SiNx খুব পাতলা হলে সিলভার পেস্ট পলি লেয়ার ভেদ করে চলে যায়, খুব মোটা হলে কন্টাক্ট রেজিস্ট্যান্স 600x বেড়ে যায়: ISFH সমাধানের দিকে ইঙ্গিত দেয়
পণ্য পরিচিতি
যে কেউ TOPCon প্রক্রিয়া লাইন চালান এই বাঁধার সম্মুখীন হয়েছেন। SiNx খুব পাতলা করে লেপ দিলে আপনি চিন্তা করেন সিলভার পেস্ট প্যাসিভেশন স্তর পুড়িয়ে ফেলবে, Voc কমিয়ে দেবে। খুব পুরু করে লেপ দিলে কন্টাক্ট রেজিস্ট্যান্স বেড়ে যায়, এবং FF ধরে রাখা যায় না। পাতলা আপনাকে ভয় দেখায়, পুরুও ভয় দেখায় — তাহলে কত পুরু "ঠিক"?
2022 সালে, ISFH (জার্মানির হামেলিনে সোলার এনার্জি রিসার্চ ইনস্টিটিউট) এর মিন বিয়ংসুলের দল AIP কনফারেন্স প্রসিডিংসে একটি গবেষণা প্রকাশ করে যা এই সমস্যাটি বিশ্লেষণ করেছে। তারা ব্যবহার করেছে POLO প্যাসিভেটিং কন্টাক্ট — একাডেমিক নাম যা শিল্পে TOPCon নামে পরিচিত, মূলত একটি অতি-পাতলা অক্সাইড প্লাস ডোপড পলিসিলিকন পলি-Si/SiOx কাঠামো — আসলে কী ঘটছে তা বিচ্ছিন্ন করতে।
প্রধান উপসংহারটি জটিল নয়: SiNx পুরুত্ব এবং ফায়ারিং তাপমাত্রা একটি মিলিত জোড়া। পুরুত্ব পরিবর্তন করলে তাপমাত্রা সামঞ্জস্য করতে হবে। একটি পরিবর্তন করলে অন্যটি না সরালে হয় Voc কমে যায় বা FF ভেঙে পড়ে।
প্রযুক্তিগত প্যারামিটার
পরীক্ষাটি কীভাবে সেট আপ করা হয়েছিল
ISFH ব্যবহার করেছে p-টাইপ CZ ওয়েফার, যার সাথে একটি n⁺ POLO কন্টাক্ট কোষের পিছনে (টানেল অক্সাইড প্লাস ফসফরাস-ডোপড পলিসিলিকন)।
দুটি মূল পরিবর্তনশীল:
পিছনের SiNx ক্যাপিং পুরুত্ব — 40nm থেকে 80nm পর্যন্ত
পিক ফায়ারিং তাপমাত্রা — 790°C এবং 810°C এর মধ্যে সামঞ্জস্য করা হয়েছে
তারপর তারা দুটি জিনিস পরিমাপ করেছে: কন্টাক্ট রেজিস্টিভিটি ρc (TLM দ্বারা) এবং সেল IV প্যারামিটার.
এর আগে আমরা একটি 2016 JA Solar পেপার দেখেছিলাম কিভাবে রাসায়নিক গঠন (Si/N অনুপাত) সামনের দিকের SiNx অ্যান্টি-রিফ্লেকশন ফিল্ম সিলভার পেস্টের সংযোগকে প্রভাবিত করে। এই 2022 ISFH কাজটি সম্পর্কে কিভাবে ভৌত পুরুত্ব পিছনের দিকের SiNx ক্যাপিং সিলভার পেস্টের সংযোগকে প্রভাবিত করে। দুটোকে একসাথে রাখলে আপনি উভয় মাত্রা কভার করেন — "রাসায়নিক গঠন" এবং "ভৌত পুরুত্ব," সামনের ফিল্ম এবং পিছনের ফিল্ম।
সমস্ত নমুনা 800°C তে ফায়ার করা হয়েছে, শুধুমাত্র পিছনের SiNx পুরুত্ব পরিবর্তিত হয়েছে
| SiNx পুরুত্ব | মধ্যমা ρc (800°C) | অবস্থা |
|---|---|---|
| 40nm | ~1 mΩ·cm² | খুব কম |
| 50nm | ~1.5 mΩ·cm² | বাড়তে শুরু করেছে |
| 60nm | ~7 mΩ·cm² | স্পষ্টভাবে বাড়ছে |
| 70nm | ~30-40 mΩ·cm² | পরিবর্তন অঞ্চল, খাড়া বৃদ্ধি |
| 80nm | ~600 mΩ·cm² | 40nm এর তুলনায় প্রায় 600x বেশি |
55nm এবং 60nm নমুনায় ফায়ারিং তাপমাত্রা স্ক্যান
| শর্ত | মধ্যমা ρc |
|---|---|
| 55nm SiNx + 800°C | 3.2 mΩ·cm² |
| 60nm SiNx + 805°C | 2.8 mΩ·cm² |
| 60nm SiNx + 810°C | 2.0 mΩ·cm² |
প্রযুক্তিগত সুবিধা
প্রথম ফলাফল: খুব পুরু হলে পেস্ট ভেদ করে ফায়ার করতে পারে না
সমস্ত নমুনা একটি 800°C শীর্ষ তাপমাত্রায় ফায়ার করা হয়েছে, শুধুমাত্র পিছনের SiNx ক্যাপিং পুরুত্ব পরিবর্তন করে। উপরের টেবিল থেকে প্যাটার্নটি স্পষ্ট — ফায়ারিংয়ের সময় পেস্টটি যে পরিমাণ SiNx পুড়িয়ে ফেলতে পারে তা সীমিত। সেই সীমা অতিক্রম করলে পেস্টটি নীচের পলিসিলিকনে পৌঁছাতে পারে না, তাই সংযোগ প্রতিরোধ ক্ষমতা বেড়ে যায়।
SEM চিত্রগুলি সরাসরি প্রমাণ দেয়:
40nm SiNx: পেস্টটি সম্পূর্ণরূপে SiNx এবং পলিসিলিকনের মধ্য দিয়ে পুড়ে গেছে, প্রচুর মাইক্রন-স্কেল এচ পিট পলির উপর রেখে গেছে। পলিসিলিকন স্থানীয়ভাবে সম্পূর্ণ অপসারিত হয়েছে — ভালো যোগাযোগ, কিন্তু প্যাসিভেশন স্তর ক্ষতিগ্রস্ত হয়েছে।
80nm SiNx: শুধুমাত্র অল্প সংখ্যক খুব ছোট এচ পিট, পলি সম্পূর্ণ অপসারিত হওয়ার কোনো অঞ্চল নেই — প্যাসিভেশন ধরে রেখেছে, কিন্তু যোগাযোগ প্রতিরোধ প্রায় 600 গুণ বেশি (প্রায় 2.8 অর্ডার ম্যাগনিটিউড), এবং FF মূলত নষ্ট হয়ে গেছে।
ISFH-এর উপসংহার স্পষ্ট: একটি সর্বোত্তম SiNx উইন্ডো রয়েছে — 50 থেকে 60nm এর মধ্যে। খুব পাতলা হলে, পেস্ট প্যাসিভেশন ভেদ করে এবং Voc কমে যায়। খুব মোটা হলে, পেস্ট ভেদ করতে পারে না এবং যোগাযোগ প্রতিরোধ বেড়ে যায়।
দ্বিতীয় ফলাফল: পুরুত্ব এবং তাপমাত্রা জোড়া
ISFH শুধু "50-60nm সেরা" বলেই থামেনি। তারা আরও ব্যবহারিক কারখানা-তল প্রশ্ন জিজ্ঞাসা করেছিল: যদি SiNx পুরুত্ব পরিবর্তিত হয়, তাহলে কি ফায়ারিং তাপমাত্রাও পরিবর্তন করতে হবে?
তারা 55nm এবং 60nm গ্রুপ নিয়ে এবং তাপমাত্রা স্ক্যান চালিয়েছে 790°C থেকে 810°C.
ফলাফল খুব পরিষ্কার:
55nm SiNx: FF সর্বোচ্চ হয় 800°Cএ, সেখানে সেরা দক্ষতা। কম গেলে যোগাযোগ যথেষ্ট ভালো নয়; বেশি গেলে প্যাসিভেশন ক্ষতিগ্রস্ত হতে শুরু করে।
60nm SiNx: FF সর্বোচ্চ হয় 805-810°C। কারণ SiNx মোটা, পেস্ট ভেদ করতে উচ্চ তাপমাত্রা প্রয়োজন।
সরল ভাষায়: এই পরীক্ষার শর্তে, 55nm থেকে 60nm এ যেতে সর্বোত্তম ফায়ারিং তাপমাত্রা প্রায় 5-10°C বেড়ে যায়। এই ঢাল শুধুমাত্র একই পেস্ট সিস্টেমের জন্য রেফারেন্স — পেস্ট পরিবর্তন করলে পুনরায় ক্যালিব্রেট করতে হবে।
যোগাযোগ প্রতিরোধক তথ্যও এটি সমর্থন করে: উচ্চ তাপমাত্রা, ভালো যোগাযোগ — যতক্ষণ না আপনি প্যাসিভেশন পুড়িয়ে ফেলার সীমা অতিক্রম করেন।
প্রক্রিয়া: এচ পিটের আকারই মূল চাবিকাঠি
ISFH SEM ব্যবহার করে একটি খুব স্পষ্ট মানদণ্ড স্থাপন করেছে:
1μm ব্যাসের চেয়ে বড় পিট: পলি সম্পূর্ণ অপসারিত, প্যাসিভেশন ক্ষতিগ্রস্ত → Voc কমে
1μm ব্যাসের চেয়ে ছোট পিট: পলি সম্পূর্ণরূপে অপসারিত হয়নি, প্যাসিভেশন অক্ষত → যোগাযোগ প্রতিরোধ ক্ষমতা কমে যায়, Voc অপরিবর্তিত
ISFH সরাসরি বলেছে: "ভালো যোগাযোগ গঠনের জন্য নির্দিষ্ট সংখ্যক ছোট আকারের এচ পিট প্রয়োজন। 1μm ব্যাসের নিচের এচ পিটগুলি প্যাসিভেশন মানের উপর কোন প্রভাব ফেলে বলে মনে হয় না।"
লাইন মানদণ্ড: এচ পিট কম হলে ভালো নয়, এবং বেশি হলেও ভালো নয় — লক্ষ্য হল ছোট আকার, মাঝারি বিতরণ। যদি আপনি মাইক্রোস্কোপের নিচে প্রচুর >1μm পিট দেখেন, তাহলে তাপমাত্রা খুব বেশি বা SiNx খুব পাতলা, এবং প্যাসিভেশন ইতিমধ্যে ক্ষতিগ্রস্ত হচ্ছে।
পণ্য প্রয়োগ
একটি উৎপাদন লাইন আসলে কী ব্যবহার করতে পারে?
1. SiNx পুরুত্ব পাতলা হলে ভালো নয়, এবং পুরু হলেও ভালো নয়। 40nm এর নিচে, পেস্ট প্যাসিভেশনের মধ্য দিয়ে পুড়ে যায় এবং Voc কমে যায়; 80nm এর উপরে, পেস্ট ফায়ার করতে পারে না এবং যোগাযোগ প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রায় 600x বেড়ে যায়।
2. পুরুত্ব এবং তাপমাত্রা জোড়া লাগানো। SiNx পুরুত্ব পরিবর্তন করলে ফায়ারিং তাপমাত্রাও পরিবর্তন করতে হবে। ISFH-এর তথ্য একটি রেফারেন্স দেয় — এই অবস্থার অধীনে, SiNx-এর প্রতি অতিরিক্ত 5nm-এর জন্য সর্বোচ্চ তাপমাত্রা প্রায় 5-10°C বেড়ে যায় — কিন্তু পেস্ট পরিবর্তনের পরে পুনরায় ক্যালিব্রেট করুন।
3. এচ পিট একটি "উইন্ডো" নির্দেশক। SEM দ্বারা পিটের আকার এবং ঘনত্ব দেখুন এবং আপনি বিচার করতে পারেন আপনার বর্তমান পুরুত্ব-তাপমাত্রা সংমিশ্রণ উইন্ডোর ভিতরে আছে কিনা। প্রচুর >1μm পিট → খুব গরম বা ফিল্ম খুব পাতলা; প্রায় কোন পিট নেই → খুব ঠান্ডা বা ফিল্ম খুব পুরু, যোগাযোগে সমস্যা হতে পারে।
4. পিছনের ফিল্মের পুরুত্বও চেহারার ফলন এবং পেস্ট নির্বাচন নিয়ন্ত্রণ করে। উপরের তিনটি পয়েন্ট সবই সম্পর্কিত কিভাবে পুরুত্ব পেস্ট ফায়ারিংয়ের মাধ্যমে যোগাযোগ প্রতিরোধ এবং FF কে প্রভাবিত করে। কিন্তু লাইনে, পিছনের SiNx পুরুত্ব বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতার চেয়ে অনেক বেশি নিয়ন্ত্রণ করে।
বাস্তব ব্যাপক উৎপাদনে, পিছনের SiNx সাধারণত 70-85nm পরিসরে নিয়ন্ত্রিত হয় — ISFH পেপারের 50-60nm "যোগাযোগ সর্বোত্তম" এর চেয়ে পুরু। কারণটি সহজ: পেপারটি তার নির্দিষ্ট POLO কাঠামো এবং একটি নির্দিষ্ট পেস্টের জন্য বিশুদ্ধ যোগাযোগ সর্বোত্তম পরিমাপ করেছে, যখন একটি উৎপাদন লাইনকে একসাথে প্যাসিভেশন, যোগাযোগ এবং রঙের একরূপতা ভারসাম্য রাখতে হয় এবং একটি পুরু, আরও স্থিতিশীল পরিসর বেছে নেয়। আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, বাণিজ্যিক লাইন পেস্ট ISFH-এর ল্যাব পেস্টের চেয়ে ভিন্ন গ্লাস-ফ্রিট সিস্টেম ব্যবহার করে, তাই যে SiNx পুরুত্বের উইন্ডো পোড়ানো যায় সেটিও ভিন্ন।
পুরুত্ব পরিবর্তন করলে প্রতিসরাঙ্ক পরিবর্তিত হয় এবং ফিল্মের হস্তক্ষেপের রঙও পরিবর্তিত হয়। খুব পাতলা বা খুব মোটা হলে ওয়েফারগুলো দেখায় রঙের বৈচিত্র্য, অফ-কালার এবং অনুরূপ প্রসাধনী ডাউনগ্রেড যা সরাসরি প্রসাধনী ফলন কমিয়ে দেয়। এটি পেস্ট প্রস্তুতকারকের উপর একটি কঠোর প্রয়োজনীয়তা আরোপ করে: পেস্টটি অবশ্যই ব্যাক-ফিল্ম প্রক্রিয়া উইন্ডোর সাথে মিলতে হবে, ব্যাক ফিল্মকে একটি নির্দিষ্ট পেস্টের সাথে মানিয়ে নিতে বাধ্য করবে না। পুরুত্ব এবং তাপমাত্রা অবশ্যই জোড়া লাগাতে হবে, এবং পেস্ট এবং ফিল্মের পুরুত্বও জোড়া লাগাতে হবে — লাইনটি একটি সিস্টেম, একটি একক-বিন্দু টুইক নয়।
পেপারটি যা বলেনি তিনটি বিষয়
POLO এবং TOPCon-এর মধ্যে সম্পর্ক। ISFH যে POLO কন্টাক্ট ব্যবহার করেছে তা মূলত অতি-পাতলা অক্সাইড প্লাস ডোপড পলিসিলিকন (poly-Si/SiOx), যা আজকের TOPCon পিছনের কাঠামোর মতোই, তাই উপসংহারগুলি সরাসরি স্থানান্তরযোগ্য। POLO হল ISFH-এর প্রস্তাবিত একাডেমিক নাম; TOPCon হল শিল্প-মান শব্দ; মূলত একই কাঠামো।
পেস্ট মডেল অনুপ্রবেশ গভীরতাকে প্রভাবিত করে। বিভিন্ন পেস্টের বিভিন্ন গ্লাস-ফ্রিট কম্পোজিশন থাকে এবং বিভিন্ন SiNx পুরুত্ব পোড়াতে পারে। ISFH-এর 50-60nm একটি নির্দিষ্ট পেস্টের উপর ভিত্তি করে — পেস্ট পরিবর্তন করলে পুনরায় ক্যালিব্রেট করার প্রয়োজন হতে পারে।
দীর্ঘমেয়াদী নির্ভরযোগ্যতা কভার করা হয়নি। ছোট এচ পিটগুলি কি 25 বছরের আউটডোর এজিংয়ে বড় পিটে পরিণত হবে? ড্যাম্প হিটের অধীনে ইন্টারফেস কি আরও ক্ষয় হবে? পেপারটি উত্তর দেয় না।
JA Solar 2016-এর সাথে একসাথে পড়া
| মাত্রা | JA Solar 2016 | ISFH 2022 |
|---|---|---|
| প্রয়োগ | সামনের SiNx অ্যান্টি-রিফ্লেকশন ফিল্ম (ARC) | পিছনের SiNx ক্যাপিং লেয়ার |
| ফোকাস | SiNx-এর রাসায়নিক গঠন (Si/N অনুপাত) | SiNx-এর ভৌত পুরুত্ব |
| মূল পরিবর্তনশীল | SiH₄/NH₃ গ্যাস অনুপাত | SiNx পুরুত্ব + ফায়ারিং তাপমাত্রা |
| ব্যর্থতার মোড | ভুল Si/N অনুপাত → ফ্রিট সান্দ্রতার ভারসাম্যহীনতা → উচ্চ যোগাযোগ প্রতিরোধ | ভুল পুরুত্ব → পুড়ে যাওয়া বা পুড়তে ব্যর্থ হওয়া |
| দিক ঠিক করুন | গ্যাসের অনুপাত সর্বোত্তম উইন্ডোতে সামঞ্জস্য করুন | পাতলা বেধ এবং তাপমাত্রা জোড়া দিন |
| ভাগ করা প্রক্রিয়া | Frit-SiNx বিক্রিয়া গতিবিদ্যা যোগাযোগের গুণমান নির্ধারণ করে | Frit-SiNx অনুপ্রবেশ গভীরতা যোগাযোগের গুণমান নির্ধারণ করে |
দুটি পেপার পাশাপাশি রাখলে ফ্রন্ট-ফিল্ম এবং ব্যাক-ফিল্ম প্রক্রিয়ার সম্পূর্ণ চিত্র পাওয়া যায়: রাসায়নিক গঠন নির্ধারণ করে আপনি ভাল যোগাযোগ করতে পারেন কিনা, শারীরিক বেধ নির্ধারণ করে যোগাযোগের সময় নিচের অংশ ক্ষতিগ্রস্ত হয় কিনা।
কোটিংয়ের Si/N অনুপাত সামান্য পরিবর্তন করলে Rs স্পাইক, FF ভেঙে পড়ে, দক্ষতা কমে যায়
লাইনের জন্য একটি অনুস্মারক: দক্ষতা হ্রাসের জন্য শুধু পলির দিকে তাকাবেন না
দুটি পেপার শেষে, নিজেদের লাইনে ফিরে আসি। দক্ষতা হ্রাসের পেছনে ছুটলে, একজন ইঞ্জিনিয়ারের প্রথম প্রতিক্রিয়া হয় পিছনের পলির বেধ, ডোপিং লেভেল, টানেল অক্সাইড বেধ পরীক্ষা করা — FF এবং Voc-এ তাদের প্রভাব সুপরিচিত এবং এগুলি মানক পরীক্ষার বিষয়। কিন্তু পিছনের SiNx ক্যাপিং স্তর প্রায়ই 'প্যাসিভেশন/কসমেটিক স্তর' হিসেবে উড়িয়ে দেওয়া হয়, এবং খুব কম লোকই এটিকে যোগাযোগ প্রতিরোধের দৃষ্টিকোণ থেকে ভাবে।
এই ISFH পেপারের মূল্য ঠিক এটাই যে এটি এই উপেক্ষিত চলকটিকে আবার টেবিলে নিয়ে আসে: ভুল ব্যাক-ফিল্ম বেধ, পেস্ট ফায়ার থ্রু করে না বা পুড়ে যায়, এবং FF একইভাবে ভেঙে পড়ে। পরের বার যখন আপনি 'পলি প্যারামিটার অপরিবর্তিত, তবু FF রহস্যজনকভাবে কমে গেছে' পরিস্থিতিতে পড়বেন, শুধু পলির চারপাশে ঘোরাঘুরি করবেন না — ফিরে গিয়ে পরীক্ষা করুন ব্যাক-ফিল্ম বেধ এবং ফায়ারিং তাপমাত্রা এখনও জোড়া আছে কিনা।
উল্লেখযোগ্য: ISFH-এর পরীক্ষা প্রচলিত ফায়ারিংয়ের উপর ভিত্তি করে। এখন লাইনে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত LECO প্রযুক্তি পরবর্তী লেজার/কারেন্ট ধাপের মাধ্যমে যোগাযোগ অপ্টিমাইজ করতে পারে, যা কিছু পরিমাণে ফায়ারিং-তাপমাত্রা-বেধ জোড়ার প্রতি সংবেদনশীলতা কমায় — কিন্তু ব্যাক-ফিল্ম বেধ এখনও ভিত্তি উইন্ডো এবং উপেক্ষা করা যায় না।
Ooitech-এর দৃষ্টিভঙ্গি
আমরা প্রতিটি TOPCon লাইনে একই জিনিস দেখি যা আমরা কমিশন করি — পিছনের SiNx ক্যাপিংকে শুধু একটি রঙের ফিল্ম হিসেবে বিবেচনা করা হয়, এবং তারপর FF নিঃশব্দে সরে যায়, কেউ বেধ-তাপমাত্রা জোড়া পরীক্ষা করে না। ISFH ডেটা লোকেদের LECO-র দিকে ঠেলে দেওয়ার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, কারণ ফায়ারিং ধাপ থেকে যোগাযোগ গঠনকে বিচ্ছিন্ন করা প্রকৃত মার্জিন কিনে দেয় যখন আপনার পেস্টের ফ্রিট রসায়ন এবং ব্যাক-ফিল্ম উইন্ডো পুরোপুরি একমত হয় না। আপনি যদি একটি বাস্তব মডিউল লাইনে এই ধাপগুলি — কোটিং, ফায়ারিং, স্ট্রিংিং এবং সবকিছু — কীভাবে কাজ করে তা দেখতে চান, Ooitech YouTube চ্যানেলটি দেখুন www.youtube.com/ooitech অনুসরণ করার মতো। এবং মনে রাখবেন এটি একটি সেল-স্তরের অধ্যয়ন; মডিউল লাইন এই সেলগুলি উত্তরাধিকার সূত্রে পায় কিন্তু যোগাযোগের ভাগ্য ইতিমধ্যেই উপরের দিকে নির্ধারিত।
রেফারেন্স
Min B. et al., AIP Conf. Proc. 2487, 020014 (2022) (DOI: 10.1063/5.0089239)
Chen X.Y. et al., Solar Energy 126 (2016) 105–110 (DOI: 10.1016/j.solener.2016.01.001)
