TOPCon सौर कोशिका क्या है? टनल ऑक्साइड पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट प्रौद्योगिकी के लिए एक संपूर्ण गाइड
विषय सूची
TOPCon सौर सेल का परिचय
TOPCon (टनल ऑक्साइड पैसिवेटिंग कॉन्टैक्ट) एक N-टाइप वेफर सेल तकनीक है जो पहली बार 2013 में उभरी। एक TOPCon सौर सेल एक टनल ऑक्साइड पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट सौर सेल है जो N-टाइप सब्सट्रेट पर बनाया गया है।
PERC कोशिकाओं की तुलना में, TOPCon कोशिकाएं उत्कृष्ट चार्ज परिवहन गुणों वाली एक टनल ऑक्साइड परत का उपयोग सेल के पीछे चार्ज परिवहन परत के रूप में करती हैं। इसके ऊपर, लगभग 20nm की एक डोप्ड पॉलीसिलिकॉन फिल्म जमा की जाती है ताकि पीछे की तरफ एक पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट संरचना बनाई जा सके। यह प्रभावी रूप से सतह पुनर्संयोजन और धातु संपर्क पुनर्संयोजन को कम करता है, ओपन-सर्किट वोल्टेज बढ़ाता है, और ऊर्जा रूपांतरण दक्षता में सुधार करता है।
TOPCon एक टनल ऑक्साइड पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट सौर सेल तकनीक है जो चयनात्मक वाहक के सिद्धांत पर आधारित है, जो एक बेहतर पैसिवेशन प्रभाव प्राप्त करती है।
TOPCon सेल एक N-टाइप सब्सट्रेट का उपयोग करता है। सेल के पीछे एक पतली ऑक्साइड परत तैयार की जाती है, उसके बाद एक डोप्ड पतली फिल्म। ये दोनों मिलकर एक पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट संरचना बनाते हैं जो प्रभावी रूप से सतह पुनर्संयोजन और धातु संपर्क पुनर्संयोजन को कम करता है, जो N-PERT कोशिकाओं की रूपांतरण दक्षता में और सुधार करने के लिए अधिक गुंजाइश प्रदान करता है।
TOPCon तकनीक मौजूदा पारंपरिक P-प्रकार सेल उपकरणों और प्रक्रियाओं को अधिकतम सीमा तक संरक्षित और पुन: उपयोग करती है। इसमें केवल बोरॉन प्रसार और पतली फिल्म जमाव उपकरण जोड़ने की आवश्यकता होती है, पीछे की ओर खोलने या संरेखण की कोई आवश्यकता नहीं होती है। यह सेल उत्पादन प्रक्रिया को बहुत सरल बनाता है और बड़े पैमाने पर उत्पादन की कठिनाई को कम रखता है। प्रक्रिया लाइन उच्च अनुकूलता प्रदान करती है और PERC और N-PERT द्विमुखी सेलों के लिए उपयोग की जाने वाली उच्च तापमान निर्माण लाइनों के साथ चल सकती है।
TOPCon सेलों के लाभ हैं कम गिरावट, उच्च द्विमुखीता, और कम तापमान गुणांक, जो टर्मिनल पावर स्टेशन स्तर पर स्पष्ट बिजली उत्पादन लाभ प्रदान करते हैं।
TOPCon सेलों के विकास के चरण
TOPCon सेलों के विकास इतिहास को चार चरणों में विभाजित किया जा सकता है: प्रौद्योगिकी प्रोटोटाइप अवधि, उत्पाद लेआउट अवधि, वाणिज्यिक प्रचार अवधि, और विस्फोटक वृद्धि अवधि.
TOPCon सेलों के लाभ
प्रदर्शन लाभ
उच्च रूपांतरण दक्षता। TOPCon सेलों के अद्वितीय पैसिवेटेड संपर्क डिजाइन के कारण, सैद्धांतिक दक्षता सीमा 28.7% तक पहुंचती है। अग्रणी TOPCon निर्माताओं ने पहले ही 25.5% से अधिक की बड़े पैमाने पर उत्पादन दक्षता हासिल कर ली है, जो मुख्यधारा PERC सेलों (वर्तमान बड़े पैमाने पर उत्पादन रूपांतरण दक्षता लगभग 23.5%, सैद्धांतिक सीमा 24.5%) की तुलना में एक महत्वपूर्ण सुधार है।
उच्च द्विमुखीता। TOPCon द्विमुखी सेल द्विमुखी PERC सेलों की तुलना में प्रति वाट लगभग 3% अधिक बिजली उत्पन्न करते हैं। समान ग्राउंड-माउंटेड पावर स्टेशन परिदृश्य में, यह उच्च बिजली उत्पादन लाभ प्रदान करता है।
कम तापमान गुणांक। N-प्रकार TOPCon मॉड्यूल का तापमान गुणांक -0.30%/℃ जितना कम है, जो P-प्रकार मॉड्यूल के -0.35%/℃ से बेहतर है, जो उच्च तापमान वातावरण में उत्कृष्ट स्थिरता दर्शाता है।
कम गिरावट। फॉस्फोरस-डोप्ड N-प्रकार क्रिस्टलीय सिलिकॉन में अत्यंत कम बोरॉन सामग्री होती है, इसलिए मूल रूप से कोई बोरॉन-ऑक्सीजन पुनर्संयोजन नहीं होता है, जो इसे गिरावट दर में लाभ देता है। कुछ TOPCon मॉड्यूल पहले वर्ष में 1% गिरावट और रैखिक वार्षिक गिरावट 0.4% दिखाते हैं, जबकि PERC मॉड्यूल के लिए पहले वर्ष में 2% और रैखिक 0.45% है, जो मॉड्यूल के जीवन चक्र में प्रति वाट बिजली उत्पादन लाभ लाता है।
मजबूत कम रोशनी प्रदर्शन। TOPCon सेल छोटी और लंबी दोनों तरंगदैर्ध्य पर अच्छी प्रतिक्रिया देते हैं, जो सुबह, शाम और बादल वाले मौसम जैसी कम रोशनी की स्थितियों में उत्कृष्ट बिजली उत्पादन क्षमता बनाए रखते हैं।
आर्थिक लाभ
PERC निर्माण के साथ उच्च अनुकूलता, तकनीकी उन्नयन की कठिनाई को कम करना। TOPCon को PERC प्रक्रिया प्रौद्योगिकी से विस्तारित किया जा सकता है, जिसमें केवल चार अतिरिक्त चरणों की आवश्यकता होती है: बोरॉन उत्सर्जक तैयार करना, टनल ऑक्साइड परत उगाना, पॉलीसिलिकॉन जमा करना और डोप करना, और प्रसार के बाद सफाई। इससे उन्नयन की कठिनाई कम होती है और TOPCon प्रौद्योगिकी को अपनाने में तेजी आती है।
कम उपकरण निवेश लागत के साथ सुचारू लाइन रूपांतरण। एक नई TOPCon लाइन बनाने के लिए लगभग 200-250 मिलियन के उपकरण निवेश की आवश्यकता होती है, जबकि एक नई HJT लाइन के लिए 350-400 मिलियन की आवश्यकता होती है। चूंकि TOPCon मौजूदा PERC लाइनों के साथ अच्छी उपकरण अनुकूलता प्रदान करता है, केवल बोरॉन प्रसार और पॉलीसिलिकॉन/अनाकार सिलिकॉन जमाव उपकरण (LPCVD / PECVD / PVD) जोड़ने की आवश्यकता होती है, जिसमें लगभग 50-70 मिलियन का उपकरण निवेश होता है। यह नए उपकरणों में बड़े पैमाने पर निवेश और बड़ी लाइन रेट्रोफिट से बचाता है, जिससे यह अत्यधिक किफायती है।
महत्वपूर्ण मूल्य प्रीमियम क्षमता। PERC मॉड्यूल की तुलना में, TOPCon मॉड्यूल प्रति वाट अधिक बिजली उत्पादन, अधिक उत्पादन लाभ और कम सिस्टम लागत प्रदान करते हैं, जिससे मूल्य प्रीमियम के लिए पर्याप्त गुंजाइश बनती है।
TOPCon सेल निर्माण प्रक्रिया
मोनोक्रिस्टलाइन PERC प्रक्रियाओं की तुलना में, TOPCon सेल उत्पादन प्रक्रिया में 2 से 3 अतिरिक्त चरण जोड़े जाते हैं: टनल ऑक्साइड परत (अल्ट्रा-पतली SiO2, 1-2nm) जमा करना, आंतरिक पॉलीसिलिकॉन पैसिवेशन परत (60-100nm) जमा करना, और फॉस्फोरस आयन प्रत्यारोपण.
मुख्य प्रक्रिया चरण और उनके कार्य
1. सफाई और टेक्सचरिंग
उद्देश्य: वेफर काटने के बाद, किनारे क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, क्रिस्टल जाली संरचना टूट जाती है, और सतह पुनर्संयोजन गंभीर होता है। सफाई और टेक्सचरिंग का मुख्य उद्देश्य सतह की क्षति को हटाना और सतह पर पिरामिड प्रकाश-फँसाने वाली संरचना बनाना है। प्रकाश वेफर की सतह पर कई बार परावर्तित होता है, जिससे परावर्तन कम हो जाता है।
2. बोरॉन प्रसार
उद्देश्य: मुख्य कार्य PN जंक्शन बनाना है। चूंकि सिलिकॉन में बोरॉन की ठोस घुलनशीलता कम होती है, इसलिए प्रसार के लिए उच्च तापमान और अधिक समय की आवश्यकता होती है। प्रसार स्रोत का चुनाव भी उत्पादन को प्रभावित करता है: क्लोराइड संक्षारक होते हैं, जबकि ब्रोमाइड चिपचिपे होते हैं, जिससे सफाई मुश्किल हो जाती है और रखरखाव की लागत बढ़ जाती है।
बोरॉन प्रसार आमतौर पर उच्च तापमान—1000℃ से ऊपर—पर पूरा किया जाता है, और फॉस्फोरस प्रसार के लिए आवश्यक 102 मिनट के चक्र की तुलना में, बोरॉन प्रसार चक्र 150 मिनट लेता है।
सिद्धांत:
फर्नेस ट्यूब के अंदर अभिक्रियाओं द्वारा उत्पन्न गैसीय HCl और H2O को N2 द्वारा ले जाया जाता है और पूरे ट्यूब में समान रूप से वितरित किया जाता है। H2O BBr3 और O2 के साथ अभिक्रिया करके B2O3 बनाता है, जो आगे अभिक्रिया करके गैसीय HBO2 बनाता है; उच्च तापमान पर HBO2 वापस B2O3 में विघटित हो जाता है, जिससे B2O3 सौर सेल की सतह पर समान रूप से वितरित हो जाता है। इसके अलावा, H2O फर्नेस ट्यूब के अंदर जमा B2O3 के साथ अभिक्रिया करता है, जिससे प्रसार ट्यूब की दीवारों पर B2O3 के निर्माण को रोका जा सकता है, क्वार्ट्ज घटकों का जीवन बढ़ता है, और प्रभावी बोरॉन स्रोत में वृद्धि होती है। HCl सेल की सतह और ट्यूब के अंदर धातु की अशुद्धियों के साथ अभिक्रिया करके गैसीय धातु क्लोराइड बना सकता है जो निकास गैस के साथ बाहर निकल जाते हैं, जिससे उच्च तापमान प्रक्रिया के दौरान धातु की अशुद्धियों को सौर सेल में प्रसारित होने से रोका जा सकता है।
3. SE लेज़र डोपिंग
उद्देश्य: चयनात्मक उत्सर्जक बनाना। धातु ग्रिडलाइन और वेफर के बीच संपर्क क्षेत्रों और उसके आस-पास उच्च सांद्रता डोपिंग लागू की जाती है ताकि सामने के धातु इलेक्ट्रोड और वेफर के बीच संपर्क प्रतिरोध कम हो सके, जबकि इलेक्ट्रोड क्षेत्रों के बाहर कम सांद्रता डोपिंग प्रसार परत में पुनर्संयोजन को कम करती है। उत्सर्जक को अनुकूलित करने से सौर सेल के आउटपुट करंट और वोल्टेज में वृद्धि होती है, जिससे फोटोवोल्टिक रूपांतरण दक्षता में सुधार होता है।
TOPCon प्रवाह में लेज़र कहाँ स्थित है: PERC SE फॉस्फोरस डोपिंग का उपयोग करता है, जबकि TOPCon SE बोरॉन डोपिंग का उपयोग करता है। चूंकि बोरॉन और फॉस्फोरस के अलग-अलग पृथक्करण गुणांक होते हैं, फॉस्फोरस सिलिकॉन डाइऑक्साइड से सिलिकॉन में अधिक आसानी से फैलता है, जबकि बोरॉन को अंदर धकेलना कठिन होता है और अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। फिर भी अत्यधिक लेज़र ऊर्जा वेफर को आसानी से नुकसान पहुंचाती है, जिससे बोरॉन डोपिंग अधिक चुनौतीपूर्ण हो जाती है। पारंपरिक बोरॉन प्रसार की तुलना में, TOPCon कोशिकाओं में SE तकनीक जोड़ने से सैद्धांतिक रूप से दक्षता में 0.5% सुधार हो सकता है, और वास्तविक बड़े पैमाने पर उत्पादन में 0.2-0.4% की दक्षता वृद्धि प्राप्त की जा सकती है।
4. नक़्क़ाशी
उद्देश्य: नक़्क़ाशी का मुख्य कार्य BSG और पश्च जंक्शन को हटाना है। प्रसार प्रक्रिया वेफर की सतह और उसके किनारों दोनों पर प्रसार परतें बनाती है; किनारे की प्रसार परत आसानी से शॉर्ट सर्किट का कारण बनती है, और सतह की प्रसार परत बाद के पैसिवेशन को प्रभावित करती है, इसलिए दोनों को हटाया जाना चाहिए। नक़्क़ाशी वर्तमान में मुख्य रूप से गीली विधियों से की जाती है, श्रृंखला-प्रकार के उपकरणों में पीछे और किनारे की प्रसार परतों को हटाकर सामने की ओर प्रसंस्करण से पहले।
5. टनल ऑक्साइड परत और पॉलीसिलिकॉन परत तैयार करना
उद्देश्य: पीछे की ओर 1-2nm टनल ऑक्साइड परत जमा करें, फिर पैसिवेशन संरचना बनाने के लिए 60-100nm पॉलीसिलिकॉन परत जमा करें। TOPCon पैसिवेशन परत तैयार करने के कई तरीके हैं, मुख्य रूप से LPCVD, PECVD और PVD मार्ग। LPCVD वर्तमान में मुख्यधारा है, लेकिन रैप-अराउंड जमाव गंभीर है, जबकि PECVD समग्र प्रदर्शन में मजबूत क्षमता प्रदान करता है।
6. पश्च एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्म तैयार करना
उद्देश्य: कोशिका के पीछे एक एंटी-रिफ्लेक्शन पैसिवेशन फिल्म तैयार करें ताकि प्रकाश अवशोषण बढ़े। साथ ही, SiNx फिल्म निर्माण प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न हाइड्रोजन परमाणु वेफर को पैसिवेट करते हैं।
7. सामने की ओर एल्युमिनियम ऑक्साइड जमाव
उद्देश्य: वेफर के सामने एल्युमिनियम ऑक्साइड फिल्म की एक परत जमा करें, जो अन्य फिल्मों के साथ मिलकर सामने की पैसिवेशन प्रभाव बनाती है।
8. सामने की एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्म तैयार करना
उद्देश्य: सामने की एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्म मूल रूप से पीछे की तरह ही काम करती है। इसके अलावा, सामने जमा एल्युमिनियम ऑक्साइड फिल्म बहुत पतली होती है और बाद के कोशिका और मॉड्यूल निर्माण के दौरान आसानी से क्षतिग्रस्त हो जाती है, इसलिए सामने का SiNx एल्युमिनियम ऑक्साइड की भी रक्षा करता है।
9. स्क्रीन प्रिंटिंग - लेज़र पैटर्न स्थानांतरण
वर्तमान में, अधिकांश सेल प्रिंटिंग में स्क्रीन प्रिंटिंग का उपयोग होता है। भविष्य में, N-प्रकार की कोशिकाओं के लिए सिल्वर पेस्ट की खपत कम करने के संदर्भ में, पैटर्न ट्रांसफर प्रिंटिंग का लाभ हो सकता है। लेज़र ट्रांसफर एक नई प्रकार की गैर-संपर्क प्रिंटिंग तकनीक है: आवश्यक पेस्ट को एक विशिष्ट लचीली पारदर्शी सामग्री पर लेपित किया जाता है, और एक उच्च-शक्ति लेज़र बीम तेज़ गति से पैटर्नयुक्त स्कैनिंग करके पेस्ट को लचीली पारदर्शी सामग्री से सेल की सतह पर स्थानांतरित करता है, जिससे ग्रिडलाइन बनती है और आगे और पीछे के इलेक्ट्रोड तैयार होते हैं।
10. सिंटरिंग
उच्च तापमान सिंटरिंग के माध्यम से अच्छा ओमिक संपर्क बनता है।
11. स्वचालित छंटाई
कोशिकाओं को उनकी विभिन्न रूपांतरण दक्षता के अनुसार डिब्बों में छांटा जाता है।
TOPCon कोशिकाओं के भविष्य के विकास के रुझान
2023 में, N-प्रकार TOPCon कोशिकाओं की औसत रूपांतरण दक्षता 25.0% तक पहुंच गई, और हेटरोजंक्शन कोशिकाओं की औसत रूपांतरण दक्षता 25.2% तक पहुंच गई, दोनों में 2022 की तुलना में महत्वपूर्ण सुधार हुआ।
2023 में, नव स्थापित बड़े पैमाने पर उत्पादन लाइनें मुख्य रूप से N-प्रकार सेल लाइनें थीं। जैसे-जैसे N-प्रकार सेल क्षमता धीरे-धीरे जारी हुई, PERC सेल बाजार हिस्सेदारी 73.0% तक संकुचित हो गई। N-प्रकार कोशिकाओं का कुल मिलाकर लगभग 26.5% हिस्सा था, जिसमें N-प्रकार TOPCon कोशिकाएं लगभग 23.0%, हेटरोजंक्शन कोशिकाएं लगभग 2.6%, और XBC कोशिकाएं लगभग 0.9% थीं—ये सभी 2022 की तुलना में पर्याप्त वृद्धि दर्शाती हैं।
2024 से आगे, TOPCon द्वारा प्रतिनिधित्व N-प्रकार कोशिकाओं की हिस्सेदारी P-प्रकार PERC को पूरी तरह से पार कर जाएगी, उद्योग को उम्मीद है कि हिस्सेदारी 70% तक पहुंच जाएगी और उससे अधिक हो जाएगी।
Ooitech का दृष्टिकोण
Ooitech का मानना है: TOPCon, एक N-प्रकार टनल ऑक्साइड पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट सेल तकनीक जो मौजूदा PERC लाइनों पर आधारित है, उच्च दक्षता, कम गिरावट और मजबूत बिजली उत्पादन लाभ प्रदान करती है, और अब सौर उद्योग की मुख्यधारा बन रही है।
