আর্দ্র তাপে TOPCon কোষ: কেন পিছনের দিক প্রথমে ব্যর্থ হয়

ভূমিকা

TOPCon উচ্চ-দক্ষতা c-Si বাজারের বেশিরভাগ অংশ দখল করেছে, কিন্তু দীর্ঘমেয়াদী ক্ষেত্র নির্ভরযোগ্যতা এখনও একটি চলমান লক্ষ্য। একটি দুর্বল স্থান স্যাঁতসেঁতে তাপ গবেষণায় বারবার দেখা যাচ্ছে: পিছনের প্যাসিভেশন স্ট্যাক। একটি সাম্প্রতিক গবেষণা (Tong et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188) নির্ধারণ করেছে যে সোডিয়াম লবণ কোষের পৃষ্ঠে জমা হলে এবং 85°C/85% RH-তে থাকলে আসলে কী ভুল হয়। সংক্ষিপ্ত সংস্করণ — পিছনের SiNₓ স্তরটি দুর্বল বিন্দু, এবং একটি পাতলা ALD AlOₓ ফিল্ম এটি বেশিরভাগ ঠিক করে।

প্রধান ফলাফল সামনে

• পিছনের SiNₓ স্তরটি স্যাঁতসেঁতে তাপের দুর্বল বিন্দু। সোডিয়াম অ্যাসিটেট (CH₃COONa) পিছনের ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজ (Voc) 5.8% কমিয়েছে এবং সিরিজ রেজিস্ট্যান্স (Rₛ) 450% বাড়িয়েছে।

• সোডিয়াম লবণ পৃষ্ঠের অক্সিডেশন এবং নাইট্রোজেন ক্ষয় ত্বরান্বিত করে। XPS দেখিয়েছে পিছনের Si/N পারমাণবিক অনুপাত 1.3 থেকে 23-এ এবং O/N 1.6 থেকে 53-এ লাফিয়েছে।

• একটি 10nm ALD Al₂O₃ বাধা একটি বড় পার্থক্য তৈরি করেছে — CH₃COONa দূষণের অধীনে PCE ক্ষতি 16% থেকে মাত্র 0.4% এ নেমে এসেছে।

• সামনের প্যাসিভেশন অনেক বেশি শক্ত। AlOₓ/SiOᵧNᵣ মাল্টিলেয়ার সোডিয়াম বিস্তার বন্ধ করে, তাই সেখানে দূষণে মাত্র 0.87% PCE ক্ষতি হয়েছে।

• দুটি দূষক ভিন্নভাবে কাজ করে: সোডিয়াম অ্যাসিটেট ধাতব যোগাযোগ আক্রমণ করে, যখন সোডিয়াম ক্লোরাইড (NaCl) প্রধানত প্যাসিভেশন স্তর অক্সিডাইজ করে।

পটভূমি

মূল প্রশ্নটি বলা সহজ, উত্তর দেওয়া কঠিন: কেন TOPCon কোষগুলি স্যাঁতসেঁতে তাপে সোডিয়াম লবণের উপস্থিতিতে কর্মক্ষমতা হারায় এবং কেন পিছনের প্যাসিভেশন বেশি ক্ষতিগ্রস্ত হয় (Kyranaki et al., 2022)?

ফাঁকগুলি কোথায়

পূর্ববর্তী বেশিরভাগ কাজ ধাতব যোগাযোগের ক্ষয় (Iqbal et al., 2023) নিয়ে কেন্দ্রীভূত ছিল, কিন্তু কেউ প্যাসিভেশন স্তরের নিজস্ব রাসায়নিক ভাঙ্গন নিয়ে পদ্ধতিগতভাবে দেখেনি। সামনের এবং পিছনের স্ট্যাকগুলি ভিন্নভাবে তৈরি — সামনে AlOₓ/SiNₓ/SiOᵧNᵣ, পিছনে ডোপড পলি-Si-এর উপর SiNₓ — এবং তাদের ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা কখনও সরাসরি তুলনা করা হয়নি (Feldmann et al., 2014)। এর উপরে, দুটি সাধারণ দূষক (CH₃COONa বনাম NaCl) একই আচরণ করে বলে মনে করা হত, কিন্তু তারা তা করে না (Li et al., 2021)।

এটি সঠিকভাবে বোঝা প্রকৃত অর্থের জন্য গুরুত্বপূর্ণ। পিভি প্ল্যান্টগুলি 25 বছরের আয়ুষ্কালের প্রতিশ্রুতিতে বিক্রি হয় (Peters et al., 2021), এবং আর্দ্রতার অধীনে দেখা দেওয়া একটি পিছনের দিকের ব্যর্থতা মোড ঠিক সেই ধরণের জিনিস যা এতে ভাগ বসায়।

পদ্ধতি

কর্মপ্রবাহটি প্রকৃত উৎপাদন প্রবাহের কাছাকাছি রাখা হয়েছিল: শিল্প TOPCon কোষ → সামনে বা পিছনের পৃষ্ঠে সোডিয়াম লবণের স্থানীয় স্প্রে → ত্বরিত ড্যাম্প হিট (85°C/85% RH) → বৈদ্যুতিক এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যায়ন → একটি ALD AlOₓ বাধা পরীক্ষা → সুরক্ষা প্রক্রিয়া বের করা।

এখানে নতুন কী

তত্ত্বের দিক থেকে, এটি প্রথম গবেষণা যা পিছনের SiNₓ স্তরে নাইট্রোজেন ক্ষতিকে Voc ড্রপের প্রধান চালক হিসেবে নির্দেশ করে। ব্যবহারিক দিক থেকে, 10nm AlOₓ স্তরটি স্ট্যান্ডার্ড শিল্প ALD টুলিংয়ে চলে এবং পরম দক্ষতায় মাত্র 0.01% খরচ করে। এবং পদ্ধতিগতভাবে, দলটি একটি কোষ-স্তরের DH পরীক্ষা তৈরি করেছে যেখানে 20 ঘন্টা বহু বছরের বহিরঙ্গন বার্ধক্যের প্রতিনিধিত্ব করে (Sen et al., 2023)।

যুক্তি শৃঙ্খল অনুসরণ করা সহজ: পিছনের দূষণ একটি তীক্ষ্ণ Voc ড্রপ ঘটায়, যা সরাসরি প্যাসিভেশন ব্যর্থতার দিকে নির্দেশ করে। XPS তারপর SiNₓ জারণ বিক্রিয়া এবং এটি খোলা সোডিয়াম বিস্তার পথ নিশ্চিত করে। AlOₓ স্তর যোগ করুন, সোডিয়াম ব্লক করুন, এবং PL ইমেজিং নিশ্চিত করে যে ত্রুটিগুলি দমন করা হয়েছে।

পদ্ধতি

নমুনা প্রস্তুতি

কীভাবে পরিমাপ করা হয়েছিল

• I-V প্যারামিটার (Pmax, Voc, FF, Jsc) LOANA সিস্টেমের মাধ্যমে (pv-tools)।

• কার্যকর সংখ্যালঘু ক্যারিয়ার জীবনকাল (τ_eff) এর মাধ্যমে প্যাসিভেশন গুণমান।

• XPS এবং SEM-EDS এর মাধ্যমে সারফেস কেমিস্ট্রি।

ফলাফল ও আলোচনা

বৈদ্যুতিক অবক্ষয়

পিছনের দিকটি স্পষ্টতই সংবেদনশীল। পিছনে CH₃COONa প্রয়োগ করলে Voc ৫.৮% কমেছে, Rₛ ৪৫০% বেড়েছে (সারণী ১), এবং PL তীব্রতা ৩৭.৩% কমেছে (চিত্র ৩ক)। সামনের দিকে একই চিকিৎসায় PCE মাত্র ০.৮৭% কমেছে। একই লবণ, কিন্তু কোন দিকে লাগছে তার উপর নির্ভর করে ফলাফল খুব আলাদা।

প্যাসিভেশনের রাসায়নিক ভাঙ্গন

পিছনের পৃষ্ঠের XPS দেখিয়েছে Si-O বন্ডের ভগ্নাংশ ব্যাপকভাবে বেড়েছে (চিত্র ৫খ), যেখানে O/N পারমাণবিক অনুপাত নিয়ন্ত্রণে ১.৬ থেকে CH₃COONa গ্রুপে ৫৩ হয়েছে। প্রক্রিয়াটি হলো নাইট্রোজেন ক্ষয় — ড্যাম্প হিট SiNₓ কে হাইড্রোলাইজ করে এবং পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন নষ্ট করে।

AlOₓ বাধা কী করে

১০nm ALD AlOₓ থাকলে, পিছনের CH₃COONa দূষণে PCE ক্ষতি ১৬% থেকে ০.৪% এ নেমে এসেছে, এবং Voc স্থির থেকেছে (চিত্র ৬ক)। SEM-EDS দেখিয়েছে AlOₓ নমুনায় সোডিয়ামের পরিমাণ ৮৬% কমেছে (চিত্র ৬গ), এবং PL তে কোনো ত্রুটি সক্রিয়তা দেখা যায়নি (চিত্র ৬খ)। বাধাটি ঠিক যা চাওয়া হয় তাই করছে — সোডিয়ামকে বাইরে রাখছে।

উপসংহার

প্রধান শিক্ষণীয় বিষয়

পিছনের SiNₓ স্তরটি ড্যাম্প হিট ও সোডিয়াম লবণের সংস্পর্শে হাইড্রোলাইজ ও অক্সিডাইজ হয়, যা Voc কমায় এবং Rₛ বাড়ায় (XPS/EDS দ্বারা সমর্থিত, চিত্র ৪-৫)। একটি ১০nm AlOₓ স্তর সোডিয়াম বিস্তার রোধ করে এবং DH85 এ PCE ক্ষতি ১% এর নিচে রাখে (চিত্র ৬ক)। আর সামনের AlOₓ/SiOᵧNᵣ মাল্টিলেয়ারটি সহজাতভাবে জারা-প্রতিরোধী, তাই সেখানে দূষণ খুব কমই প্রভাব ফেলে।

কেন এটি কার্যকর

AlOₓ বাধা সরাসরি TOPCon ব্যাপক উৎপাদনে ব্যবহার করা যেতে পারে, যেমন Leadmicro QL200 টুলে। আরও দীর্ঘমেয়াদে, ডাবল-গ্লাস মডিউল এনক্যাপসুলেশনে AlOₓ কে SiNₓ এর সাথে যুক্ত করলে আর্দ্র অঞ্চলে প্ল্যান্টের আয়ু বাড়ানো যেতে পারে।

পটভূমি সম্পর্কে কিছু তথ্য

• TOPCon গঠন: একটি টানেল অক্সাইড (SiO₂) এবং ডোপড পলি-Si প্যাসিভেটিং কন্টাক্ট, যা ধাতুতে পুনর্মিলন কমায় (Feldmann et al., 2014)।

• ALD: স্তরে স্তরে ন্যানো-ফিল্ম বৃদ্ধি, যা সমান ন্যানোমিটার-স্কেল AlOₓ আবরণ দেয়।

• DH পরীক্ষা: ৮৫°C/৮৫% RH ত্বরিত বার্ধক্য যা আর্দ্র জলবায়ুতে মডিউল অবক্ষয় অনুকরণ করে।

• SiNₓ প্যাসিভেশন: হাইড্রোজেনেটেড সিলিকন নাইট্রাইড, অ্যান্টি-রিফ্লেকশন ও পৃষ্ঠ প্যাসিভেশনের জন্য ভাল, কিন্তু এতে ড্যাংলিং বন্ড থাকে এবং সহজেই হাইড্রোলাইজ হয়।

রেফারেন্স

• Tong H. et al., Mitigating contaminant-induced degradation in TOPCon solar cells via ALD AlOₓ barrier, DOI: 10.1016/j.solmat.2024.113188

• Feldmann F. et al., Passivated rear contacts for high-efficiency n-type Si solar cells, Solar Energy Materials and Solar Cells 120 (2014) 270–274.

• Li X. et al., Accelerated damp-heat testing of TOPCon cells using NaCl, Solar Energy Materials and Solar Cells 262 (2023) 112554.

• Peters I.M. et al., The value of stability in photovoltaics, Joule 5 (2021) 3137–3153.

Ooitech-এর দৃষ্টিভঙ্গি

এখানে যা উল্লেখযোগ্য তা হল নির্ভরযোগ্যতার গল্পটি সেল ডিজাইনের শিরোনামে নয়, বরং পিছনের প্যাসিভেশন স্ট্যাকে কতটা লুকিয়ে আছে। একটি বাস্তব লাইনে, অতিরিক্ত 10nm ALD AlOₓ ধাপ আর্দ্র জলবায়ু প্রকল্পের জন্য সস্তা বীমা, এবং এটি স্ট্যান্ডার্ড মডিউল উৎপাদনে খুব বেশি ঝামেলা ছাড়াই ফিট হয়ে যায়। আমরা শুরু থেকে শেষ পর্যন্ত টার্নকি মডিউল লাইন তৈরি করি, তাই আমরা এই ধরনের ফলাফলগুলি ঘনিষ্ঠভাবে পর্যবেক্ষণ করি — উজানে ছোট প্রক্রিয়া পরিবর্তনগুলি প্রায়শই নির্ধারণ করে যে একটি প্ল্যান্ট 25 বছর ধরে টিকে থাকবে কিনা। আপনি যদি কারখানা থেকে আরও জানতে চান, Ooitech YouTube চ্যানেল (www.youtube.com/ooitech) অনুসরণ করার মতো।