TOPCon সোলার সেলে UVID: নন-কন্টাক্ট IV টেস্টিং

ভূমিকা

TOPCon সোলার সেলগুলি এখন শক্তিশালী পৃষ্ঠ প্যাসিভেশন এবং ক্যারিয়ার-সিলেক্টিভ কন্টাক্টের কারণে PV বাজারে আধিপত্য বিস্তার করেছে। কিন্তু বহিরঙ্গন পরিচালনা একটি বাস্তব দুর্বল দিক প্রকাশ করে: UV প্ররোচিত অবক্ষয়, বা UVID। UV60 বিকিরণের পরে, দক্ষতা 6.72% পর্যন্ত হ্রাস পায়।

আগের বেশিরভাগ কাজ UVID-কে উচ্চ-শক্তির ফোটন দ্বারা Si–H বন্ধন ভেঙে মুক্ত হাইড্রোজেন নির্গত করার জন্য দায়ী করেছিল। এটি গল্পের মাত্র একটি অংশ। সৌর UV বর্ণালী ৩.১–৪.৪৩ eV শক্তির বিস্তৃত পরিসর জুড়ে, তাই সামনের সারফেস স্তরগুলির সাথে এর মিথস্ক্রিয়া একটি একক Si–H বিচ্ছেদ পথের বাইরে যায়। এবং সামনের Al₂O₃ / SiNₓ স্ট্যাক পিছনের দিকের তুলনায় UV-এর বিরুদ্ধে অনেক দুর্বল।

একটি নন-কন্টাক্ট IV টেস্টার এখানে অনেক সাহায্য করে। এটি অ-ধ্বংসাত্মক, শূন্য ভোগ্যপণ্য ব্যবহার করে, মিলিসেকেন্ড গতিতে চলে, BC এবং বাসবার-মুক্ত ডিজাইনের সাথে কাজ করে এবং একক শটে IV, EQE এবং PL প্যারামিটার টানে।

এই গবেষণাটি UV60-এর আগে এবং পরে Al₂O₃ / SiNₓ স্তরগুলিতে উপাদান বিতরণ এবং রাসায়নিক বন্ধন পরিবর্তন ট্র্যাক করতে ToF-SIMS এবং ডেপথ-প্রোফাইলিং XPS ব্যবহার করে। ফলাফল: N–H বন্ধন ভাঙা Si–H-এর পাশাপাশি একটি দ্বিতীয় হাইড্রোজেন উৎস। নিরাকার Al₂O₃-তে Al–O বন্ধন UV দ্বারা ভেঙে যায় এবং প্রচুর অক্সিজেন শূন্যতা তৈরি করে। হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন প্রক্রিয়াগুলি স্তূপাকার হয়ে সারফেস পুনর্মিলনকে আরও খারাপ করে, প্যাসিভেশন নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করার জন্য একটি স্পষ্ট দিকনির্দেশ দেয়।

পরীক্ষামূলক পদ্ধতি

(a) TOPCon সোলার সেল গঠন পরিকল্পিত (b) প্রতিসম সামনের-গঠন নমুনা (c) প্রতিসম পিছনের-গঠন নমুনা

প্রতিসম সামনের-গঠন নমুনা (SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ) এবং প্রতিসম পিছনের-গঠন নমুনা (SiOₓ/n⁺-poly-Si স্তর সহ) প্রস্তুত করা হয়েছিল। UV বার্ধক্য মডিউল স্তরে সম্পন্ন হয়েছিল। আলোর উৎস প্রধানত UV-A ছিল প্রায় ১১% UV-B সহ, ৬০°C এবং ৩০% আর্দ্রতায়।

UV আলোর উৎসের বর্ণালী বিকিরণ

সামনের বনাম পিছনের গঠন: UV প্রতিরোধের তুলনা

UV এক্সপোজারের সময় প্রতিসম সামনের- এবং পিছনের-গঠন নমুনার জন্য (a) ১×১০¹⁵ cm⁻³ ইনজেকশন ক্যারিয়ার ঘনত্বে τeff, (b) iVoc, এবং (c) একক-পার্শ্ব J₀-তে পরিবর্তন

প্রতিসম পিছনের কাঠামোটি ৬০ kWh·m⁻² UV বিকিরণের পরেও খুব কম ক্ষয়প্রাপ্ত হয়েছে। এর ১২০ nm পুরু poly-Si স্তর প্রায় সমস্ত UV আলো শোষণ করে এবং কার্যকর সুরক্ষা প্রদান করে।

সামনের কাঠামোটি ভিন্ন গল্প বলেছে। τeff ২৮৯৫.৬ μs থেকে ১৫৫২.৮ μs-এ নেমে গেছে। iVoc ৭৩৫.৫ mV থেকে ৭১৫.২ mV-এ পড়েছে। একক-পার্শ্ব J₀ ১৮.৪ fA·cm⁻²-এ বেড়ে গেছে, যা প্রাথমিক মানের প্রায় তিনগুণ। Al₂O₃ / SiNₓ প্যাসিভেশন মারাত্মকভাবে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়েছে।

রাসায়নিক গঠনের বিবর্তন

UV60-এর আগে এবং পরে পালিশ করা প্রতিসম সামনের কাঠামোর নমুনায় (a) হাইড্রোজেন এবং (b) অক্সিজেনের তীব্রতা গভীরতা প্রোফাইল, ToF-SIMS দ্বারা পরিমাপ করা হয়েছে

ToF-SIMS দেখায় যে UV বিকিরণের পরে হাইড্রোজেনের ঘনত্ব স্পষ্টভাবে বৃদ্ধি পায়, বিশেষ করে SiNₓ স্তরের ভিতরে। N 1s XPS গভীরতা প্রোফাইলিং দেখায় যে SiNₓ / Al₂O₃ ইন্টারফেসে, N–H বন্ডের ভগ্নাংশ ৯.৬৪% থেকে ৫.৯৭%-এ নেমে গেছে। তাই N–H বন্ড ভাঙা Si–H ছাড়াও দ্বিতীয় হাইড্রোজেন উৎস। মুক্ত হাইড্রোজেন SiNₓ পৃষ্ঠ অঞ্চলের দিকে ছড়িয়ে পড়ে এবং সেখানে সিলিকনের সাথে পুনরায় মিলিত হয়, এই কারণেই সেই পৃষ্ঠের কাছে N–H ভগ্নাংশ আসলে বৃদ্ধি পায়।

অক্সিজেনও সমান গুরুত্বপূর্ণ একটি গল্প বলে। Al₂O₃ স্তরে অক্সিজেন সামান্য কমেছে, যখন SiNₓ/Al₂O₃ এবং Al₂O₃/Si ইন্টারফেসে অক্সিজেন বৃদ্ধি পেয়েছে। এটি Al–O বন্ড ভাঙা এবং মুক্ত অক্সিজেনের বাইরের দিকে স্থানান্তর নির্দেশ করে। একটি আদর্শ স্ফটিকে Al–O বন্ড শক্তি প্রায় ৫.৩ eV। কিন্তু নিরাকার Al₂O₃-এ, কম-সমন্বিত অ্যালুমিনিয়াম আয়ন এবং অক্সিজেন শূন্যতা ইলেকট্রন আটকে নেতিবাচক চার্জে পরিণত হয়, যা সংলগ্ন Al–O বন্ড ভাঙার সক্রিয়করণ শক্তি প্রায় ২.৪ eV-এ নামিয়ে আনে। এর অর্থ ৪০০ nm UV আলো (৩.১ eV) সেগুলি ভাঙার জন্য যথেষ্ট।

UV60-এর আগে এবং পরে Al₂O₃/SiNₓ স্তরের বিভিন্ন ইন্টারফেসে N 1s গভীরতা-প্রোফাইলিং XPS স্পেকট্রা, N–Si (৩৯৭.৫ eV) এবং N–H (৩৯৯.৫ eV) বন্ডের জন্য ফিট করা বক্ররেখা সহ

O 1s XPS দেখায় যে জালি অক্সিজেন (OI) অক্সিজেন শূন্যতায় (OII) রূপান্তরিত হচ্ছে। Al 2p স্পেকট্রায়, Al₂O₃ ভগ্নাংশ ৬৯.৯৯% থেকে ৬০.৩৬%-এ নেমে গেছে যখন Al–OH ৩০.০১% থেকে ৩৯.৬৪%-এ বেড়েছে। Si 2p স্পেকট্রায়, Si²⁺ বৃদ্ধি পেয়েছে যখন উচ্চ-ভ্যালেন্স সিলিকন কমেছে। অক্সিজেন শূন্যতা গঠনের সময় নির্গত ইলেকট্রন সিলিকনকে উচ্চ জারণ অবস্থা থেকে হ্রাস করে। একসাথে নিলে, অক্সিজেন, অ্যালুমিনিয়াম এবং সিলিকন বন্ধনে এই পরিবর্তনগুলি দেখায় যে Al₂O₃ ফিল্মের গুণমান ইতিমধ্যে ক্ষতিগ্রস্ত হয়েছে।

বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতা অবনতি

UV60-এর আগে এবং পরে TOPCon সৌর কোষের EQE এবং প্রতিফলন বক্ররেখা

UV60 এক্সপোজারের সময় TOPCon সৌর কোষের সামনের যোগাযোগ প্রতিরোধ ক্ষমতার পরিবর্তন

UV60-এর পরে প্রতিফলন মূলত অপরিবর্তিত ছিল। EQE 500 nm-এর নিচের স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্য অঞ্চলে মাঝারি হ্রাস দেখিয়েছে, যা শক্তিশালী সামনের পৃষ্ঠের পুনর্মিলনের সাথে মিলে যায়। সামনের যোগাযোগের প্রতিরোধ ক্ষমতা UV ডোজের সাথে প্রায় রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে, 4.1 mΩ·cm²-এ পৌঁছেছে, যা প্রায় 8.6 গুণ বেশি। কারণ: প্যাসিভেশন স্তরে উৎপন্ন মুক্ত হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন ইলেকট্রোড ইন্টারফেসে ছড়িয়ে পড়ে এবং রেডক্স বিক্রিয়ায় অংশ নেয়। UV রূপালী পৃষ্ঠের জল অণুগুলিকে হাইড্রোক্সিল র্যাডিকেলে রূপান্তরিত করে এবং তারা একসাথে ধাতব ইলেকট্রোডকে ক্ষয় করে।

UV60 এক্সপোজারের সময় বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতা অবনতির হার: (a) Voc (b) Jsc (c) FF (d) Eff

Voc আপেক্ষিকভাবে 3.46% কমেছে, যা সামনের পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন অবনতি এবং J₀ বৃদ্ধির কারণে। FF 2.82% কমেছে, যা সামনের যোগাযোগের প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধির কারণে। Jsc মাত্র 0.64% কমেছে, কারণ স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের EQE ক্ষতি সীমিত ছিল। চূড়ান্ত ফটোইলেকট্রিক রূপান্তর দক্ষতার ক্ষতি 6.72% হয়েছে।

উপসংহার

TOPCon কোষের সামনের SiNₓ/Al₂O₃ কাঠামো UV-এর বিরুদ্ধে পিছনের কাঠামোর তুলনায় অনেক দুর্বল। UV-এর অধীনে, Si–H এবং N–H বন্ধন ক্রমান্বয়ে ভেঙে যায় এবং মুক্ত হাইড্রোজেন নির্গত করে। নিরাকার Al₂O₃-তে Al–O বন্ধন UV-তে ভেঙে যায়, মুক্ত অক্সিজেন নির্গত করে এবং প্রচুর অক্সিজেন শূন্যতা তৈরি করে। Al₂O₃ Al–OH-এর দিকে রূপান্তরিত হয় এবং সিলিকন ভ্যালেন্স স্থানান্তরিত হয়। এই দুটি অবনতি প্রক্রিয়া, হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন, স্তূপাকার হয়ে পৃষ্ঠের পুনর্মিলনকে আরও খারাপ করে। সামনের যোগাযোগের প্রতিরোধ ক্ষমতার তীব্র বৃদ্ধি যোগ করলে ফলাফল 6.72% দক্ষতা ক্ষতি। এই কাজটি TOPCon UVID বোঝার এবং প্যাসিভেশন স্তরের দীর্ঘমেয়াদী নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করার জন্য একটি দরকারী রেফারেন্স প্রদান করে।

Ooitech-এর দৃষ্টিভঙ্গি

UVID বারবার প্রমাণ করে যে সামনের স্তরই যেখানে নির্ভরযোগ্যতা সত্যিই পরীক্ষিত হয়, তাই মডিউল লাইনে SiNₓ/Al₂O₃ জমা এবং এনক্যাপসুলেশন কীভাবে তৈরি এবং নিয়ন্ত্রণ করা হয় তা কোষের রেসিপির মতোই গুরুত্বপূর্ণ। আমাদের টার্নকি TOPCon এবং PERC মডিউল লাইনে আমরা লেআপ, ল্যামিনেশন এবং EL দিকে একই পাঠ দেখতে পাই, ছোট প্রক্রিয়া পছন্দই নির্ধারণ করে যে প্যানেলগুলি বহু বছর ধরে বাইরে টিকে থাকবে কিনা। আপনি যদি কারখানা থেকে আরও হাতে-কলমে দৃশ্য চান, Ooitech YouTube চ্যানেলটি www.youtube.com/ooitech অনুসরণ করার মতো।