फिल फैक्टर सौर सेल के बड़े पैमाने पर उत्पादन दोषों को पहले क्यों प्रकट करता है?
विषय-सूची
फिल फैक्टर सौर सेल के बड़े पैमाने पर उत्पादन दोषों को पहले क्यों प्रकट करता है?
परिचय: फिल फैक्टर एक पृथक पैरामीटर नहीं है। यह संपर्क प्रतिरोध, रिसाव, पेस्ट फॉर्मूलेशन, स्क्रीन प्रिंटिंग, फायरिंग, और LECO प्रक्रिया विंडो को एक ही I-V वक्र में संपीड़ित करता है।
दक्षता परिणाम दिखाती है, जबकि FF उत्पादन लाइन पर क्या हो रहा है, यह प्रकट करता 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, जिसका 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 की रूपांतरण दक्षता 23.5% तक पहुंच गई है और लगभग 24% की सैद्धांतिक सीमा की ओर कठिनाई से बढ़ रही है। आगे की वृद्धि और अधिक कठिन होती जा रही है।
विनिर्माण लागत के दृष्टिकोण से, PERC सेल की गैर-सिलिकॉन लागत लगभग 0.2 युआन प्रति वाट तक संपीड़ित की गई है, जिससे आगे कटौती के लिए सीमित गुंजाइश बची है। इसलिए उद्योग ने TOPCon, हेटरोजंक्शन तकनीक या HJT, और बैक-कॉन्टैक्ट सेल जैसी उच्च दक्षता वाली N-टाइप तकनीकों की ओर रुख किया है। लक्ष्य उच्च दक्षता और मजबूत प्रोजेक्ट बैंकेबिलिटी के माध्यम से नया लाभ स्थान खोलना है।
सौर सेल प्रौद्योगिकी 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, या Voc, और शॉर्ट-सर्किट करंट, या Isc, अक्सर अपेक्षाकृत संकीर्ण सीमाओं के भीतर स्थिर हो जाते हैं। उस बिंदु पर, फिल फैक्टर अंतिम उत्पादन उपज का निर्णायक संकेतक और छोटे प्रक्रिया उतार-चढ़ाव का 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 के करीब पहुंच सकता है। एक विशिष्ट 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, नक़्क़ाशी से संबंधित रिसाव, असंतुलित पेस्ट फॉर्मूलेशन, या स्थानांतरित फायरिंग विंडो सभी सूक्ष्म संपर्क इंटरफेस को बाधित कर सकते हैं। ये दोष गर्मी संचय के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं। वे अंततः परजीवी प्रतिरोध में तीव्र भिन्नता के रूप में प्रकट होते 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 FF में एक छोटा सा उतार-चढ़ाव सीधे अंतिम रूपांतरण दक्षता में 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 से, यह दर्शाता है कि एक सेल अपने सैद्धांतिक विद्युत उत्पादन को वास्तविक अधिकतम शक्ति में कितनी प्रभावी ढंग से परिवर्तित करता है।
FF का भौतिक केंद्र: 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 लौटना आवश्यक है। फोटोजनित वाहक बाहरी सर्किट द्वारा एकत्र किए जाने से पहले सिलिकॉन शरीर के माध्यम से विचलित और विसरित होते हैं। इस प्रक्रिया के दौरान ऊर्जा हानि अपरिहार्य है।
स्थूल विद्युत स्तर पर, ये हानियाँ परजीवी प्रतिरोध द्वारा दर्शायी जाती हैं। दो मुख्य घटक हैं श्रृंखला प्रतिरोध, Rs, और शंट प्रतिरोध, Rsh।
श्रृंखला प्रतिरोध उस सभी अग्रगामी भौतिक प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करता है जो बाहरी भार की ओर धारा प्रवाहित होने पर सामना करता है। यह सिलिकॉन वेफर थोक प्रतिरोध, सामने और पीछे के इलेक्ट्रोड और सिलिकॉन के बीच संपर्क प्रतिरोध, पार्श्व उत्सर्जक परिवहन प्रतिरोध, फिंगर और बसबार प्रतिरोध, और मॉड्यूल स्तर पर, इंटरकनेक्शन रिबन प्रतिरोध का संयुक्त परिणाम है।
इन योगदानकर्ताओं में से, धातु-अर्धचालक संपर्क प्रतिरोध और उत्सर्जक डोपिंग एकाग्रता और जंक्शन गहराई में भिन्नता बड़े पैमाने पर उत्पादन में सबसे कम स्थिर चर में से हैं। वे Rs में तीव्र वृद्धि के सबसे संभावित कारणों में से भी हैं। श्रृंखला प्रतिरोध का सेल फिल फैक्टर के साथ मजबूत नकारात्मक सहसंबंध है।
I-V वक्र पर, जब Rs बढ़ता है, तो Voc के पास अग्र-अभिनत क्षेत्र की ढलान घट जाती है और वक्र चापलूस हो जाता है। स्थूल स्तर पर, उच्च श्रृंखला प्रतिरोध अधिकतम आउटपुट शक्ति को कम करता है और FF को नीचे खींचता है।
शंट प्रतिरोध आंतरिक विद्युत रिसाव के स्तर को दर्शाता है। आदर्श रूप से, Rsh को अनंत के करीब होना चाहिए, जिससे फोटोजनित वाहकों के लिए कोई बाईपास पथ न रहे। वास्तविक निर्माण में, किनारे का रिसाव, क्रिस्टल अव्यवस्थाएं, और धातु पेस्ट का PN जंक्शन में प्रवेश 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 घटाता है। यह समस्या कम रोशनी में अधिक दिखाई देती है क्योंकि फोटोजनित धारा पहले से कमजोर होती है, जिससे रिसाव कुल धारा का 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 रिसाव पथ बनाता है। दोनों FF को कम करते हैं।
सूत्र: अधिकतम पावर पॉइंट स्थिति
d(I×V) / dV = 0
अर्थ: I-V वक्र पर वह बिंदु जहां पावर अधिकतम होती है, उत्पादन परीक्षण में उपयोग किए जाने वाले Pmax मान का स्रोत है।
सूत्र: सामान्यीकृत शंट प्रतिरोध
RCH = Voc / Isc; rsh = Rsh / RCH
अर्थ: विशेषता 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 से संबंधित हैं?
इंजीनियरिंग 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 है। 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: श्रृंखला प्रतिरोध के कारण तापीय हानि
Ploss ≈ I² × Rs
अर्थ: उच्च-धारा या उच्च-विकिरण स्थितियों के तहत, Rs के कारण बिजली हानि धारा के वर्ग के साथ बढ़ती है।
| परजीवी प्रतिरोध स्थिति | I-V वक्र में परिवर्तन | स्थूल प्रभाव | संभावित उत्पादन-लाइन कारण |
|---|---|---|---|
| श्रृंखला प्रतिरोध, Rs, बढ़ता है | Voc के पास फॉरवर्ड-बायस क्षेत्र में ढलान घटता है | FF गिरता है, उच्च विकिरण के तहत तापीय हानि अधिक होती है, और Isc थोड़ा घट सकता है | खराब फ्रंट या रियर इलेक्ट्रोड संपर्क, उच्च पेस्ट बल्क प्रतिरोधकता, टूटी हुई उंगलियां, या अपर्याप्त फायरिंग |
| शंट प्रतिरोध, Rsh, घटता है | Isc के पास और रिवर्स-बायस क्षेत्र में ढलान बढ़ता है | FF गिरता है, रिसाव Voc को कम करता है, और कम रोशनी का प्रदर्शन अधिक तेजी से बिगड़ता है | अधूरा एज आइसोलेशन, ओवरफायरिंग के कारण PN-जंक्शन प्रवेश, क्रिस्टल दोष, या पैसिवेशन फिल्म में पिनहोल |
खराब संपर्क: मेटलाइजेशन की अकिलीज़ हील
सिलिकॉन वेफर से तैयार सेल तक की प्रक्रिया में, स्क्रीन प्रिंटिंग और मेटलाइजेशन फायरिंग महत्वपूर्ण चरण हैं जो विद्युत प्रदर्शन निर्धारित करते हैं। स्क्रीन प्रिंटिंग परिपक्व और लागत प्रभावी है, लेकिन इसका भौतिक संपर्क तंत्र श्रृंखला-प्रतिरोध और शंट-प्रतिरोध दोनों समस्याएं पैदा कर सकता है।
आधुनिक उच्च-दक्षता सेल आमतौर पर रियर-साइड वाहक की सतह पुनर्संयोजन दर को कम करने के लिए रियर डाइइलेक्ट्रिक पैसिवेशन और स्थानीय धातु-संपर्क संरचनाओं का उपयोग करते हैं। क्योंकि धातु और सिलिकॉन शरीर के बीच एक इन्सुलेटिंग डाइइलेक्ट्रिक परत होती है, लेजर उद्घाटन या पेस्ट-सहायक नक़्क़ाशी के माध्यम से स्थानीय संपर्क बनाया जाना चाहिए। यदि उद्घाटन की गुणवत्ता खराब है या मिश्र धातु अपर्याप्त है, तो धातु और अर्धचालक एक विश्वसनीय ओमिक संपर्क नहीं बना सकते हैं।
स्क्रीन-प्रिंटेड स्थानीय रियर-इलेक्ट्रोड संपर्कों वाले सेल के एक अध्ययन से पता चला कि खराब संपर्क के कारण श्रृंखला प्रतिरोध 21.34 mΩ तक बढ़ गया। रूपांतरण दक्षता केवल 8.95% तक पहुंची, जो पारंपरिक एल्यूमीनियम बैक-सर्फेस-फील्ड सेल के 17.44% स्तर से काफी कम है।
शोधकर्ताओं ने रियर एल्यूमीनियम पेस्ट के डोपिंग स्तर को समायोजित करके FF को पुनर्प्राप्त करने का प्रयास किया। जैसे-जैसे एल्यूमीनियम सामग्री बढ़ी, मिश्र धातु की गहराई में सुधार हुआ और श्रृंखला प्रतिरोध कम हुआ। जब एल्यूमीनियम सामग्री 60% के महत्वपूर्ण स्तर पर पहुंच गई, तो असंबद्ध स्थिति की तुलना में Rs में 11 mΩ की कमी आई। इससे रूपांतरण दक्षता में पूर्ण 2.59 प्रतिशत अंकों की वृद्धि हुई।
हालांकि, एक बार एल्यूमीनियम सामग्री बहुत अधिक हो गई, अतिरिक्त एल्यूमीनियम ने संपर्क क्षेत्र में प्रवाहकीय नेटवर्क को बाधित कर दिया। श्रृंखला प्रतिरोध फिर से बढ़ने लगा।
QFLS: सामग्री दोषों को विनिर्माण दोषों से अलग करना
जब किसी उत्पादन लाइन में FF में व्यापक कमी दिखती है, तो सबसे कठिन प्रश्नों में से एक यह होता है कि क्या नुकसान सामग्री के भीतर अत्यधिक गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन से आता है या स्क्रीन प्रिंटिंग और फायरिंग के दौरान शुरू किए गए परजीवी प्रतिरोध से।
क्वासी-फर्मी स्तर विभाजन, या QFLS, इस स्थिति में एक महत्वपूर्ण नैदानिक उपकरण है। भौतिक दृष्टि से, QFLS किसी फोटोवोल्टिक उपकरण की सैद्धांतिक वोल्टेज सीमा निर्धारित करता है जब कोई बाहरी चार्ज निष्कर्षण नहीं होता है। QFLS और विकिरणीय सीमा के बीच का अंतर सीधे सामग्री दोषों या अशुद्धियों के कारण होने वाले गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन नुकसान को प्रकट करता है।
QFLS को ऑप्टिकली मापकर और इसे संपर्क रहित स्यूडो 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 स्यूडो फिल फैक्टर से काफी कम है, तो नुकसान आमतौर पर खराब धातुकरण संपर्क या टूटी उंगलियों से जोड़ा जा सकता है। यदि स्यूडो फिल फैक्टर पहले से ही कम है, तो गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन नियंत्रण से बाहर होने की संभावना है, जो वेफर गुणवत्ता या इंटरफेस पैसिवेशन में आंतरिक समस्या की ओर इशारा करता है।
HJT लो-टेम्परेचर सिल्वर पेस्ट: 200°C से नीचे एक प्रवाहकीय नेटवर्क का निर्माण
जैसे-जैसे N-टाइप प्रौद्योगिकियां विस्तारित होती हैं, HJT और BC सेल धातुकरण गुणवत्ता पर कठोर आवश्यकताएं रखते हैं। इसलिए FF नवीन प्रवाहकीय पेस्टों के मूल्यांकन के लिए एक महत्वपूर्ण संकेतक बन गया है।
HJT सेल अक्रिस्टलीय-सिलिकॉन और क्रिस्टलीय-सिलिकॉन हेटरोजंक्शन संरचना का उपयोग करते हैं। यह मजबूत पैसिवेशन प्रदान करता है, लेकिन संरचना तापमान के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है। अक्रिस्टलीय-सिलिकॉन फिल्मों के क्रिस्टलीकरण और गिरावट को रोकने के लिए, HJT सेल 800°C से ऊपर के पारंपरिक फायरिंग तापमान का सामना नहीं कर सकते। उन्हें कम तापमान वाले सिल्वर पेस्ट की आवश्यकता होती है जिसका इलाज तापमान सख्ती से 200°C से नीचे नियंत्रित होता है।
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 पिघलने पर निर्भर करता है। ग्लास फ्रिट एंटीरिफ्लेक्शन फिल्म के माध्यम से 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 प्रणाली 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 आम तौर पर कम तापमान वाले पेस्ट को उच्च तापमान वाले पेस्ट की तुलना में अधिक थोक 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 चांदी की मात्रा कम करना और पेस्ट की सूक्ष्मता और रियोलॉजी में सुधार करना शामिल है ताकि कम चांदी की खपत के साथ घना प्रवाहकीय नेटवर्क बन सके।
| पेस्ट प्रकार | चांदी की मात्रा | इलाज की स्थितियाँ | थोक प्रतिरोधकता | प्रक्रिया विशेषताएँ |
|---|---|---|---|---|
| पारंपरिक कम तापमान वाला चांदी 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 खुलेपन 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-संपर्क सेल के लिए चुनौती इलेक्ट्रोड लेआउट की सूक्ष्म सीमाओं में है।
BC सेल सामने की ओर धातु ग्रिड छायांकन को समाप्त करते हैं और इसलिए Isc को अधिक बढ़ा सकते हैं। इसका व्यापार-बंद 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 के भीतर, थोड़ा सा स्क्रीन-प्रिंटिंग ऑफसेट, पेस्ट फैलाव, या एक छोटा अलगाव-परत 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 खत्म कर देता है। Voc ढह जाता है और FF शून्य तक गिर सकता है। सामने की सतह के पास उत्पन्न फोटोजेनरेटेड वाहकों को पीछे की धातु संग्रह इलेक्ट्रोड तक पहुंचने से पहले अधिक पार्श्व दूरी तय करनी होती है। यह संचित थोक और पार्श्व श्रृंखला प्रतिरोध के जोखिम को बढ़ाता है।
इस कारण से, बीसी सेल उत्पादन लाइन पर एफएफ उतार-चढ़ाव की निगरानी सबसे महत्वपूर्ण उपज-सुरक्षा उपायों में से एक है। प्रत्येक सेल जो एफएफ सीमा में विफल रहता है, वह धातुकरण अलगाव या वाहक-परिवहन डिजाइन में विफलता का प्रतिनिधित्व कर सकता है।
फायरिंग विंडो: अंडरफायरिंग और ओवरफायरिंग दोनों को एफएफ द्वारा दंडित किया जाता है
टॉपकॉन और पीईआरसी 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 के साथ बेल्ट भट्ठी से गुजरते हैं। धातु पेस्ट में कांच का फ्रिट सतह निष्क्रियता परत के माध्यम से पिघलता है और अंतर्निहित सिलिकॉन या पिछली सतह क्षेत्र के साथ मिश्र या सीधा संपर्क बनाता है। यह एक ओमिक संपर्क बनाता है और श्रृंखला प्रतिरोध को कम करता है।
यह प्रक्रिया एक कड़ा संतुलन कार्य है। बहुत कम तापमान, या बहुत अधिक बेल्ट गति, अंडरफायरिंग का कारण बनती है। कांच का फ्रिट पर्याप्त रूप से नहीं पिघल सकता है और सिलिकॉन नाइट्राइड या सुरंग ऑक्साइड परत को खोदने में विफल हो सकता है। बहुत कम चांदी के 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। आई-वी वक्र का फॉरवर्ड-बायस पक्ष चपटा हो जाता है, और एफएफ असामान्य रूप से कम हो जाता है।
अत्यधिक तापमान ओवरफायरिंग का कारण बनता है। धातु पेस्ट बहुत आक्रामक हो जाता है, और चांदी के क्रिस्टलाइट उथले पीएन जंक्शन में स्पाइक्स की तरह प्रवेश कर सकते हैं। यह शॉर्ट सर्किट और पुनर्संयोजन केंद्रों का परिचय देता है। निष्क्रियता क्षतिग्रस्त हो जाती है, आरएसएच कम हो जाता है, और रिसाव एक गंभीर समस्या बन जाती है।
ईएल निरीक्षण में, ओवरफायरिंग के कारण जाली क्षति और निष्क्रियता विफलता अक्सर बादल पैटर्न, वॉटरमार्क, या भट्ठी-बेल्ट निशान के रूप में दिखाई देती है।
प्रक्रिया विंडो को चौड़ा करने के लिए, उपकरण आपूर्तिकर्ताओं ने फायरिंग और प्रकाश-इंजेक्शन सिस्टम विकसित किए हैं। ये सिस्टम एक फायरिंग भट्ठी को प्रकाश-इंजेक्शन कक्ष के साथ जोड़ते हैं। उच्च तापमान एनीलिंग और मिश्रधातु के बाद, वेफर सीधे लगभग 150-350°C के तापमान पर उच्च-तीव्रता प्रकाश के संपर्क में आता है।
उच्च-तीव्रता फोटॉन वाहकों को उत्तेजित करते हैं और वेफर के अंदर और इसकी सतहों के पास हाइड्रोजन परमाणुओं की चार्ज स्थिति को बदलते हैं। यह फायरिंग के दौरान बनाए गए सूक्ष्म थर्मल दोषों और लटकते बंधनों को निष्क्रिय कर सकता है। परीक्षण के परिणाम बताते हैं कि यह उपचार ईएल वॉटरमार्क और भट्ठी-बेल्ट निशान को कम कर सकता है, साथ ही वीओसी और एफएफ दोनों में सुधार कर सकता है।
एलईसीओ: टॉपकॉन धातुकरण संघर्ष के माध्यम से एक गैर-संतुलन मार्ग
TOPCon के प्रारंभिक विस्तार के दौरान, सामने की ओर की धातुकरण एक प्रमुख उपज अड़चन बन गई। सतह पुनर्संयोजन को कम करने के लिए, TOPCon सेल का सामने वाला हिस्सा कम डोपिंग सांद्रता के साथ उथले उत्सर्जक का उपयोग करता है।
उथला जंक्शन और कम डोपिंग ग्लास फ्रिट युक्त पारंपरिक उच्च तापमान वाले चांदी के पेस्ट के लिए संघर्ष पैदा करते हैं। यदि पेस्ट को पर्याप्त रूप से फायर नहीं किया जाता है, तो संपर्क प्रतिरोध बेहद उच्च रहता है। यदि इसे बहुत आक्रामक तरीके से फायर किया जाता है, तो उथला जंक्शन भेदा जा सकता है, जिससे रिसाव होता है और FF को शून्य की ओर ले जाता है।
लेजर-संवर्धित संपर्क अनुकूलन, या LECO, इस संघर्ष को हल करने के लिए विकसित किया गया था। LECO एक गैर-थर्मल-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 लेजर के साथ चार्ज वाहकों को उत्तेजित करता है।
मजबूत बायस और फोटोजेनरेटेड वाहकों के संयुक्त प्रभाव के तहत, कमजोर इन्सुलेटिंग बिंदु जो अंडरफायरिंग से असंबद्ध रहते हैं, स्थानीय 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 समय पैमाने पर माइक्रो-फायरिंग पैदा 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 डिजाइन कर सकते हैं। पारंपरिक बेल्ट-फायरिंग प्रक्रिया तब उथले उत्सर्जक की रक्षा के लिए थोड़ी अंडरफायर रह सकती है, जबकि LECO पीछे के छोर पर स्थानीय 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 बरकरार रहता है। FF बढ़ता है, जिससे पूर्ण रूपांतरण दक्षता में 0.2 प्रतिशत अंक से अधिक की वृद्धि होती 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 लेजर तीव्रता 375 MW/cm² के विनाशकारी मूल्य तक पहुंचती 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 निर्मित सूक्ष्म संपर्क नेटवर्क में भी गैर-संतुलन तापीय भंगुरता की एक डिग्री होती है। EL विश्लेषण से पता चलता है कि जब LECO-उपचारित सेल दूसरे उच्च-तापमान फायरिंग चक्र से गुजरता है, तो दूसरी फायरिंग तापमान को 280°C से 680°C तक बढ़ाने से स्थापित सूक्ष्म-चालक पथ बाधित हो सकते हैं।
संपर्क प्रतिरोध फिर से बिगड़ जाता है, FF काफी कम हो जाता है, और 26.35% की प्रारंभिक सेल दक्षता घटने लगती है।
FF केवल एक प्रतिशत नहीं है। यह उत्पादन उपज की नाड़ी है
सौर सेल निर्माण के ब्लैक बॉक्स के अंदर देखने से एक बात स्पष्ट होती है: फिल फैक्टर प्रयोगशाला परीक्षक पर दिखाए गए 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 धातुकरण पेस्ट की चालकता सीमा, स्क्रीन प्रिंटिंग की यांत्रिक सटीकता, और बेल्ट-फायरिंग भट्टी के तापमान प्रोफ़ाइल में छोटे बदलावों को दर्ज करता है।
नए PV चक्र में जहां 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 सेलों को केवल सूक्ष्म दूरी से अलग किए गए सकारात्मक और नकारात्मक 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 मूल्य का पीछा करना अब पर्याप्त नहीं है। एक अधिक स्मार्ट उत्पादन प्रणाली को वास्तविक समय में छोटे FF विविधताओं की निगरानी करनी चाहिए और उन्हें QFLS और छद्म J-V विश्लेषण जैसे गैर-विनाशकारी निदान विधियों के साथ जोड़ना चाहिए। यह अधिक स्थिर अगली पीढ़ी के उच्च-दक्षता सौर सेल निर्माण की ओर व्यावहारिक मार्ग है।
Ooitech का दृष्टिकोण
FF का वास्तविक मूल्य उत्पादन अलार्म के रूप में इसकी गति है। एक स्थिर लाइन को प्रत्येक परिणाम को अलग से मानने के बजाय FF को Rs, Rsh, EL पैटर्न, छद्म-FF, फायरिंग तापमान और धातुकरण डेटा के साथ ट्रैक करना चाहिए। TOPCon, HJT और BC तकनीकों के लिए, यह संयुक्त डेटासेट अंतिम दक्षता वितरण में गंभीर उपज हानि दिखाने से बहुत पहले एक बहते हुए प्रक्रिया विंडो को प्रकट कर सकता है।
