फिल फैक्टर सबसे पहले सोलर सेल के मास-प्रोडक्शन दोषों को क्यों उजागर करता है?
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फिल फैक्टर सबसे पहले सोलर सेल के मास-प्रोडक्शन दोषों को क्यों उजागर करता है?
परिचय: फिल फैक्टर एक पृथक पैरामीटर नहीं है। यह संपर्क प्रतिरोध, लीकेज, पेस्ट फॉर्मूलेशन, स्क्रीन प्रिंटिंग, फायरिंग और LECO प्रक्रिया विंडो को एक एकल I-V वक्र में संपीड़ित करता है।
दक्षता परिणाम दिखाती है, जबकि FF बताता है कि उत्पादन लाइन पर क्या हो रहा है
वैश्विक ऊर्जा संक्रमण के तहत फोटोवोल्टिक उद्योग तेजी से विस्तारित हुआ है। वैश्विक PV मॉड्यूल उत्पादन क्षमता पहले ही 200 GW पार कर चुकी है, जिसमें वार्षिक उत्पादन 150 GW से ऊपर बना हुआ है। साथ ही, PERC तकनीक अपने जीवनचक्र के अंतिम चरण में प्रवेश कर चुकी है। बड़े पैमाने पर उत्पादन रूपांतरण दक्षता 23.5% तक बढ़ गई है और लगभग 24% की सैद्धांतिक सीमा की ओर कठिनाई से बढ़ रही है। आगे लाभ प्राप्त करना बहुत कठिन हो गया है।
विनिर्माण लागत के दृष्टिकोण से, PERC कोशिकाओं की गैर-सिलिकॉन लागत लगभग 0.2 रुपये प्रति वाट तक संपीड़ित हो गई है, जिससे और कमी के लिए सीमित स्थान बचा है। इसलिए उद्योग उच्च दक्षता वाली N-प्रकार की तकनीकों जैसे TOPCon, हेटरोजंक्शन तकनीक या HJT, और बैक-कॉन्टैक्ट कोशिकाओं की ओर स्थानांतरित हो गया है। लक्ष्य उच्च दक्षता और मजबूत परियोजना बैंकेबिलिटी के माध्यम से नया लाभ स्थान खोलना है।
सौर सेल तकनीक की एक पीढ़ी का मूल्यांकन करते समय रूपांतरण दक्षता स्पष्ट रूप से महत्वपूर्ण है। हालांकि, वास्तविक बड़े पैमाने पर उत्पादन लाइन पर, ओपन-सर्किट वोल्टेज (Voc) और शॉर्ट-सर्किट करंट (Isc) अक्सर अपेक्षाकृत संकीर्ण सीमाओं के भीतर स्थिर हो जाते हैं। उस बिंदु पर, फिल फैक्टर अंतिम उत्पादन उपज का एक निर्णायक संकेतक और छोटी प्रक्रिया उतार-चढ़ाव का एक संवेदनशील संकेत बन जाता है।
ज्यामितीय रूप से, फिल फैक्टर सौर सेल के I-V विशेषता वक्र की वर्गाकारता को मापता है। यह वास्तविक अधिकतम-शक्ति आयत और Voc और Isc द्वारा निर्मित सैद्धांतिक आयत के बीच का अनुपात है। मान हमेशा 1 से नीचे होता है। आदर्श परिस्थितियों में, गैलियम आर्सेनाइड सौर सेल का अधिकतम FF 0.89 तक पहुंच सकता है। एक सामान्य वाणिज्यिक क्रिस्टलीय-सिलिकॉन सौर सेल के लिए सैद्धांतिक सीमा लगभग 0.83 से 0.85 है।
एक उत्पादन लाइन एक आदर्श मॉडल नहीं है। खराब धातुकरण संपर्क, एचिंग-संबंधित रिसाव, असंतुलित पेस्ट फॉर्मूलेशन, या स्थानांतरित फायरिंग विंडो सूक्ष्म संपर्क इंटरफेस को बाधित कर सकते हैं। ये दोष गर्मी संचय के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं। ये अंततः परजीवी प्रतिरोध में तीव्र भिन्नता के रूप में दिखाई देते हैं और अक्सर पहले FF में गिरावट के माध्यम से उजागर होते हैं।
सूत्र: रूपांतरण दक्षता और FF के बीच संबंध
η = Pmax / Pin = (Voc × Isc × FF) / Pin
अर्थ: जब Voc और Isc अपेक्षाकृत स्थिर रहते हैं, तो एक छोटा FF उतार-चढ़ाव सीधे अंतिम रूपांतरण दक्षता में चला जाता है।
सूत्र: फिल फैक्टर की परिभाषा
FF = Pmax / (Voc × Isc) = (Vmp × Imp) / (Voc × Isc)
अर्थ: FF I-V वक्र की वर्गाकारता को मापता है। व्यावहारिक रूप में, यह दर्शाता है कि एक सेल अपने सैद्धांतिक विद्युत उत्पादन को वास्तविक अधिकतम शक्ति में कितनी प्रभावी रूप से परिवर्तित करता है।
FF का भौतिक मूल: Rs और Rsh के बीच खिंचाव
यह समझने के लिए कि FF विनिर्माण स्थितियों के प्रति इतना संवेदनशील क्यों है, सौर सेल के समतुल्य-सर्किट मॉडल पर वापस जाना आवश्यक है। फोटोजनरेटेड वाहक बाहरी सर्किट द्वारा एकत्र होने से पहले सिलिकॉन बॉडी के माध्यम से बहते और विसरित होते हैं। इस प्रक्रिया के दौरान ऊर्जा हानि अपरिहार्य है।
मैक्रोस्कोपिक विद्युत स्तर पर, इन हानियों को परजीवी प्रतिरोध द्वारा दर्शाया जाता है। दो मुख्य घटक श्रृंखला प्रतिरोध, Rs, और शंट प्रतिरोध, Rsh हैं।
श्रृंखला प्रतिरोध उस सभी अग्रगामी भौतिक प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करता है जो करंट बाहरी लोड की ओर प्रवाहित होने पर सामना करता है। यह सिलिकॉन वेफर बल्क प्रतिरोध, सामने और पीछे के इलेक्ट्रोड और सिलिकॉन के बीच संपर्क प्रतिरोध, पार्श्व एमिटर परिवहन प्रतिरोध, फिंगर और बसबार प्रतिरोध, और मॉड्यूल स्तर पर, इंटरकनेक्शन रिबन प्रतिरोध का संयुक्त परिणाम है।
इन योगदानकर्ताओं में, धातु-अर्धचालक संपर्क प्रतिरोध और उत्सर्जक डोपिंग सांद्रता तथा जंक्शन गहराई में भिन्नताएं बड़े पैमाने पर उत्पादन में सबसे कम स्थिर चरों में से कुछ हैं। वे Rs में तीव्र वृद्धि के सबसे संभावित कारणों में भी शामिल हैं। श्रृंखला प्रतिरोध का सेल फिल फैक्टर के साथ मजबूत नकारात्मक सहसंबंध होता है।
I-V वक्र पर, जब Rs बढ़ता है, तो Voc के पास अग्र-अभिनत क्षेत्र की ढलान कम हो जाती है और वक्र चपटा हो जाता है। स्थूल स्तर पर, उच्च श्रृंखला प्रतिरोध अधिकतम आउटपुट पावर को कम करता है और FF को नीचे खींचता है।
शंट प्रतिरोध आंतरिक विद्युत रिसाव के स्तर को दर्शाता है। आदर्श रूप से, Rsh अनंत के करीब होना चाहिए, जिससे फोटोजनरेटेड वाहकों के लिए कोई बाईपास पथ न बचे। वास्तविक निर्माण में, किनारे का रिसाव, क्रिस्टल अव्यवस्थाएं, और PN जंक्शन में प्रवेश करने वाला धातु पेस्ट अनपेक्षित धारा पथ बना सकते हैं।
कम Rsh का मतलब अधिक आंतरिक रिसाव धारा है। यह शंटिंग प्रभाव कार्यात्मक PN जंक्शन से गुजरने वाली धारा को कम करता है और ऑपरेटिंग वोल्टेज को कम करता है। यह समस्या कम रोशनी में अधिक दिखाई देती है क्योंकि फोटोजनरेटेड धारा पहले से ही कमजोर होती है, जिससे रिसाव कुल धारा का एक बड़ा हिस्सा बन जाता है।
सूत्र: परजीवी प्रतिरोध सहित सौर सेल समीकरण
I = IL - I0 × { exp[q(V + I×Rs)/(n k T)] - 1 } - (V + I×Rs) / Rsh
अर्थ: Rs धारा आउटपुट में बाधा डालता है, जबकि Rsh एक रिसाव पथ बनाता है। दोनों FF को कम करते हैं।
सूत्र: अधिकतम पावर बिंदु शर्त
d(I×V) / dV = 0
अर्थ: I-V वक्र पर वह बिंदु जहां पावर अपने अधिकतम पर पहुंचती है, उत्पादन परीक्षण में उपयोग किए जाने वाले Pmax मान का स्रोत है।
सूत्र: सामान्यीकृत शंट प्रतिरोध
RCH = Voc / Isc; rsh = Rsh / RCH
अर्थ: अभिलाक्षणिक प्रतिरोध RCH के साथ सामान्यीकरण विभिन्न आकारों और धारा वर्गों की कोशिकाओं की तुलना एक ही पैमाने पर करने की अनुमति देता है।
सूत्र: FF पर शंट प्रतिरोध का अनुमानित प्रभाव
FFsh ≈ FF0 × (1 - 1 / rsh)
अर्थ: Rsh जितना कम होगा, रिसाव उतना ही गंभीर होगा और परिणामी FF हानि उतनी ही अधिक होगी।
कौन सी उत्पादन समस्याएं Rs और Rsh के अनुरूप हैं?
इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से, FF मूल्यवान है क्योंकि यह केवल यह नहीं बताता कि दक्षता गिर गई है। यह इंजीनियरों को यह निर्धारित करने में मदद करता है कि दक्षता क्यों गिरी। श्रृंखला प्रतिरोध और शंट प्रतिरोध I-V वक्र के विभिन्न क्षेत्रों को प्रभावित करते हैं, इसलिए वे विभिन्न निर्माण दोषों की ओर संकेत कर सकते हैं।
सूत्र: श्रेणी प्रतिरोध के कारण तापीय हानि
Ploss ≈ I² × Rs
अर्थ: उच्च-धारा या उच्च-विकिरण स्थितियों में, Rs के कारण शक्ति हानि धारा के वर्ग के साथ बढ़ती है।
| परजीवी प्रतिरोध की स्थिति | I-V वक्र में परिवर्तन | स्थूल प्रभाव | संभावित उत्पादन-लाइन कारण |
|---|---|---|---|
| श्रेणी प्रतिरोध, Rs, बढ़ता है | Voc के पास अग्र-अभिनत क्षेत्र में ढलान घटता है | FF गिरता है, उच्च विकिरण पर तापीय हानि अधिक होती है, और Isc थोड़ा घट सकता है | खराब अग्र या पश्च इलेक्ट्रोड संपर्क, उच्च पेस्ट बल्क प्रतिरोधकता, टूटी फिंगर्स, या अपर्याप्त फायरिंग |
| शंट प्रतिरोध, Rsh, घटता है | Isc के पास और पश्च-अभिनत क्षेत्र में ढलान बढ़ता है | FF गिरता है, रिसाव Voc को कम करता है, और कम-रोशनी प्रदर्शन अधिक तेजी से बिगड़ता है | अपूर्ण किनारा अलगाव, अधिक फायरिंग के कारण PN-जंक्शन प्रवेश, क्रिस्टल दोष, या पैसिवेशन फिल्म में छेद |
खराब संपर्क: धातुकरण की अकिलीज़ हील
सिलिकॉन वेफर से तैयार सेल तक की प्रक्रिया में, स्क्रीन प्रिंटिंग और धातुकरण फायरिंग महत्वपूर्ण चरण हैं जो विद्युत प्रदर्शन निर्धारित करते हैं। स्क्रीन प्रिंटिंग परिपक्व और लागत-प्रभावी है, लेकिन इसका भौतिक संपर्क तंत्र श्रेणी-प्रतिरोध और शंट-प्रतिरोध दोनों समस्याएं पैदा कर सकता है।
आधुनिक उच्च-दक्षता सेल आमतौर पर पश्च-पक्ष वाहक पुनर्संयोजन दर को कम करने के लिए पश्च डाइइलेक्ट्रिक पैसिवेशन और स्थानीय धातु-संपर्क संरचनाओं का उपयोग करते हैं। चूंकि धातु और सिलिकॉन शरीर के बीच एक इन्सुलेटिंग डाइइलेक्ट्रिक परत होती है, लेजर ओपनिंग या पेस्ट-सहायता प्राप्त एचिंग के माध्यम से स्थानीय संपर्क बनाया जाना चाहिए। यदि ओपनिंग गुणवत्ता खराब है या मिश्रधातुकरण अपर्याप्त है, तो धातु और अर्धचालक विश्वसनीय ओमिक संपर्क नहीं बना सकते।
स्क्रीन-प्रिंटेड स्थानीय पश्च-इलेक्ट्रोड संपर्कों वाले सेल के एक अध्ययन से पता चला कि खराब संपर्क के कारण श्रेणी प्रतिरोध 21.34 mΩ तक बढ़ गया। रूपांतरण दक्षता केवल 8.95% तक पहुंची, जो पारंपरिक एल्युमिनियम बैक-सरफेस-फील्ड सेल के 17.44% स्तर से काफी कम थी।
शोधकर्ताओं ने पिछले एल्युमिनियम पेस्ट के डोपिंग स्तर को समायोजित करके FF को पुनर्प्राप्त करने का प्रयास किया। जैसे-जैसे एल्युमिनियम सामग्री बढ़ी, मिश्रधातु की गहराई में सुधार हुआ और श्रृंखला प्रतिरोध कम हुआ। जब एल्युमिनियम सामग्री 60% के महत्वपूर्ण स्तर पर पहुंच गई, तो Rs असंशोधित स्थिति की तुलना में 11 mΩ कम हो गया। इसने रूपांतरण दक्षता को पूर्ण 2.59 प्रतिशत अंकों तक बढ़ा दिया।
हालांकि, जब एल्युमिनियम सामग्री बहुत अधिक हो गई, तो अतिरिक्त एल्युमिनियम ने संपर्क क्षेत्र में प्रवाहकीय नेटवर्क को बाधित कर दिया। फिर श्रृंखला प्रतिरोध फिर से बढ़ने लगा।
QFLS: सामग्री दोषों को विनिर्माण दोषों से अलग करना
जब कोई उत्पादन लाइन FF में व्यापक कमी दिखाती है, तो सबसे कठिन प्रश्नों में से एक यह है कि क्या हानि सामग्री के अंदर अत्यधिक गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन से आती है या स्क्रीन प्रिंटिंग और फायरिंग के दौरान प्रस्तुत परजीवी प्रतिरोध से।
क्वासी-फर्मी स्तर विभाजन, या QFLS, इस स्थिति में एक महत्वपूर्ण नैदानिक उपकरण है। भौतिक शब्दों में, QFLS एक फोटोवोल्टिक उपकरण की सैद्धांतिक वोल्टेज सीमा निर्धारित करता है जब कोई बाहरी आवेश निष्कर्षण नहीं होता है। QFLS और विकिरणीय सीमा के बीच का अंतर सीधे सामग्री दोषों या अशुद्धियों के कारण गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन हानियों को प्रकट करता है।
QFLS को प्रकाशिक रूप से मापकर और इसे संपर्क रहित छद्म J-V विश्लेषण के साथ जोड़कर, शोधकर्ता बाहरी विद्युत माप से श्रृंखला प्रतिरोध के प्रभाव को हटा सकते हैं।
यदि मापा गया FF, QFLS से प्राप्त छद्म फिल फैक्टर से काफी कम है, तो हानि आमतौर पर खराब धातुकरण संपर्क या टूटी हुई फिंगर्स से जुड़ी हो सकती है। यदि छद्म फिल फैक्टर पहले से कम है, तो गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन संभवतः नियंत्रण से बाहर है, जो वेफर गुणवत्ता या इंटरफ़ेस पैसिवेशन में एक आंतरिक समस्या की ओर इशारा करता है।
HJT निम्न-तापमान सिल्वर पेस्ट: 200°C से नीचे एक प्रवाहकीय नेटवर्क का निर्माण
जैसे-जैसे N-प्रकार की प्रौद्योगिकियां विस्तारित होती हैं, HJT और BC कोशिकाएं धातुकरण गुणवत्ता पर सख्त आवश्यकताएं रखती हैं। इसलिए FF नवीन प्रवाहकीय पेस्टों के मूल्यांकन के लिए एक महत्वपूर्ण संकेतक बन गया है।
HJT कोशिकाएं एक अनाकार-सिलिकॉन और क्रिस्टलीय-सिलिकॉन हेटरोजंक्शन संरचना का उपयोग करती हैं। यह मजबूत पैसिवेशन प्रदान करता है, लेकिन संरचना अत्यधिक तापमान-संवेदनशील है। अनाकार-सिलिकॉन फिल्मों के क्रिस्टलीकरण और गिरावट को रोकने के लिए, HJT कोशिकाएं 800°C से ऊपर पारंपरिक फायरिंग तापमान का सामना नहीं कर सकती हैं। उन्हें कम तापमान वाले सिल्वर पेस्ट की आवश्यकता होती है जिसका इलाज तापमान सख्ती से 200°C से नीचे नियंत्रित हो।
कम तापमान वाला सिल्वर पेस्ट पारंपरिक उच्च तापमान वाले पेस्ट से अलग तरीके से काम करता है। उच्च तापमान वाला सिल्वर पेस्ट उच्च तापमान पर ग्लास फ्रिट के पिघलने पर निर्भर करता है। ग्लास फ्रिट एंटीरिफ्लेक्शन फिल्म को नक़्क़ाशी करता है और सिलिकॉन में सिल्वर क्रिस्टलाइट्स के विकास को बढ़ावा देता है, जिससे कम प्रतिरोध वाला ओमिक संपर्क बनता है।
कम तापमान वाला सिल्वर पेस्ट मुख्य रूप से पॉलिमर रेज़िन सिस्टम में निलंबित सिल्वर कणों पर निर्भर करता है। कम तापमान पर विलायक के वाष्पीकरण के बाद, कणों को भौतिक विद्युत संपर्क बनाने के लिए एक साथ दबाया जाता है।
यह तंत्र आमतौर पर कम तापमान वाले पेस्ट को उच्च तापमान वाले पेस्ट की तुलना में अधिक बल्क प्रतिरोधकता देता है। यह सेल की कुल श्रृंखला प्रतिरोध को बढ़ा सकता है और FF को कम कर सकता है। पेस्ट आपूर्तिकर्ता नैनोस्केल पाउडर इंजीनियरिंग के माध्यम से समस्या का समाधान कर रहे हैं। विशिष्ट उपायों में सिल्वर सामग्री को कम करना और पेस्ट की सूक्ष्मता और रियोलॉजी में सुधार करना शामिल है ताकि कम सिल्वर खपत के साथ एक घना प्रवाहकीय नेटवर्क बनाया जा सके।
| पेस्ट प्रकार | सिल्वर सामग्री | इलाज की स्थितियाँ | थोक प्रतिरोधकता | प्रक्रिया विशेषताएँ |
|---|---|---|---|---|
| पारंपरिक कम तापमान वाला सिल्वर पेस्ट | 35%-55%, या 20%-35% तक कम | पारंपरिक सेटिंग्स | लगभग 4-8 μΩ·cm | लगभग 6-8 μm की सूक्ष्मता और लगभग 155-165 Pa·s की चिपचिपाहट |
| AP-01 श्रृंखला, विलायक युक्त | 33%-41% | कम से कम 120°C पर 6-20 मिनट | 4.57-7.62 μΩ·cm | उच्च पहलू अनुपात मुद्रण और बहुत महीन रेखा चौड़ाई का समर्थन करता है |
| AP-02 श्रृंखला, विलायक मुक्त | 33%-41% | कम से कम 110°C पर 5-15 मिनट | 4.31-8.53 μΩ·cm | 15 μm से ऊपर स्क्रीन ओपनिंग और 400 mm/s से ऊपर मुद्रण गति के लिए उपयुक्त |
BC सेल: पीछे की ओर अलगाव विफलता के लिए अलार्म के रूप में FF
यदि HJT के लिए चुनौती कम तापमान चालकता है, तो बैक-कॉन्टैक्ट सेल के लिए चुनौती इलेक्ट्रोड लेआउट की सूक्ष्म सीमाएँ हैं।
BC सेल सामने की ओर धातु ग्रिड छायांकन को समाप्त करते हैं और इस प्रकार Isc को अधिक धकेल सकते हैं। इसकी कीमत यह है कि सभी सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड को पीछे की सतह पर बहुत छोटे अंतराल पर वैकल्पिक रूप से व्यवस्थित किया जाना चाहिए।
इस उच्च-घनत्व वायरिंग क्षेत्र में, स्क्रीन-प्रिंटिंग का थोड़ा सा ऑफसेट, पेस्ट का फैलाव, या एक छोटा सा इन्सुलेशन-लेयर दोष सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच एक भौतिक संबंध बना सकता है। जब ऐसा होता है, तो Rsh लगभग शून्य तक गिर सकता है।
एक सूक्ष्म शॉर्ट सर्किट एक बड़ा शंट करंट बनाता है जो ऑपरेटिंग वोल्टेज को कम कर देता है। Voc गिर जाता है और FF शून्य तक गिर सकता है। सामने की सतह के पास उत्पन्न फोटोजनरेटेड वाहकों को पीछे के धातु संग्रह इलेक्ट्रोड तक पहुंचने से पहले एक लंबी पार्श्व दूरी तय करनी होती है। इससे संचित बल्क और पार्श्व श्रृंखला प्रतिरोध का जोखिम बढ़ जाता है।
इस कारण से, FF उतार-चढ़ाव की निगरानी BC सेल उत्पादन लाइन पर सबसे महत्वपूर्ण उपज-सुरक्षा उपायों में से एक है। प्रत्येक सेल जो FF सीमा में विफल होता है, वह मेटलाइज़ेशन आइसोलेशन या कैरियर-ट्रांसपोर्ट डिज़ाइन में विफलता का प्रतिनिधित्व कर सकता है।
फायरिंग विंडो: अंडरफायरिंग और ओवरफायरिंग दोनों FF द्वारा दंडित की जाती हैं
TOPCon और PERC कोशिकाओं के लिए, उच्च तापमान फायरिंग अंतिम महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में से एक है। मुद्रित धातु इलेक्ट्रोड वाले सिलिकॉन वेफर्स लगभग 800°C के शिखर तापमान वाले बेल्ट फर्नेस से गुजरते हैं। धातु पेस्ट में ग्लास फ्रिट सतह पैसिवेशन परत के माध्यम से पिघलता है और अंतर्निहित सिलिकॉन या बैक-सरफेस फील्ड के साथ एक मिश्र धातु या सीधा संपर्क बनाता है। यह एक ओमिक संपर्क बनाता है और श्रृंखला प्रतिरोध को कम करता है।
यह प्रक्रिया एक तंग संतुलन कार्य है। बहुत कम तापमान, या बहुत अधिक बेल्ट गति, अंडरफायरिंग का कारण बनती है। ग्लास फ्रिट पर्याप्त रूप से पिघल नहीं पाता और सिलिकॉन नाइट्राइड या टनल ऑक्साइड परत को एच करने में विफल हो सकता है। बहुत कम सिल्वर क्रिस्टलाइट अवक्षेपित होते हैं और सिलिकॉन में प्रवेश करते हैं। धातु और अर्धचालक के बीच एक इन्सुलेटिंग परत बनी रहती है, जिससे संपर्क प्रतिरोध तेजी से बढ़ जाता है। I-V वक्र का फॉरवर्ड-बायस पक्ष चपटा हो जाता है, और FF असामान्य रूप से कम हो जाता है।
अत्यधिक तापमान ओवरफायरिंग का कारण बनता है। धातु पेस्ट बहुत आक्रामक हो जाता है, और सिल्वर क्रिस्टलाइट एक उथले PN जंक्शन में स्पाइक्स की तरह प्रवेश कर सकते हैं। यह शॉर्ट सर्किट और पुनर्संयोजन केंद्रों का परिचय देता है। पैसिवेशन क्षतिग्रस्त हो जाता है, Rsh कम हो जाता है, और रिसाव एक गंभीर समस्या बन जाता है।
EL निरीक्षण में, ओवरफायरिंग के कारण जाली क्षति और पैसिवेशन विफलता अक्सर बादल पैटर्न, वॉटरमार्क, या फर्नेस-बेल्ट निशान के रूप में दिखाई देती है।
प्रक्रिया विंडो को चौड़ा करने के लिए, उपकरण आपूर्तिकर्ताओं ने फायरिंग और लाइट-इंजेक्शन सिस्टम विकसित किए हैं। ये सिस्टम एक फायरिंग फर्नेस को एक लाइट-इंजेक्शन चैंबर के साथ जोड़ते हैं। उच्च तापमान एनीलिंग और मिश्र धातु के बाद, वेफर को लगभग 150-350°C के तापमान पर सीधे उच्च-तीव्रता वाले प्रकाश में उजागर किया जाता है।
उच्च-तीव्रता वाले फोटॉन वाहकों को उत्तेजित करते हैं और वेफर के अंदर तथा इसकी सतहों के पास हाइड्रोजन परमाणुओं की आवेश स्थिति को बदलते हैं। यह फायरिंग के दौरान बने सूक्ष्म तापीय दोषों और डैंगलिंग बॉन्ड्स को निष्क्रिय कर सकता है। परीक्षण परिणाम दिखाते हैं कि यह उपचार EL वॉटरमार्क और फर्नेस-बेल्ट के निशान को कम कर सकता है, साथ ही Voc और FF में सुधार कर सकता है।
LECO: TOPCon मेटलाइज़ेशन संघर्ष के माध्यम से एक गैर-संतुलन मार्ग
TOPCon के प्रारंभिक विस्तार के दौरान, फ्रंट-साइड मेटलाइज़ेशन एक प्रमुख उपज अड़चन बन गया। सतह पुनर्संयोजन को कम करने के लिए, TOPCon सेल का फ्रंट साइड कम डोपिंग सांद्रता वाले उथले एमिटर का उपयोग करता है।
एक उथला जंक्शन और कम डोपिंग ग्लास फ्रिट युक्त पारंपरिक उच्च तापमान वाले सिल्वर पेस्ट के लिए संघर्ष पैदा करता है। यदि पेस्ट को पर्याप्त रूप से फायर नहीं किया जाता है, तो संपर्क प्रतिरोध बहुत अधिक रहता है। यदि इसे बहुत आक्रामक रूप से फायर किया जाता है, तो उथला जंक्शन भेदा जा सकता है, जिससे रिसाव होता है और FF शून्य की ओर चला जाता है।
लेज़र-एन्हांस्ड कॉन्टैक्ट ऑप्टिमाइज़ेशन, या LECO, इस संघर्ष को हल करने के लिए विकसित किया गया था। LECO एक गैर-तापीय-संतुलन फोटोइलेक्ट्रिक तंत्र का उपयोग करता है। विनाशकारी वैश्विक उच्च तापमान हीटिंग लागू करने के बजाय, यह लगभग 10 V या उससे अधिक के रिवर्स बायस को लागू करते हुए उच्च-तीव्रता वाले लेज़र से चार्ज वाहकों को उत्तेजित करता है।
मजबूत बायस और फोटोजनरेटेड वाहकों के संयुक्त प्रभाव के तहत, अंडरफायरिंग द्वारा असंबद्ध छोड़े गए कमजोर इन्सुलेटिंग बिंदु स्थानीयकृत हिमस्खलन ब्रेकडाउन से गुजरते हैं। मुक्त वाहक विद्युत क्षेत्र द्वारा धातु-अर्धचालक संपर्क के माध्यम से संचालित होते हैं, जिससे कई एम्पीयर की स्थानीय धाराएं बनती हैं।
ये मजबूत धाराएं सूक्ष्म संपर्क बिंदुओं पर स्थानीयकृत जूल हीटिंग उत्पन्न करती हैं। यह नैनोसेकंड से माइक्रोसेकंड टाइमस्केल पर माइक्रो-फायरिंग उत्पन्न करता है।
LECO TOPCon फायरिंग रणनीति को आक्रामक वैश्विक हीटिंग से लक्षित स्थानीय मरम्मत में बदल देता है। पेस्ट आपूर्तिकर्ता समर्पित LECO-संगत ग्लास फ्रिट सिस्टम डिज़ाइन कर सकते हैं। पारंपरिक बेल्ट-फायरिंग प्रक्रिया तब उथले एमिटर की रक्षा के लिए थोड़ा अंडरफायर्ड रह सकती है, जबकि LECO पीछे के छोर पर स्थानीयकृत विद्युत ब्रेकडाउन बनाता है और संपर्क प्रतिरोध को कम करता है।
सत्यापन परिणाम दिखाते हैं कि LECO के बिना सेल अत्यधिक संपर्क प्रतिरोध के कारण विफलता के करीब काम कर सकते हैं। LECO उपचार के बाद, संपर्क प्रतिरोध कम हो जाता है जबकि पैसिवेशन बना रहता है। FF बढ़ता है, जिससे 0.2 प्रतिशत अंक से अधिक का पूर्ण रूपांतरण-दक्षता लाभ होता है।
LECO की अभी भी एक प्रक्रिया सीमा है। यदि प्रकाश की तीव्रता बहुत कम है, तो संपर्क मरम्मत अधूरी है। यदि यह बहुत अधिक है, तो जाली अपस्फीति और संरचनात्मक क्षति हो सकती है।
जब लेज़र की तीव्रता 375 MW/cm² के विनाशकारी मान तक पहुँचती है, तो FF 0.84 से गिरकर 0.65 हो सकता है, जो लगभग 24% की गिरावट है। Voc 0.745 V से घटकर 0.695 V हो सकता है, जबकि Jsc 41.8 mA/cm² से गिरकर 40.8 mA/cm² हो जाता है।
LECO द्वारा बनाया गया सूक्ष्म संपर्क नेटवर्क भी कुछ हद तक गैर-संतुलन तापीय नाजुकता रखता है। EL विश्लेषण से पता चलता है कि जब LECO-उपचारित सेल को दूसरे उच्च तापमान फायरिंग चक्र से गुज़ारा जाता है, तो दूसरे फायरिंग तापमान को 280°C से 680°C तक बढ़ाने से स्थापित सूक्ष्म-चालक पथ बाधित हो सकते हैं।
फिर संपर्क प्रतिरोध बिगड़ जाता है, FF में काफी कमी आती है, और 26.35% की प्रारंभिक सेल दक्षता घटने लगती है।
FF सिर्फ एक प्रतिशत नहीं है। यह उत्पादन उपज की धड़कन है।
सौर सेल निर्माण के ब्लैक बॉक्स के अंदर देखने से एक बात स्पष्ट होती है: फिल फैक्टर प्रयोगशाला परीक्षक पर दिखाए गए एक अमूर्त प्रतिशत से कहीं अधिक है।
सूक्ष्म स्तर पर, FF वाहक-परिवहन पथ के साथ श्रृंखला प्रतिरोध और शंट प्रतिरोध के बीच खिंचाव की अंतिम अभिव्यक्ति है। उत्पादन लाइन पर, यह मेटलाइज़ेशन पेस्ट की चालकता सीमा, स्क्रीन प्रिंटिंग की यांत्रिक सटीकता और बेल्ट-फायरिंग भट्टी के तापमान प्रोफ़ाइल में छोटे बदलावों को रिकॉर्ड करता है।
एक नए PV चक्र में जहाँ गैर-सिलिकॉन लागत पहले से ही निचले स्तर के करीब है और पूंजी विस्तार अधिक मांग वाला होता जा रहा है, हर प्रमुख उच्च-दक्षता तकनीक को एक ही मूलभूत समस्या का सामना करना पड़ता है।
HJT को कम तापमान इलाज सीमा के भीतर एक विश्वसनीय चालक नेटवर्क बनाए रखना चाहिए। BC कोशिकाओं को केवल सूक्ष्म दूरी से अलग किए गए धनात्मक और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड के बीच रिसाव को नियंत्रित करना चाहिए। TOPCon पैसिवेशन की रक्षा करते हुए संपर्क की मरम्मत के लिए फायरिंग, लाइट इंजेक्शन और LECO पर निर्भर करता है।
लक्ष्य हमेशा एक ही होता है: PN जंक्शन में प्रवेश किए बिना और रिसाव पैदा किए बिना इंटरफ़ेस संपर्क प्रतिरोध को कम करना।
निर्माताओं के लिए, केवल पूर्ण दक्षता मान का पीछा करना अब पर्याप्त नहीं है। एक अधिक स्मार्ट उत्पादन प्रणाली को वास्तविक समय में छोटे FF बदलावों की निगरानी करनी चाहिए और उन्हें QFLS और स्यूडो J-V विश्लेषण जैसी गैर-विनाशकारी निदान विधियों के साथ जोड़ना चाहिए। अगली पीढ़ी के अधिक स्थिर उच्च-दक्षता सौर सेल निर्माण की ओर यही व्यावहारिक मार्ग है।
Ooitech का दृष्टिकोण
FF का वास्तविक मूल्य एक उत्पादन अलार्म के रूप में इसकी गति है। एक स्थिर लाइन को FF को Rs, Rsh, EL पैटर्न, स्यूडो-FF, फायरिंग तापमान और मेटलाइज़ेशन डेटा के साथ ट्रैक करना चाहिए, बजाय प्रत्येक परिणाम को अलग-अलग उपचारित करने के। TOPCon, HJT और BC प्रौद्योगिकियों के लिए, यह संयुक्त डेटासेट अंतिम दक्षता वितरण में गंभीर उपज हानि दिखाने से पहले एक बहाव प्रक्रिया विंडो को प्रकट कर सकता है।
