नवीनतम PIP अनुसंधान: UV एक्सपोजर के तहत TOPCon सौर कोशिकाओं का रासायनिक विकास और विद्युत क्षरण
विषय सूची
अनुसंधान पृष्ठभूमि
TOPCon क्रिस्टलीय-सिलिकॉन फोटोवोल्टिक उद्योग में मुख्यधारा की प्रौद्योगिकियों में से एक बन गया है। उच्च दक्षता, हालांकि, स्वचालित रूप से दीर्घकालिक स्थिरता का मतलब नहीं है। पराबैंगनी-प्रेरित क्षरण, या UVID में अंतर कई सौर सेल संरचनाओं में रिपोर्ट किया गया है। TOPCon, PERC और HJT सेल सभी प्रभावित हो सकते हैं, लेकिन क्षरण के स्थान और प्रमुख तंत्र बिल्कुल समान नहीं हैं।
यूवी क्षरण की पिछली चर्चाओं में अक्सर उच्च-ऊर्जा फोटॉनों द्वारा Si-H बंधनों को तोड़ने, उसके बाद हाइड्रोजन रिलीज और इंटरफ़ेस पैसिवेशन में परिवर्तन पर ध्यान केंद्रित किया गया है। एक वास्तविक पीवी मॉड्यूल वातावरण में पाया जाने वाला पराबैंगनी स्पेक्ट्रम एक तरंगदैर्ध्य तक सीमित नहीं है। प्रकाशित सामने की सतह में कई युग्मित क्षेत्र भी शामिल हैं, जिनमें SiNx, Al2O3, बोरॉन एमिटर और धातु संपर्क शामिल हैं। इसलिए लेखकों का तर्क है कि TOPCon कोशिकाओं में यूवी क्षरण का अध्ययन केवल हाइड्रोजन व्यवहार के माध्यम से नहीं किया जाना चाहिए। ऑक्सीजन प्रवासन और संपर्क इंटरफ़ेस भी मायने रखते हैं।
एक विवरण को अनदेखा करना आसान है। मॉड्यूल ग्लास आमतौर पर अधिकांश यूवीबी विकिरण को फ़िल्टर करता है, लेकिन यह प्रकाशित सेल सतह को पराबैंगनी एक्सपोजर से पूरी तरह से संरक्षित नहीं करता है। पेपर में चर्चा किया गया स्पेक्ट्रम यूवीए द्वारा प्रभुत्व है जबकि इसमें अभी भी लगभग 11% यूवीबी है। लेखकों ने अनएनकैप्सुलेटेड नमूनों का उपयोग किया। इसलिए प्रयोग एक पूर्ण मॉड्यूल की बाहरी उम्र बढ़ने के बराबर नहीं है, लेकिन यह सेल की सामने की सतह पर यूवी-संवेदनशील क्षेत्रों को बढ़ाने और अलग करने में मदद करता है।
यह पेपर मॉड्यूल जीवनकाल प्रमाणन अध्ययन के बजाय विफलता-तंत्र जांच के रूप में पढ़ा जाना बेहतर है। UV60 के बाद 6.72% सापेक्ष दक्षता हानि को सीधे अपेक्षित बाहरी मॉड्यूल पावर हानि में परिवर्तित नहीं किया जाना चाहिए। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि लेखक विभिन्न लक्षण वर्णन विधियों का उपयोग करके सामने की सतह के पैसिवेशन क्षति, इंटरफ़ेस ऑक्सीकरण और धातु संपर्क क्षरण को कैसे जोड़ते हैं।
प्रायोगिक विधि
अध्ययन में 182 मिमी × 105 मिमी मापने वाले वाणिज्यिक हाफ-कट TOPCon सेल का उपयोग किया गया। सेल लगभग 1.0 Ω·cm प्रतिरोधकता और लगभग 130 μm वेफर मोटाई वाले n-प्रकार Czochralski मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन से बने थे। सामने और पीछे की संरचनाओं के UV प्रतिरोध की तुलना करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सममित सामने-सतह नमूने और सममित पीछे-सतह नमूने भी तैयार किए।
सामने की संरचना में SiNx/Al2O3 शामिल था। पीछे की संरचना में SiOx/n+ poly-Si/Al2O3/SiNx शामिल था। पेपर में रिपोर्ट की गई मुख्य फिल्म मोटाई नीचे सूचीबद्ध है।
| संरचना या सामग्री | रिपोर्ट की गई विशिष्टता |
|---|---|
| वाणिज्यिक TOPCon सेल आकार | 182 मिमी × 105 मिमी |
| सिलिकॉन सब्सट्रेट | n-प्रकार Cz मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन |
| सब्सट्रेट प्रतिरोधकता | लगभग 1.0 Ω·cm |
| वेफर मोटाई | लगभग 130 μm |
| SiOx मोटाई | लगभग 1.5 nm |
| n+ poly-Si मोटाई | लगभग 120 nm |
| Al2O3 मोटाई | लगभग 5 nm |
| SiNx मोटाई | लगभग 80 nm |
शोधकर्ताओं ने पैसिवेशन स्थिरता का मूल्यांकन करने के लिए एक्सपोजर से पहले और बाद में अल्पसंख्यक-वाहक जीवनकाल, निहित ओपन-सर्किट वोल्टेज और J0 की तुलना की। हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की गहराई वितरण को ट्रैक करने के लिए टाइम-ऑफ-फ्लाइट सेकेंडरी आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री, या ToF-SIMS का उपयोग किया गया। N 1s, O 1s, Al 2p, और Si 2p की रासायनिक अवस्थाओं का विश्लेषण करने के लिए एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी, या XPS, गहराई प्रोफाइलिंग लागू की गई। EQE, TLM, और I-V मापों ने फिर पतली-फिल्म परिवर्तनों को सेल स्तर पर विद्युत हानियों से जोड़ा।
इस प्रायोगिक डिज़ाइन की ताकत पूर्ण कोशिकाओं और सममित संरचनाओं के संयुक्त उपयोग में निहित है। पूर्ण कोशिकाएं दर्शाती हैं कि दक्षता, Voc, Jsc, फिल फैक्टर और संपर्क प्रतिरोध कैसे बदलते हैं। सममित अग्र और पश्च नमूने शेष कोशिका संरचना से हस्तक्षेप को कम करते हैं, जिससे यह पहचानना आसान हो जाता है कि कौन सा पैसिवेशन पक्ष UV एक्सपोज़र के प्रति अधिक संवेदनशील है।
चित्र 1: TOPCon कोशिका, सममित अग्र-सतह संरचना और सममित पश्च-सतह संरचना का योजनाबद्ध चित्र। सममित नमूने अग्र SiNx/Al2O3 स्टैक और पश्च पॉली-Si पैसिवेटिंग संपर्क के UV प्रतिरोध की अलग-अलग तुलना करने की अनुमति देते हैं।
UV एक्सपोज़र की स्थितियों पर भी स्वतंत्र रूप से विचार करने की आवश्यकता है। अध्ययन में 300 W/m² की पराबैंगनी तीव्रता, 60°C का तापमान, 30% की सापेक्ष आर्द्रता और 60 kWh/m² की अधिकतम संचित खुराक का उपयोग किया गया। स्पेक्ट्रम मुख्य रूप से UVA रेंज में केंद्रित था, जिसमें एक छोटा UVB घटक था। यह सामान्य बाहरी एक्सपोज़र की तुलना में अधिक केंद्रित है और प्रयोगशाला सेटिंग में अग्र सतह पर देखे जा सकने वाले रासायनिक परिवर्तनों को तेज करने के लिए उपयुक्त है।
| UV परीक्षण पैरामीटर | परीक्षण की स्थिति |
|---|---|
| UV तीव्रता | 300 W/m² |
| तापमान | 60°C |
| सापेक्ष आर्द्रता | 30% |
| अधिकतम UV खुराक | 60 kWh/m² |
| मुख्य वर्णक्रमीय क्षेत्र | UVA |
| UVB सामग्री | लगभग 11% |
| नमूने की स्थिति | अनएनकैप्सुलेटेड |
चित्र 2: प्रयोग में उपयोग किया गया पराबैंगनी स्पेक्ट्रम। स्पेक्ट्रम में UVA का प्रभुत्व है और इसमें एक छोटा UVB घटक है, जो अग्र पैसिवेशन परतों पर उच्च-ऊर्जा फोटॉनों के प्रभाव को देखने की अनुमति देता है।
परिणाम और चर्चा
अग्र संरचना पश्च संरचना की तुलना में UV के प्रति स्पष्ट रूप से अधिक संवेदनशील है
चित्र 3 दोनों संरचनाओं के बीच सबसे सीधी तुलना प्रदान करता है। सममित पश्च संरचना में UV60 के बाद केवल मामूली परिवर्तन दिखे। सममित अग्र संरचना UV खुराक बढ़ने के साथ गिरावट जारी रही। पेपर के अनुसार, अग्र नमूनों का औसत जीवनकाल 2895.6 μs से घटकर 1552.8 μs हो गया। निहित ओपन-सर्किट वोल्टेज 735.5 mV से गिरकर 715.2 mV हो गया। एकल-पक्ष J0 बढ़कर 18.4 fA/cm² हो गया, जो इसके प्रारंभिक मान का लगभग तीन गुना है।
ये परिणाम दर्शाते हैं कि UV60 के तहत मुख्य समस्या पीछे के TOPCon पॉली-Si पैसिवेटिंग कॉन्टैक्ट की अस्थिरता नहीं थी। यह प्रकाशित अग्र-साइड SiNx/Al2O3 संरचना में पैसिवेशन गुणवत्ता के बिगड़ने का मामला था। लेखक पीछे की साइड की सापेक्ष स्थिरता को 120 nm पॉली-Si परत द्वारा UV अवशोषण के लिए जिम्मेदार ठहराते हैं। यह संरचना और इसकी ऑप्टिकल अवशोषण विशेषताओं के आधार पर एक उचित तंत्र है, हालांकि यह तंत्र-स्तर की व्याख्या बनी हुई है।
तीन पैरामीटर विभिन्न दिशाओं से एक ही निष्कर्ष का समर्थन करते हैं। कम आयुकाल और कम iVoc मजबूत सतह पुनर्संयोजन की ओर इशारा करते हैं। J0 में वृद्धि पुनर्संयोजन धारा में वृद्धि का अधिक प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान करती है। लेखकों ने किसी एक संकेतक पर निर्भर नहीं रहा। आयुकाल, वोल्टेज और पुनर्संयोजन धारा सभी अग्र संरचना के बिगड़ने को दर्शाते हैं, जबकि पीछे की संरचना का प्रतिनिधित्व करने वाले हरे वक्र काफी हद तक स्थिर रहते हैं।
चित्र 3: UV जोखिम के तहत अग्र और पीछे की संरचनाओं के लिए आयुकाल, निहित खुले-सर्किट वोल्टेज और J0 में परिवर्तन। लाल अग्र-संरचना वक्र अधिक गिरावट दर्शाते हैं, जो प्रकाशित SiNx/Al2O3 पैसिवेशन स्टैक को मुख्य कमजोर बिंदु के रूप में पहचानते हैं।
ToF-SIMS हाइड्रोजन और ऑक्सीजन दोनों के पुनर्वितरण को दर्शाता है
ToF-SIMS गहराई प्रोफाइल दर्शाते हैं कि अग्र-सतह का क्षरण केवल एक तत्व के कारण नहीं होता है। चित्र 4a में, UV60 के बाद हाइड्रोजन सांद्रता बढ़ जाती है, विशेष रूप से SiNx परत में। लेखक सुझाव देते हैं कि यह न केवल आमतौर पर चर्चित Si-H बंधों के टूटने से, बल्कि SiNx के अंदर N-H बंधों के टूटने से भी हो सकता है।
चित्र 4b दर्शाता है कि ऑक्सीजन वितरण भी बदलता है। Al2O3 परत में ऑक्सीजन सांद्रता थोड़ी कम हो जाती है, जबकि यह SiNx/Al2O3 और Al2O3/Si इंटरफेस के पास बढ़ जाती है। लेखक इसे Al2O3 में Al-O बंधों के टूटने के परिणामस्वरूप व्याख्या करते हैं, जिसके बाद मुक्त ऑक्सीजन का SiNx परत और सिलिकॉन सतह की ओर प्रसार होता है।
मुख्य बिंदु केवल यह नहीं है कि अधिक ऑक्सीजन है। ऑक्सीजन अपने मूल जालक या बंधन वातावरण को छोड़ रहा है और इंटरफेस की रासायनिक स्थिति को बदल रहा है।
प्रत्येक वक्र परिवर्तन का स्थान मायने रखता है। SiNx क्षेत्र में मजबूत हाइड्रोजन संकेत दर्शाता है कि ऊपरी पैसिवेशन फिल्म सीधे प्रतिक्रिया में शामिल है। इंटरफेस के पास ऑक्सीजन परिवर्तन Al2O3 और आसन्न परतों के बीच रासायनिक अस्थिरता की ओर इशारा करते हैं। एक साथ लेने पर, ये परिणाम यह समझाने में मदद करते हैं कि अग्र-सतह का क्षरण पैसिवेशन गुणवत्ता और अंतिम विद्युत उत्पादन दोनों को क्यों प्रभावित करता है।
चित्र 4: UV60 से पहले और बाद में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का ToF-SIMS गहराई वितरण। पैसिवेशन स्टैक में हाइड्रोजन बढ़ता है, जबकि ऑक्सीजन इंटरफेस के पास पुनर्वितरित होता है, जो बाद में XPS द्वारा पहचाने गए रासायनिक बंधन परिवर्तनों के लिए सुराग प्रदान करता है।
XPS N-H बंधन टूटने, ऑक्सीजन रिक्तियों और बढ़े हुए Al-OH को जोड़ता है
फिट किए गए N 1s XPS स्पेक्ट्रा से पता चलता है कि SiNx/Al2O3 इंटरफेस पर N-H बंधों का अनुपात 9.64% से घटकर 5.97% हो गया। यह लेखकों के निष्कर्ष का समर्थन करता है कि N-H बंध भी हाइड्रोजन रिलीज में भाग लेते हैं। साथ ही, SiNx सतह के पास N-H संकेत बढ़ गया, यह सुझाव देते हुए कि कुछ मुक्त हाइड्रोजन SiNx क्षेत्र की ओर स्थानांतरित हो सकता है और वहां नए बंधन बना सकता है।
O 1s परिवर्तन अध्ययन के अधिक विशिष्ट भागों में से एक हैं। लेखकों ने O 1s संकेत को जाली ऑक्सीजन, ऑक्सीजन-रिक्ति-संबंधित घटकों और सतह-अधिशोषित ऑक्सीजन में अलग किया। UV60 के बाद, SiNx/Al2O3 और Al2O3/Si दोनों इंटरफेस पर ऑक्सीजन-रिक्ति-संबंधित शिखरों का अनुपात बढ़ गया। यह Al2O3 फिल्म की गुणवत्ता को नुकसान का संकेत देता है।
साक्ष्य हाइड्रोजन-प्रेरित पैसिवेशन हानि से परे गिरावट तंत्र का विस्तार करता है। हाइड्रोजन-संबंधित और ऑक्सीजन-संबंधित गिरावट एक साथ काम करते प्रतीत होते हैं, जिससे सामने की सतह पुनर्संयोजन बढ़ता है।
ToF-SIMS और XPS विभिन्न प्रकार की जानकारी प्रदान करते हैं। ToF-SIMS यह दिखाने के लिए अधिक उपयुक्त है कि तत्व फिल्म स्टैक की गहराई में कहाँ वितरित हैं। XPS उन तत्वों की रासायनिक अवस्था निर्धारित करने में मदद करता है। N 1s स्पेक्ट्रा में N-Si और N-H फिटिंग, O 1s स्पेक्ट्रा में जाली-ऑक्सीजन और ऑक्सीजन-रिक्ति-संबंधित घटकों के साथ, विश्लेषण को तत्व स्थान से रासायनिक बंधन परिवर्तनों तक ले जाती है।
लेखक बताते हैं कि आदर्श क्रिस्टलीय Al2O3 में Al-O बंधों में अपेक्षाकृत उच्च बंधन ऊर्जा होती है। हालांकि, वास्तविक सौर सेल पैसिवेशन फिल्में आमतौर पर अनाकार होती हैं। अंडर-कोऑर्डिनेटेड एल्युमिनियम आयन और ऑक्सीजन रिक्तियां बंधन टूटने के लिए स्थानीय ऊर्जा अवरोध को कम कर सकती हैं। इस कारण से, प्रयोग की सबसे लंबी तरंगदैर्ध्य 400 nm (लगभग 3.1 eV के अनुरूप) पर भी फोटॉन, दोष-समृद्ध वातावरण में Al-O-संबंधित संरचनात्मक परिवर्तनों को ट्रिगर कर सकते हैं। यह व्याख्या पतली फिल्म दोषों को सीधे UV संवेदनशीलता से जोड़ती है।
चित्र 5: फिट किए गए N 1s और O 1s XPS स्पेक्ट्रा। N-H बंधन में परिवर्तन हाइड्रोजन रिलीज और प्रवासन के अनुरूप हैं। O 1s स्पेक्ट्रा में बढ़ा हुआ ऑक्सीजन-रिक्ति-संबंधित घटक Al2O3 पैसिवेशन गुणवत्ता में गिरावट का संकेत देता है।
Al2O3 पूरी तरह से स्थिर दर्शक नहीं है
चित्र 7 Al2O3/Si इंटरफेस पर Al 2p और Si 2p को और ट्रैक करता है। UV60 के बाद, Al2O3 घटक को आवंटित अनुपात 69.99% से घटकर 60.36% हो गया, जबकि Al-OH 30.01% से बढ़कर 39.64% हो गया। यह पराबैंगनी जोखिम के तहत Al-O-संबंधित संरचनाओं के स्पष्ट रूपांतरण को इंगित करता है।
Si 2p परिणाम UV60 के बाद Si2+ की उपस्थिति और वृद्धि दिखाते हैं, जबकि Si, Si3+ और Si4+ से जुड़े घटक घटते हैं। इन परिणामों के आधार पर, लेखक प्रस्तावित करते हैं कि Al2O3/Si इंटरफेस की ओर प्रसारित मुक्त ऑक्सीजन सिलिकॉन का ऑक्सीकरण कर सकती है जबकि Al2O3 परत में ऑक्सीजन रिक्तियां बनती हैं। XPS स्पेक्ट्रा इस व्याख्या का समर्थन करता है, हालांकि सटीक प्रतिक्रिया पथ की पुष्टि के लिए प्रत्यक्ष इन-सीटू लक्षण वर्णन की अभी भी आवश्यकता होगी।
यह निष्कर्ष TOPCon फ्रंट-सतह विश्वसनीयता के लिए मायने रखता है। Al2O3 का उद्देश्य फील्ड-इफेक्ट पैसिवेशन और इंटरफेस स्थिरता प्रदान करना है। एक बार जब Al-O-संबंधित संरचनाएं Al-OH में परिवर्तित होने लगती हैं, साथ ही उच्च ऑक्सीजन-रिक्ति सांद्रता होती है, तो फिल्म अब केवल एक सुरक्षात्मक परत नहीं रह जाती है। यह स्वयं गिरावट प्रतिक्रिया का हिस्सा बन सकती है। सिलिकॉन ऑक्सीकरण अवस्थाओं में परिवर्तन भी इंगित करता है कि इंटरफेस रसायन बदल गया है।
चित्र 6: Al2O3/Si इंटरफेस पर Al 2p और Si 2p XPS स्पेक्ट्रा में परिवर्तन। Al2O3-संबंधित संरचनाओं का Al-OH में रूपांतरण और सिलिकॉन ऑक्सीकरण अवस्थाओं में परिवर्तन दर्शाता है कि ऑक्सीजन-संबंधित प्रतिक्रियाएं फ्रंट-सतह गिरावट में भाग लेती हैं।
विद्युत हानियां अंततः Voc और फिल फैक्टर में दिखाई देती हैं
एक बार जब पैसिवेशन स्टैक की रासायनिक अवस्था बदल जाती है, तो सेल स्तर पर विद्युत प्रभाव स्पष्ट हो जाते हैं। चित्र 8 में, EQE मध्यम और लंबी तरंगदैर्ध्य श्रेणियों में काफी हद तक स्थिर रहता है लेकिन 500 nm से नीचे घट जाता है। परावर्तन लगभग अपरिवर्तित रहता है। इससे पता चलता है कि लघु-तरंगदैर्ध्य प्रतिक्रिया हानि मुख्य रूप से टेक्सचरिंग, एंटीरिफ्लेक्शन प्रदर्शन या ऑप्टिकल अवशोषण में अचानक गिरावट के बजाय मजबूत फ्रंट-सतह पुनर्संयोजन के कारण होती है।
चित्र 7: UV60 से पहले और बाद में EQE और परावर्तन वक्र। परावर्तन लगभग स्थिर रहता है जबकि लघु-तरंगदैर्ध्य EQE घटता है, यह दर्शाता है कि धारा-प्रतिक्रिया हानि मुख्य रूप से बढ़ी हुई फ्रंट-सतह पुनर्संयोजन से जुड़ी है।
छोटी तरंगदैर्ध्य EQE में गिरावट J0 में पहले की वृद्धि के अनुरूप है। छोटी तरंगदैर्ध्य का प्रकाश सेल की सामने की सतह के पास अवशोषित होता है। यदि सामने की सतह का पैसिवेशन क्षतिग्रस्त हो जाता है, तो इस क्षेत्र में उत्पन्न वाहकों के संग्रह से पहले पुनर्संयोजन की संभावना अधिक होती है। इसलिए हानि पहले छोटी तरंगदैर्ध्य EQE रेंज में दिखाई देती है। मध्यम और लंबी तरंगदैर्ध्य का प्रकाश बल्क में या पीछे की ओर गहराई तक प्रवेश करता है, इसलिए संबंधित प्रतिक्रिया परिवर्तन छोटे होते हैं।
TLM मापों से पता चलता है कि सामने के संपर्क की प्रतिरोधकता UV खुराक के साथ लगभग रैखिक रूप से बढ़ी। UV60 के बाद, यह 4.1 mΩ·cm² तक पहुंच गई, जो इसके प्रारंभिक मान का लगभग 8.6 गुना है। लेखकों का सुझाव है कि UV जोखिम के दौरान उत्पन्न मुक्त हाइड्रोजन, मुक्त ऑक्सीजन और प्रतिक्रियाशील रेडिकल धातु इलेक्ट्रोड इंटरफेस पर प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकते हैं, जिससे संपर्क प्रतिरोध बढ़ जाता है। यह स्पष्टीकरण प्रतिरोध मापों के अनुरूप है, हालांकि इलेक्ट्रोड इंटरफेस पर सटीक प्रतिक्रिया उत्पादों के लिए अभी भी अधिक प्रत्यक्ष रासायनिक साक्ष्य की आवश्यकता है।
चित्र 8: सामने के संपर्क की प्रतिरोधकता UV जोखिम खुराक के साथ बढ़ती है। UV60 के बाद, संपर्क प्रतिरोधकता अपने प्रारंभिक मान का लगभग 8.6 गुना है, जो फिल-फैक्टर हानि में एक महत्वपूर्ण योगदानकर्ता बनाती है।
सेल मापदंडों के अंतिम सापेक्ष क्षरण की सूचना निम्नानुसार दी गई।
| सेल पैरामीटर | UV60 के बाद सापेक्ष क्षरण |
|---|---|
| Voc | 3.46% |
| Jsc | 0.64% |
| फिल फैक्टर | 2.82% |
| दक्षता | 6.72% |
| सामने के संपर्क की प्रतिरोधकता | 4.1 mΩ·cm², प्रारंभिक मान का लगभग 8.6 गुना |
केंद्रीय विद्युत निष्कर्ष स्पष्ट है। UV60 के तहत, मुख्य TOPCon हानियाँ धारा में कमी से नहीं आती हैं। वे सामने की सतह के पैसिवेशन क्षरण के कारण Voc हानि और बढ़े हुए सामने के संपर्क प्रतिरोध से जुड़ी फिल-फैक्टर हानि से आती हैं।
यह यह भी बताता है कि केवल Jsc को देखने से UV क्षरण जोखिम को कम आंका जा सकता है। छोटी तरंगदैर्ध्य EQE बदलती है, लेकिन कुल Jsc में केवल 0.64% की कमी होती है। पुनर्संयोजन और संपर्क समस्याएं बड़ी दक्षता हानि पैदा करती हैं। उच्च दक्षता वाले TOPCon सेलों में, Voc और फिल फैक्टर इंटरफेस गुणवत्ता, पैसिवेशन स्थिति और धातु संपर्क प्रदर्शन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं। ये पैरामीटर Jsc की तुलना में पहले विश्वसनीयता कमजोरियों को उजागर कर सकते हैं।
चित्र 9: UV60 के तहत Voc, Jsc, फिल फैक्टर और दक्षता का सापेक्ष क्षरण। दक्षता में 6.72% की कमी होती है, जो मुख्य रूप से Voc और फिल-फैक्टर हानियों से प्रेरित होती है, जबकि Jsc परिवर्तन अपेक्षाकृत छोटा रहता है।
तंत्र और अनुप्रयोग मूल्यांकन
प्रस्तावित तंत्र को इस प्रकार संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है: UV एक्सपोजर सामने SiNx/Al2O3 संरचना में बंधन अवस्थाओं को बदल देता है। Si-H और N-H बंध टूट जाते हैं और हाइड्रोजन छोड़ते हैं। Al-O से संबंधित संरचनाएं रूपांतरित हो जाती हैं और ऑक्सीजन रिक्तियां बनती हैं। मुक्त ऑक्सीजन इंटरफेस की ओर स्थानांतरित हो जाती है, सामने की सतह पर पुनर्संयोजन बढ़ जाता है, और संपर्क क्षेत्र के आसपास विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाएं सामने के संपर्क प्रतिरोध को बढ़ा सकती हैं।
लाइफटाइम, iVoc, J0, EQE, TLM और I-V परिणाम विद्युत गिरावट के लिए प्रत्यक्ष समर्थन प्रदान करते हैं। ToF-SIMS और XPS हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के प्रवासन के साथ-साथ रासायनिक बंधन में संबंधित परिवर्तनों का समर्थन करते हैं। धातु इलेक्ट्रोड इंटरफेस की व्याख्या में अधिक सावधानी की आवश्यकता है। पेपर मुख्य रूप से उच्च संपर्क प्रतिरोध और पिछले अध्ययनों में निष्कर्षों से इस तंत्र का अनुमान लगाता है। मजबूत पुष्टि के लिए इलेक्ट्रोड इंटरफेस के तत्व वितरण, रासायनिक-अवस्था माप या क्रॉस-सेक्शनल विश्लेषण की आवश्यकता होगी।
औद्योगिक उत्पादन के लिए, पेपर एक अनुस्मारक है कि TOPCon UV विश्वसनीयता का मूल्यांकन केवल प्रारंभिक सेल दक्षता के माध्यम से नहीं किया जा सकता है। कई कारक दीर्घकालिक ऊर्जा प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं:
सामने SiNx/Al2O3 पैसिवेशन स्टैक की सामग्री गुणवत्ता
हाइड्रोजन सांद्रता और Si-H और N-H बंधों की स्थिरता
Al2O3 परत में ऑक्सीजन-रिक्ति सांद्रता
धातु संपर्क इंटरफेस की स्थिरता
मॉड्यूल ग्लास और एनकैप्सुलेंट द्वारा UVA और UVB फ़िल्टरिंग
पराबैंगनी एक्सपोजर, नमी, गर्मी, यांत्रिक तनाव और विद्युत क्षेत्रों के बीच परस्पर क्रिया
जब इस शोध को मॉड्यूल स्तर पर माना जाता है, तो सेल तक पहुंचने वाला वास्तविक स्पेक्ट्रम ग्लास और एनकैप्सुलेशन फिल्म द्वारा फिर से फ़िल्टर किया जाएगा। नमी, थर्मल तनाव और विद्युत क्षेत्र भी उम्र बढ़ने में भाग लेंगे। इसलिए पेपर में रिपोर्ट किए गए तंत्र IEC परीक्षण या दीर्घकालिक आउटडोर फील्ड डेटा के प्रतिस्थापन की तुलना में सामग्री और प्रक्रिया अनुकूलन के लिए दिशाओं के रूप में अधिक उपयोगी हैं।
एक मूल्यवान अगला कदम एक ही सत्यापन ढांचे के भीतर अनएनकैप्सुलेटेड सेल, एनकैप्सुलेटेड मिनी-मॉड्यूल और आउटडोर-एक्सपोज़्ड मॉड्यूल का मूल्यांकन करना होगा। इससे यह निर्धारित करना आसान हो जाएगा कि यथार्थवादी वर्णक्रमीय फ़िल्टरिंग और पर्यावरणीय युग्मन के बाद कौन से रासायनिक परिवर्तन महत्वपूर्ण रहते हैं।
संभावित प्रक्रिया अनुकूलन दिशाओं में शामिल हैं:
सामने SiNx/Al2O3 स्टैक में अस्थिर हाइड्रोजन स्रोतों को कम करना
अनाकार Al2O3 नेटवर्क में सुधार और ऑक्सीजन रिक्तियों को नियंत्रित करना
बेहतर संपर्क-इंटरफ़ेस स्थिरता के लिए फायरिंग और मेटलाइज़ेशन स्थितियों का अनुकूलन
सामने के धातु संपर्क के आसपास ऑक्सीकरण-संबंधित प्रतिक्रियाओं के प्रतिरोध में सुधार
एनकैप्सुलेशन सामग्री का चयन जो सेल की सतह पर उच्च-ऊर्जा यूवी के सीधे प्रभाव को कम करता है
पेपर कोई पूर्ण समाधान प्रदान नहीं करता है। यह समस्या की सीमाओं को अधिक स्पष्ट रूप से परिभाषित करता है और दिखाता है कि सामने की सतह के पैसिवेशन और संपर्क इंजीनियरिंग पर एक साथ विचार करने की आवश्यकता है।
शोध निष्कर्ष: आगे क्या हल करने की आवश्यकता है
UV60 एक्सपोज़र परीक्षणों के माध्यम से, लेखक दिखाते हैं कि TOPCon कोशिकाओं की सामने की SiNx/Al2O3 संरचना पीछे के poly-Si पैसिवेटिंग संपर्क की तुलना में पराबैंगनी-प्रेरित गिरावट के लिए अधिक संवेदनशील है। गिरावट किसी एक पृथक कारक के कारण नहीं होती है। हाइड्रोजन-संबंधित प्रक्रियाएं, ऑक्सीजन-संबंधित प्रक्रियाएं, और बढ़ी हुई सामने संपर्क प्रतिरोध सभी योगदान करते हैं।
इस कार्य का महत्व TOPCon UV गिरावट की व्याख्या को केवल Si-H बंधन टूटने से आगे ले जाने में निहित है। यह सामने की सतह के रासायनिक विकास का एक व्यापक ढांचा प्रस्तुत करता है। UVID जोखिम को कम करने के लिए संभवतः सामने के पैसिवेशन स्टैक, इंटरफ़ेस ऑक्सीजन रिक्तियों, हाइड्रोजन प्रबंधन, मेटलाइज़ेशन संपर्कों, और मॉड्यूल पैकेजिंग द्वारा UV फ़िल्टरिंग के समन्वित अनुकूलन की आवश्यकता होगी। केवल एक फिल्म पैरामीटर को समायोजित करना पर्याप्त नहीं हो सकता है।
सीमाएं स्पष्ट रहनी चाहिए। नमूने रिपोर्ट की गई UV स्थितियों के तहत अनएनकैप्सुलेटेड थे, और प्रस्तावित धातु-संपर्क गिरावट तंत्र का हिस्सा अभी भी अनुमानित है। सबसे सावधान व्याख्या यह है कि पेपर UV एक्सपोज़र के तहत TOPCon सामने की सतह पर रासायनिक संरचना विकास और विद्युत गिरावट के बीच एक स्पष्ट संबंध प्रदर्शित करता है। यह एनकैप्सुलेशन के बाद दीर्घकालिक विश्वसनीयता के भविष्य के अध्ययनों के लिए विशिष्ट लक्ष्य भी प्रदान करता है।
संदर्भ
Lou, X., Yang, N., Fu, Z., Chen, D., Chen, Y., & Verlinden, P. J. (2026). Chemical composition evolution and electrical performance degradation of TOPCon solar cells under UV exposure. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 1–9.
Ooitech का दृष्टिकोण
व्यावहारिक संदेश सरल है: सामने की ओर के पैसिवेशन और मेटलाइज़ेशन को एक विश्वसनीयता प्रणाली के रूप में माना जाना चाहिए, न कि अलग-अलग प्रक्रिया चरणों के रूप में। एक स्थिर प्रारंभिक Voc पर्याप्त नहीं है यदि UV एक्सपोज़र Al2O3 रसायन को बदल सकता है और सामने के संपर्क प्रतिरोध को लगातार बढ़ा सकता है। भविष्य के सत्यापन को सेल-स्तरीय UV परीक्षण को यथार्थवादी ग्लास और एनकैप्सुलेंट स्पेक्ट्रा के तहत एनकैप्सुलेटेड मिनी-मॉड्यूल परीक्षण से जोड़ना चाहिए।
