TOPCon सोलर सेल: पूर्ण रूप, संरचना और यह कैसे काम करता है

त्वरित उत्तर: TOPCon का अर्थ है टनल ऑक्साइड पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट। यह एक N-प्रकार सिलिकॉन सोलर सेल तकनीक है जो पिछली सतह पर डोप्ड पॉलीसिलिकॉन परत के नीचे लगभग 1 से 2 नैनोमीटर की अल्ट्रा-पतली टनल ऑक्साइड परत रखती है। यह स्टैक दो काम करता है: यह पिछली सतह को पैसिवेट करता है ताकि वहाँ कम चार्ज कैरियर पुनर्संयोजित हों, और यह बहुसंख्यक कैरियर को टनल करने देता है जबकि विपरीत ध्रुवता को अवरुद्ध करता है। परिणाम PERC की तुलना में उच्च ओपन-सर्किट वोल्टेज है, और इसलिए उच्च दक्षता — यही कारण है कि TOPCon ने PERC को प्रमुख औद्योगिक सेल तकनीक के रूप में विस्थापित कर दिया। निर्माताओं के लिए महत्वपूर्ण बात यह है कि TOPCon मौजूदा PERC उपकरणों के साथ काफी हद तक लाइन-संगत है, जिसमें मुख्य रूप से अतिरिक्त बोरॉन डिफ्यूजन, टनल ऑक्साइड और पॉलीसिलिकॉन डिपोजिशन चरणों की आवश्यकता होती है। यह बैक-कॉन्टैक्ट परिवार का आधार भी है: IBC, TBC, HBC और HIBC सेल सभी TOPCon पैसिवेटिंग कॉन्टैक्ट पर आधारित हैं।

PV मॉड्यूल निर्माण · Jerry, Ooitech द्वारा

TOPCon सौर सेल का परिचय

TOPCon एक लंबे बैक-कॉन्टैक्ट क्रम में पहला कदम है। IBC, TBC, HBC और HIBC इसे कैसे आगे बढ़ाते हैं, यह निम्नलिखित में दिया गया है BC सेल प्रौद्योगिकी रोडमैप: संरचना से प्रक्रिया तक.

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 बनाई जाती है।

PERC सेल की तुलना में, TOPCon सेल पीछे की ओर चार्ज ट्रांसपोर्ट परत के रूप में एक उत्कृष्ट चार्ज ट्रांसपोर्ट गुणों वाली टनल ऑक्साइड परत का उपयोग करते हैं। इसके ऊपर, लगभग 20nm की एक डोप्ड पॉलीसिलिकॉन फिल्म जमा की जाती है जिससे पीछे की ओर एक पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट संरचना बनती है। 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 बेहतर पैसिवेशन प्रभाव प्राप्त करती है।

TOPCon सेल 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 सतह पुनर्संयोजन और धातु संपर्क पुनर्संयोजन को प्रभावी ढंग से कम करती है, जिससे N-PERT सेल की रूपांतरण दक्षता में और सुधार के लिए अधिक गुंजाइश मिलती है।

TOPCon तकनीक मौजूदा पारंपरिक P-टाइप सेल उपकरणों और प्रक्रियाओं को अधिकतम सीमा तक संरक्षित और पुन: उपयोग करती है। इसमें केवल बोरॉन डिफ्यूजन और थिन फिल्म डिपोजिशन उपकरण जोड़ने की आवश्यकता होती है, जिसमें रियर-साइड ओपनिंग या अलाइनमेंट की कोई आवश्यकता नहीं होती। यह सेल उत्पादन प्रक्रिया को काफी सरल बनाता है और बड़े पैमाने पर उत्पादन की कठिनाई को कम रखता है। प्रक्रिया लाइन उच्च संगतता प्रदान करती है और PERC और N-PERT बाइफेशियल सेल के लिए उपयोग की जाने वाली उच्च तापमान निर्माण लाइनों के साथ चल सकती है।

TOPCon सेल के लाभ हैं कम डिग्रेडेशन, उच्च बाइफेशियलिटी, और कम तापमान गुणांक, जो टर्मिनल पावर स्टेशन स्तर पर स्पष्ट बिजली उत्पादन लाभ प्रदान करते हैं।

TOPCon सेल के विकास चरण

TOPCon सेल का विकास इतिहास चार चरणों में विभाजित किया जा सकता है: प्रौद्योगिकी प्रोटोटाइप अवधि, उत्पाद लेआउट अवधि, व्यावसायिक प्रचार अवधि, और विस्फोटक विकास अवधि.

TOPCon सेल के लाभ

प्रदर्शन लाभ

• उच्च रूपांतरण दक्षता। TOPCon सेल के अद्वितीय पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट डिज़ाइन के कारण, सैद्धांतिक दक्षता सीमा 28.7% तक पहुँचती है। अग्रणी TOPCon निर्माताओं ने पहले ही 25.5% से अधिक की बड़े पैमाने पर उत्पादन दक्षता हासिल कर ली है, जो मुख्यधारा PERC सेल (वर्तमान बड़े पैमाने पर उत्पादन रूपांतरण दक्षता लगभग 23.5%, सैद्धांतिक सीमा 24.5%) की तुलना में एक महत्वपूर्ण सुधार है।

• उच्च बाइफेशियलिटी। TOPCon बाइफेशियल सेल बाइफेशियल PERC सेल 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-टाइप TOPCon मॉड्यूल का तापमान गुणांक -0.30%/℃ जितना कम है, जो P-टाइप मॉड्यूल के -0.35%/℃ से बेहतर है, जो उच्च तापमान वातावरण में उत्कृष्ट स्थिरता दर्शाता है।

• कम डिग्रेडेशन। फॉस्फोरस-डोप्ड N-टाइप क्रिस्टलीय सिलिकॉन में अत्यंत कम बोरॉन सामग्री होती है, इसलिए अनिवार्य रूप से कोई बोरॉन-ऑक्सीजन पुनर्संयोजन नहीं होता है, जो इसे डिग्रेडेशन दर में लाभ देता है। कुछ TOPCon मॉड्यूल पहले वर्ष में 1% डिग्रेडेशन और 0.4% की रैखिक वार्षिक डिग्रेडेशन 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 वाला प्रदर्शन। TOPCon सेल छोटी और लंबी दोनों तरंगदैर्ध्य पर अच्छी प्रतिक्रिया देते हैं, जिससे सुबह, शाम और बादल वाले मौसम जैसी कम रोशनी की स्थितियों में उत्कृष्ट बिजली उत्पादन क्षमता बनी रहती है।

आर्थिक लाभ

• PERC निर्माण के साथ उच्च संगतता, तकनीकी उन्नयन की कठिनाई को कम करती है। TOPCon को PERC प्रक्रिया तकनीक से विस्तारित किया जा सकता है, जिसमें केवल चार अतिरिक्त चरणों की आवश्यकता होती है: बोरॉन एमिटर तैयार करना, टनल ऑक्साइड परत उगाना, पॉलीसिलिकॉन जमा करना और डोप करना, और पोस्ट-डिफ्यूजन सफाई। यह उन्नयन की कठिनाई को कम करता है और TOPCon तकनीक को अपनाने में तेजी लाता है।

• कम उपकरण निवेश लागत के साथ सुचारू लाइन रूपांतरण। नई TOPCon लाइन बनाने के लिए लगभग 200-250 मिलियन के उपकरण निवेश की आवश्यकता होती है, जबकि नई HJT लाइन के लिए 350-400 मिलियन की आवश्यकता होती है। चूंकि TOPCon मौजूदा PERC लाइनों के साथ अच्छी उपकरण संगतता प्रदान करता है, केवल बोरॉन डिफ्यूजन 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 प्रमुख लाइन रेट्रोफिट से बचाता है, जिससे यह अत्यधिक किफायती है।

• महत्वपूर्ण मूल्य प्रीमियम की संभावना। 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 इम्प्लांटेशन.

मुख्य प्रक्रिया चरण और उनके कार्य

1. सफाई और टेक्सचरिंग

उद्देश्य: वेफर कटाई के बाद, किनारे क्षतिग्रस्त होते हैं, क्रिस्टल जाली संरचना टूट जाती है, और सतह पुनर्संयोजन गंभीर होता है। सफाई और टेक्सचरिंग मुख्य रूप से सतह की क्षति को हटाने और सतह पर पिरामिड प्रकाश-जाल संरचना बनाने के उद्देश्य से की जाती है। प्रकाश वेफर की सतह पर कई बार परावर्तित होता है, जिससे परावर्तनशीलता कम हो जाती है।

2. बोरॉन डिफ्यूजन

उद्देश्य: मुख्य कार्य PN जंक्शन बनाना है। चूंकि सिलिकॉन में बोरॉन की ठोस घुलनशीलता कम होती है, इसलिए प्रसार के लिए उच्च तापमान और लंबे समय की आवश्यकता होती है। प्रसार स्रोत का चयन भी उत्पादन को प्रभावित करता है: क्लोराइड संक्षारक होते हैं, जबकि ब्रोमाइड चिपचिपे होते हैं, जिससे सफाई कठिन हो जाती है और रखरखाव 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 प्रतिक्रियाओं से 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 प्रतिक्रिया करके B2O3 बनाता है, जो आगे प्रतिक्रिया 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 प्रतिक्रिया करता है, जिससे प्रसार ट्यूब की दीवारों पर B2O3 का निर्माण रुकता है, क्वार्ट्ज घटकों का जीवन बढ़ता है, और प्रभावी बोरॉन स्रोत बढ़ता है। HCl सेल की सतह और ट्यूब के अंदर धातु की अशुद्धियों के साथ प्रतिक्रिया 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. एसई लेजर डोपिंग

उद्देश्य: चयनात्मक उत्सर्जक बनाना। धातु ग्रिडलाइन और वेफर के बीच संपर्क क्षेत्रों पर और उसके 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 का आउटपुट करंट और वोल्टेज बढ़ता 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। क्योंकि बोरॉन और फॉस्फोरस के अलग-अलग विभाजन 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 पहुंचा सकती 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 पिछला जंक्शन 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 गीले तरीकों से की जाती है, सामने की ओर प्रसंस्करण से पहले श्रृंखला-प्रकार के उपकरणों में पीछे और किनारे की प्रसार परतों को हटाते हुए।

5. सुरंग ऑक्साइड परत और पॉलीसिलिकॉन परत तैयार करना

उद्देश्य: पीठ पर 1-2nm सुरंग 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 चारों ओर जमाव गंभीर है, जबकि PECVD समग्र प्रदर्शन में मजबूत क्षमता प्रदान करता है।

6. पिछली एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्म तैयार करना

उद्देश्य: प्रकाश अवशोषण बढ़ाने के लिए सेल के पीछे एक एंटी-रिफ्लेक्शन पैसिवेशन फिल्म तैयार करें। साथ ही, SiNx फिल्म निर्माण प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न हाइड्रोजन परमाणु वेफर को पैसिवेट करते हैं।

7. सामने की ओर एल्यूमीनियम ऑक्साइड जमाव

उद्देश्य: वेफर के सामने एल्यूमीनियम 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 की गई एल्यूमीनियम ऑक्साइड फिल्म बहुत पतली होती है और बाद के सेल और मॉड्यूल निर्माण के दौरान आसानी से क्षतिग्रस्त हो जाती है, इसलिए सामने की SiNx एल्यूमीनियम ऑक्साइड की भी रक्षा करती है।

9. स्क्रीन प्रिंटिंग - लेज़र पैटर्न स्थानांतरण

वर्तमान में, अधिकांश सेल प्रिंटिंग में अभी भी स्क्रीन प्रिंटिंग का उपयोग किया जाता है। भविष्य में, N-टाइप सेल के लिए सिल्वर पेस्ट की खपत कम करने के संदर्भ में, पैटर्न ट्रांसफर प्रिंटिंग को लाभ हो सकता है। लेजर 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 लेजर बीम उच्च गति वाले पैटर्न वाले स्कैनिंग करता है ताकि पेस्ट को लचीली पारदर्शी सामग्री से सेल की सतह पर स्थानांतरित किया जा सके, जिससे ग्रिडलाइन बनती हैं 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

सेल को उनकी विभिन्न रूपांतरण दक्षता के अनुसार डिब्बे में क्रमबद्ध किया जाता है।

TOPCon सेल के भविष्य के विकास के रुझान

2023 में, N-टाइप TOPCon सेल की औसत रूपांतरण दक्षता 25.0% तक पहुंच गई, और हेटरोजंक्शन सेल की औसत रूपांतरण दक्षता 25.2% तक पहुंच गई, दोनों में 2022 की तुलना में महत्वपूर्ण सुधार देखा गया।

2023 में, नई शुरू की गई बड़े पैमाने पर उत्पादन लाइनें मुख्य रूप से N-टाइप सेल लाइनें थीं। जैसे-जैसे N-टाइप सेल क्षमता धीरे-धीरे जारी हुई, PERC सेल बाजार हिस्सेदारी 73.0% तक संकुचित हो गई। N-टाइप सेल का कुल संयुक्त हिस्सा लगभग 26.5% था, जिसमें N-टाइप TOPCon सेल लगभग 23.0%, हेटरोजंक्शन सेल लगभग 2.6%, और XBC सेल लगभग 0.9% थे—ये सभी 2022 की तुलना में काफी वृद्धि दर्शाते हैं।

2024 से आगे, TOPCon द्वारा प्रतिनिधित्व किए गए N-टाइप सेल का हिस्सा व्यापक रूप से P-टाइप PERC को पार कर जाएगा, उद्योग को उम्मीद है कि यह हिस्सा 70% तक पहुंच जाएगा और उससे अधिक हो जाएगा।

Ooitech का दृष्टिकोण

Ooitech का मानना है: TOPCon, एक N-टाइप 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।