিদ্ধান্ত নেয় যে একটি ভাল সেল তার Voc ধরে রাখে কিনা। আপনি যদি এই ইন্টারফেস-সংবেদনশীল প্রক্রিয়াগুলি কীভাবে একটি বাস্তব উৎপাদন ফ্লোরে অনুবাদ করে তা আরও ঘনিষ্ঠভাবে দেখতে চান, তাহলে YouTube-এ আমাদের কারখানা পরিদর্শন (www.youtube.com/ooitech) সাবস্ক্রাইব করার মতো।
