TOPCon সেল UVID অধ্যয়ন: নন-কন্টাক্ট IV পরীক্ষা প্যাসিভেশন ডিগ্রেডেশন এবং 6.72% দক্ষতা ক্ষতি ট্র্যাক করে

TOPCon সেল UVID এবং নন-কন্টাক্ট IV টেস্টিং

TOPCon সোলার সেলগুলি তাদের শক্তিশালী সারফেস প্যাসিভেশন এবং ক্যারিয়ার-সিলেক্টিভ কন্টাক্টের কারণে ফটোভোল্টাইক বাজারে একটি শীর্ষস্থানীয় অবস্থান অর্জন করেছে। তবে, আউটডোর অপারেশন তাদের অতিবেগুনী-প্ররোচিত অবক্ষয় বা UVID-এর সংস্পর্শে আনে। এই গবেষণায়, রূপান্তর দক্ষতা কমেছে UV60 এক্সপোজারের পর 6.72%.

পূর্ববর্তী কাজ প্রায়শই UVID-কে প্রধানত উচ্চ-শক্তি ফোটন দ্বারা Si–H বন্ড ভেঙে মোবাইল হাইড্রোজেন নিঃসরণের সাথে যুক্ত করেছে। সোলার অতিবেগুনী বর্ণালী অনেক বিস্তৃত ফোটন-শক্তি পরিসর জুড়ে রয়েছে 3.1–4.43 eV, তাই ফ্রন্ট-সারফেস উপকরণের সাথে এর মিথস্ক্রিয়া শুধুমাত্র Si–H বন্ড ভাঙন দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায় না। ফ্রন্ট Al₂O₃/SiNₓ স্ট্যাকও রিয়ার-সাইড স্ট্রাকচারের তুলনায় অনেক দুর্বল UV প্রতিরোধ দেখায়।

Millennial Solar নন-কন্টাক্ট IV টেস্টার কোনও ভোগ্যপণ্য ছাড়াই অ-ধ্বংসাত্মক পরীক্ষা এবং মিলিসেকেন্ড-স্তরের পরিমাপ গতি প্রদান করে। এটি ব্যাক-কন্টাক্ট এবং বাসবারলেস সেল ডিজাইনের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ এবং একটি পরীক্ষা সিকোয়েন্সে বহুমাত্রিক IV, EQE এবং PL প্যারামিটার পেতে পারে।

এই গবেষণায় টাইম-অফ-ফ্লাইট সেকেন্ডারি আয়ন মাস স্পেকট্রোমেট্রি (ToF-SIMS) এবং ডেপথ-প্রোফাইল এক্স-রে ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (XPS) ব্যবহার করে Al₂O₃/SiNₓ স্তরগুলিতে UV60 এক্সপোজারের আগে এবং পরে মৌলিক বিতরণ এবং রাসায়নিক বন্ড পরিবর্তন ট্র্যাক করা হয়েছে। ফলাফলগুলি দেখায় যে N–H বন্ড ভাঙন Si–H বন্ড ভাঙনের পাশাপাশি দ্বিতীয় হাইড্রোজেন উৎস হিসাবে কাজ করে। UV এক্সপোজার নিরাকার Al₂O₃-তে Al–O বন্ডকেও ক্ষতিগ্রস্ত করে, প্রচুর সংখ্যক অক্সিজেন ভ্যাকেন্সি তৈরি করে। সম্মিলিত হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন প্রক্রিয়াগুলি সারফেস রিকম্বিনেশন বাড়ায় এবং প্যাসিভেশন-স্তর নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করার জন্য একটি স্পষ্ট ভিত্তি প্রদান করে।

পরীক্ষামূলক পদ্ধতি

Millennial Solar

(a) TOPCon সোলার সেলের পরিকল্পিত গঠন; (b) সিমেট্রিক ফ্রন্ট-স্ট্রাকচার নমুনা; (c) সিমেট্রিক রিয়ার-স্ট্রাকচার নমুনা।

দুটি সিমেট্রিক নমুনা গঠন প্রস্তুত করা হয়েছিল। ফ্রন্ট স্ট্রাকচার ছিল SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ. পিছনের কাঠামোতে SiOₓ/n⁺-poly-Si স্তর অন্তর্ভুক্ত ছিল। UV বার্ধক্য মডিউল স্তরে পরিচালিত হয়েছিল একটি আলোর উৎস ব্যবহার করে যা প্রধানত UV-A এবং প্রায় 11% UV-B নিয়ে গঠিত। পরীক্ষার শর্ত ছিল 60°C এবং 30% আপেক্ষিক আর্দ্রতা।

অতিবেগুনী আলোর উৎসের বর্ণালী বিকিরণ।

সামনের এবং পিছনের কাঠামোর UV প্রতিরোধ

Millennial Solar

UV এক্সপোজারের সময় প্রতিসম সামনের এবং পিছনের কাঠামোর নমুনাগুলির পরিবর্তন: (a) কার্যকর ক্যারিয়ার জীবনকাল, τeff, 1 × 10¹⁵ cm⁻³ ইনজেক্টেড ক্যারিয়ার ঘনত্বে; (b) অন্তর্নিহিত ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজ, iVoc; এবং (c) একক-পার্শ্ব স্যাচুরেশন কারেন্ট ঘনত্ব, J₀।

প্রতিসম পিছনের কাঠামোটি শুধুমাত্র সামান্য অবনতি দেখিয়েছে 60 kWh·m⁻² UV এক্সপোজারের পরে। এর 120 nm পলি-Si স্তর প্রায় সমস্ত ঘটনা UV বিকিরণ শোষণ করেছে এবং অন্তর্নিহিত ইন্টারফেসকে কার্যকর সুরক্ষা প্রদান করেছে।

প্রতিসম সামনের কাঠামোটি অনেক বেশি গুরুতরভাবে অবনতি হয়েছে:

• কার্যকর ক্যারিয়ার জীবনকাল, τeff, কমেছে 2,895.6 μs থেকে 1,552.8 μs.

• অন্তর্নিহিত ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজ, iVoc, কমেছে 735.5 mV থেকে 715.2 mV.

• একক-পার্শ্ব J₀ বেড়ে হয়েছে 18.4 fA·cm⁻², যা এর প্রাথমিক মানের প্রায় তিনগুণ।

• Al₂O₃/SiNₓ প্যাসিভেশন কর্মক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে অবনতি হয়েছে।

এই ফলাফলগুলি নিশ্চিত করে যে সামনের SiNₓ/Al₂O₃ স্ট্যাকটি পিছনের SiOₓ/poly-Si কাঠামোর তুলনায় অতিবেগুনী বিকিরণের জন্য যথেষ্ট বেশি ঝুঁকিপূর্ণ।

রাসায়নিক গঠনের বিবর্তন

Millennial Solar

UV60 এক্সপোজারের আগে এবং পরে পলিশ করা সিমেট্রিক ফ্রন্ট-স্ট্রাকচার নমুনায় (a) হাইড্রোজেন এবং (b) অক্সিজেন তীব্রতার ToF-SIMS গভীরতা প্রোফাইল।

ToF-SIMS দেখিয়েছে যে অতিবেগুনী এক্সপোজারের পরে হাইড্রোজেন ঘনত্ব স্পষ্টভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে, বিশেষ করে SiNₓ স্তরের ভিতরে। N 1s XPS সংকেতের গভীরতা-প্রোফাইল বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে SiNₓ/Al₂O₃ ইন্টারফেসে N–H বন্ধনের অনুপাত 9.64% থেকে 5.97%এ কমে গেছে। এটি নিশ্চিত করে যে Si–H বন্ধন বিচ্ছেদের পাশাপাশি N–H বন্ধন ভাঙা আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ হাইড্রোজেন উৎস।

মুক্ত হওয়া কিছু হাইড্রোজেন SiNₓ পৃষ্ঠের দিকে বিচ্ছুরিত হয়ে আবার সিলিকনের সাথে বন্ধন তৈরি করেছে। এটি ব্যাখ্যা করে কেন পৃষ্ঠের কাছাকাছি স্থানীয় N–H অনুপাত ক্রমাগত কমার পরিবর্তে বেড়েছে।

অক্সিজেনের বিবর্তনও গুরুত্বপূর্ণ ছিল। Al₂O₃ স্তরের ভিতরে অক্সিজেন ঘনত্ব সামান্য কমেছে, যখন এটি SiNₓ/Al₂O₃ এবং Al₂O₃/Si উভয় ইন্টারফেসেই বেড়েছে। এই বন্টন ইঙ্গিত দেয় যে Al–O বন্ধন ভেঙে মুক্ত হওয়া অক্সিজেন Al₂O₃ ফিল্ম থেকে বাইরের দিকে বিচ্ছুরিত হয়েছে।

একটি আদর্শ স্ফটিকে Al–O বন্ধন শক্তি প্রায় 5.3 eV। নিরাকার Al₂O₃ ভিন্ন। নিম্ন-সমন্বিত অ্যালুমিনিয়াম আয়ন এবং ঋণাত্মক চার্জযুক্ত অক্সিজেন শূন্যস্থান সংলগ্ন Al–O বন্ধন ভাঙার সক্রিয়করণ শক্তি প্রায় 2.4 eVএ কমিয়ে দিতে পারে। একটি 400 nm অতিবেগুনী ফোটন প্রায় 3.1 eVবহন করে, যা এই প্রক্রিয়া শুরু করার জন্য ইতিমধ্যেই যথেষ্ট।

UV60 এক্সপোজারের আগে এবং পরে বিভিন্ন Al₂O₃/SiNₓ ইন্টারফেসে N 1s গভীরতা-প্রোফাইল XPS স্পেকট্রা, যার মধ্যে 397.5 eV-তে ফিট করা N–Si বন্ধন এবং 399.5 eV-তে N–H বন্ধন অন্তর্ভুক্ত।

O 1s XPS ফলাফলগুলি জালিকা অক্সিজেন (OI হিসাবে চিহ্নিত) থেকে অক্সিজেন-শূন্যস্থান-সম্পর্কিত উপাদান (OII হিসাবে চিহ্নিত) এ রূপান্তর দেখিয়েছে। Al 2p স্পেকট্রায়, Al₂O₃ অনুপাত 69.99% থেকে 60.36%এ কমেছে, যখন Al–OH 30.01% থেকে 39.64%.

এ বেড়েছে। Si 2p স্পেকট্রাও Si²⁺ বৃদ্ধি এবং উচ্চতর সিলিকন জারণ অবস্থার হ্রাস দেখিয়েছে। অক্সিজেন-শূন্যস্থান গঠনের সময় নির্গত ইলেকট্রনগুলি উচ্চতর জারণ অবস্থা থেকে সিলিকনকে হ্রাস করেছে। অক্সিজেন, অ্যালুমিনিয়াম এবং সিলিকন বন্ধনে এই সমন্বিত পরিবর্তনগুলি একটি একক বিচ্ছিন্ন বন্ধন-ভাঙার প্রতিক্রিয়ার পরিবর্তে Al₂O₃ ফিল্মের ব্যাপক ক্ষতি নির্দেশ করে।

বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতা অবনতি

Millennial Solar

UV60 এক্সপোজারের আগে এবং পরে TOPCon সোলার সেলের EQE এবং প্রতিফলন বক্ররেখা।

UV60 এক্সপোজারের পর প্রতিফলন প্রায় অপরিবর্তিত ছিল। EQE 500 nm-এর নিচের স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্য অঞ্চলে মাঝারি হ্রাস দেখিয়েছে, যা সামনের পৃষ্ঠে শক্তিশালী পুনর্মিলনের সাথে সম্পর্কিত।

UV60 এক্সপোজারের সময় TOPCon সোলার সেলের সামনের যোগাযোগ প্রতিরোধকতার পরিবর্তন।

সামনের যোগাযোগ প্রতিরোধকতা UV ডোজের সাথে প্রায় রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে, যা পৌঁছেছে 4.1 mΩ·cm², প্রায় 8.6 গুণ এর প্রাথমিক মান। প্রস্তাবিত প্রক্রিয়াটি প্যাসিভেশন স্তরের ভিতরে উৎপন্ন মোবাইল হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেনের সাথে যুক্ত। এই প্রজাতিগুলি ইলেক্ট্রোড ইন্টারফেসের দিকে বিস্তৃত হয় এবং জারণ-হ্রাস বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে।

UV বিকিরণ রূপালী পৃষ্ঠের জল অণুগুলিকে হাইড্রোক্সিল র্যাডিকেলে রূপান্তর করতে পারে। একসাথে, এই বিক্রিয়াগুলি ধাতব ইলেক্ট্রোডের ক্ষয়কে উৎসাহিত করে এবং যোগাযোগ প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ায়।

UV60 এক্সপোজারের সময় TOPCon সোলার সেলের বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতা হ্রাস: (a) Voc; (b) Jsc; (c) FF; এবং (d) দক্ষতা।

চূড়ান্ত বৈদ্যুতিক ক্ষতি বিভিন্ন প্যারামিটারে বিতরণ করা হয়েছিল:

• Voc 3.46% হ্রাস পেয়েছে, প্রধানত সামনের পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন অবনতি এবং J₀ বৃদ্ধির কারণে।

• FF 2.82% হ্রাস পেয়েছে, প্রধানত সামনের যোগাযোগ প্রতিরোধকতার তীব্র বৃদ্ধির কারণে।

• Jsc মাত্র 0.64% হ্রাস পেয়েছে, কারণ EQE ক্ষতি প্রধানত স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্য অঞ্চলে সীমাবদ্ধ ছিল।

• রূপান্তর দক্ষতা 6.72% হ্রাস পেয়েছে UV60 এক্সপোজারের পরে।

TOPCon সোলার সেলের সামনের SiNₓ/Al₂O₃ গঠনের তাই পিছনের গঠনের তুলনায় অনেক কম অতিবেগুনী প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে। UV এক্সপোজারের অধীনে, Si–H এবং N–H বন্ধন ভেঙে যায় এবং মোবাইল হাইড্রোজেন মুক্ত করে। নিরাকার Al₂O₃-তে Al–O বন্ধনও ক্ষতিগ্রস্ত হয়, অক্সিজেন মুক্ত করে এবং অক্সিজেন শূন্যতার উচ্চ ঘনত্ব তৈরি করে। একই সময়ে, Al₂O₃ Al–OH-এর দিকে স্থানান্তরিত হয় এবং সিলিকন জারণ অবস্থা বিতরণ পরিবর্তিত হয়।

হাইড্রোজেন- এবং অক্সিজেন-সম্পর্কিত অবনতি প্রক্রিয়াগুলি পৃষ্ঠের পুনর্মিলনকে তীব্র করতে একসাথে কাজ করে। সামনের যোগাযোগ প্রতিরোধকতার সহগামী বৃদ্ধি একটি পৃথক বৈদ্যুতিক ক্ষতি যোগ করে, যা পরিমাপিত 6.72% দক্ষতা হ্রাসের দিকে পরিচালিত করে. এই ফলাফলগুলি TOPCon UVID বোঝার এবং সামনের দিকের প্যাসিভেশন স্ট্যাকের দীর্ঘমেয়াদী নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করার জন্য একটি কার্যকর রেফারেন্স প্রদান করে।

Ooitech-এর দৃষ্টিভঙ্গি

মূল বিষয় হল TOPCon UVID কে একটি সাধারণ Si–H বন্ধন সমস্যা হিসেবে বিবেচনা করা যায় না। প্যাসিভেশন রসায়ন, অক্সিজেন-শূন্যতা নিয়ন্ত্রণ এবং ধাতবকরণ স্থিতিশীলতা একসাথে মূল্যায়ন করতে হবে, বিশেষ করে দীর্ঘ বহিরঙ্গন সেবার জন্য মডিউল উৎপাদন প্রক্রিয়াগুলি যোগ্যতা অর্জনের সময়। নন-কন্টাক্ট IV, EQE এবং PL ট্র্যাকিং ক্রমবর্ধমান সূক্ষ্ম সেল ডিজাইনে যান্ত্রিক যোগাযোগের ক্ষতি না করেই এই ক্ষতিগুলি আগে শনাক্ত করতে সাহায্য করতে পারে।