مونو-کرسٹل لائن PERC ماڈیولز بوران-آکسیجن (B-O) پیچیدہ نقائص کی وجہ سے پہلے-سال میں عام طور پر 3% (اوسط 1.92%) کے انحطاط کا تجربہ کرتے ہیں، جس کی وجہ سے لائف سائیکل میں بجلی پیدا کرنے میں اہم نقصان ہوتا ہے۔
جبکہ N-ٹائپ TOPCon، فاسفورس-ڈوپڈ ویفرز کا استعمال کرتے ہوئے، BO-LID میکانزم سے بچتا ہے، پہلے-سال کی تنزلی کو حاصل کرتا ہے<1% (outdoor demonstration only 0.51%).
Yinchuan مظاہرے کے اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے: مساوی شعاع ریزی کے تحت، TOPCon ماڈیولز 6000 گھنٹے کے بعد PERC ماڈیولز کے 37 فیصد سے بھی کم ہوتے ہیں۔
TOPCon کی ٹنل آکسائیڈ کی تہہ اور پولی-سلیکون پاسیویشن ڈھانچہ بیک وقت سطح کے دوبارہ ملاپ کو دباتا ہے،جس کے نتیجے میں لیب لائٹ-حوصلہ افزائی انحطاط کی شرح 0.26% تک کم ہے.
24%-26% تبادلوں کی کارکردگی کے فائدہ کے ساتھ کم انحطاط TOPCon کو حاصل کرنے کے قابل بناتا ہےابتدائی لاگت کے پریمیم کا احاطہ کرتے ہوئے 3-5 سال کا پاور گینبڑے-پیمانے کے پاور پلانٹس میں، اعلی-کارکردگی کے ماڈیول کے انتخاب کی منطق کو نئی شکل دینا۔
اسباب
بوران-آکسیجن کمپلیکس کی تشکیل اور ایکٹیویشن
LID کا بنیادی طریقہ کار روشنی کے تحت بوران-آکسیجن کمپلیکس (B-O) کی تشکیل ہے۔ بوران کے ساتھ ڈوپڈ پی- قسم کے ویفرز میں، بوران کے ایٹم بیچوالا آکسیجن کے ساتھ مل کر غیر مستحکم B-O نقائص بناتے ہیں:
· تشکیل کی حالت: Under illumination intensity >1 mW/cm²، بوران-آکسیجن کمپلیکس ایک فعال حالت (State B) میں داخل ہوتا ہے، جس کی وجہ سے اقلیتی کیریئر کی زندگی 1000μs سے 500μs سے کم ہو جاتی ہے۔
· درجہ حرارت کا اثر: ہر 10 ڈگری درجہ حرارت میں اضافے پر، B-O پیچیدہ تشکیل کی شرح 2-3 گنا بڑھ جاتی ہے۔ مثال کے طور پر، 75 ڈگری پر، PERC ماڈیولز کی LID انحطاط کی شرح 25 ڈگری پر 4.7 گنا ہے۔
· آکسیجن کے مواد میں فرق: مونو-کرسٹل لائن سلکان، جو کوارٹج کروسیبلز کا استعمال کرتے ہوئے اگایا جاتا ہے، اس میں 10-14 پی پی ایم اے کی زیادہ آکسیجن ہوتی ہے، جب کہ کاسٹنگ سے ملٹی-کرسٹل لائن سیلیکون میں صرف 1-2 پی پی ایم اے ہوتا ہے۔ یہ ملٹی سی کے مقابلے مونو-سی میں 2-3 گنا زیادہ LID انحطاط کا باعث بنتا ہے۔
LID پر پروسیس پیرامیٹر ایمپلیفیکیشن اثر
سیل مینوفیکچرنگ کے عمل براہ راست B-O کمپلیکس کی سرگرمی کو متاثر کرتے ہیں:
·sintering درجہ حرارت: When sintering peak temperature >850 ڈگری، گزرنے والی تہہ سے ہائیڈروجن سلکان سبسٹریٹ میں پھیل جاتی ہے، بوران کے ساتھ مل کر الٹنے والے نقائص پیدا کرتی ہے۔ تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ sintering کے درجہ حرارت میں ہر 50 ڈگری کے اضافے کے بعد، LeTID انحطاط کی شرح 0.8% تک بڑھ جاتی ہے۔
·دھاتی آلودگی: آئرن (Fe) کی نجاست بوران کے ساتھ مل کر Fe-B جوڑے بناتی ہے، جو روشنی کے تحت Feⁱ اور Bⁱ⁰ میں گل جاتی ہے، اضافی دوبارہ جمع کرنے والے مراکز. 1 ppm لوہے کی آلودگی LID کے انحطاط کو 0.5% تک بڑھا سکتی ہے۔
·ناکافی ہائیڈروجن پیسیویشن: جب پاسیویشن پرت میں ہائیڈروجن کا مواد (مثلاً، AlOx/SiNx) ہوتا ہے۔<1×10¹⁹ atoms/cm³, it cannot effectively passivate B-O defects. TOPCon requires 40% less hydrogen due to the absence of boron doping, improving defect regeneration efficiency.
سیل کی ساخت اور LID کی حساسیت کے درمیان ارتباط
سیل کے مختلف ڈھانچے LID کے ردعمل میں نمایاں فرق ظاہر کرتے ہیں:
·PERC سیلز: پچھلی گزرنے والی تہہ طویل-طول موج کی روشنی جذب کو بڑھاتی ہے، جس سے کیریئر کا زیادہ ارتکاز اور بہتر B-O پیچیدہ سرگرمی ہوتی ہے۔ پیمائش سے پتہ چلتا ہے کہ PERC LID کا انحطاط روایتی ایلومینیم بیک سرفیس فیلڈ (Al-BSF) سیلز سے 1.8 گنا ہے۔
·TOPcon سیلز: جب ٹنل آکسائیڈ پرت (SiOx) کی موٹائی کو 1.5nm پر کنٹرول کیا جاتا ہے تو سطح کی دوبارہ ملاپ کی رفتار ہوتی ہے۔<0.5 cm/s, suppressing defect activation. Lab data indicates TOPCon's LID degradation rate is 82% lower than PERC.
·Heterojunction (HJT) خلیات: بے ساختہ سلیکون پیسیویشن پرت اضافی نقائص کو متعارف کراتی ہے، لیکن 90% انٹرفیس سٹیٹس کو ہائیڈروجن اینیلنگ کے ذریعے ٹھیک کیا جا سکتا ہے، LID کے انحطاط کو 0.3% سے کم رکھا جا سکتا ہے۔
ماحولیاتی عوامل اور LID کا متحرک ردعمل
LID کو تیز کرنے والے بیرونی ماحول کے میکانزم:
·UV تابکاری: Ultraviolet light (280-320nm) induces oxygen vacancy generation, which combines with boron to form complexes. Zhangbei demonstration data shows, in regions with annual UV irradiation >2000 kWh/m²، PERC ماڈیولز اضافی 0.7% LID کا تجربہ کرتے ہیں۔
·اعلی درجہ حرارت اور نمی: 85 ڈگری /85% RH حالات کے تحت، نمی کا دخول بوران-آکسیجن کمپلیکس کے ہائیڈرولیسس، موبائل آئن پیدا کرنے اور دوبارہ جمع کرنے والے مرکز کے پھیلاؤ کو تیز کرنے کا سبب بنتا ہے۔ نم ہیٹ ٹیسٹ (1000 گھنٹے) کی وجہ سے PERC ماڈیول LID میں 1.2% کی کمی واقع ہوئی۔
·مکینیکل تناؤ: ماڈیول انکیپسولیشن تناؤ ویفرز میں مائیکرو-کریک کا سبب بنتا ہے۔ کریک ٹپس پر آکسیجن کے ارتکاز کے میلان مقامی B-O پیچیدہ تشکیل کو متحرک کرتے ہیں۔ تھرمل سائیکلنگ (-40 ڈگری ~ 85 ڈگری) ٹیسٹوں کے دوران، ٹوٹے ہوئے ماڈیولز میں برقرار ماڈیولز کے مقابلے LID کا 0.9 فیصد زیادہ انحطاط تھا۔
ڈیٹا-چلانے والا LID پیشن گوئی ماڈل
طبیعیات-کی بنیاد پر LID پیشین گوئی کے لیے کثیر-جہتی پیرامیٹرز کو مربوط کرنے کی ضرورت ہے:
·کلیدی متغیرات: بوران کا ارتکاز (B)، آکسیجن کا ارتکاز (O)، موثر کیریئر ارتکاز (Δn)، درجہ حرارت (T)۔
·تجرباتی فارمولا: LID کے انحطاط کی شرح (%) {{0}×B×O×exp(-Ea/(kT))، جہاں Ea=0.85eV (بوران کی ایکٹیویشن انرجی-آکسیجن ری کنبینیشن)، k بولٹزمین مستقل ہے۔
·پیمائش کی توثیق: 1000 PERC سیلز کے اعداد و شمار فارمولے کی پیشن گوئی کی غلطی کو ظاہر کرتے ہیں۔<±0.2%, can guide wafer doping process optimization.
انحطاط کی شرح کا موازنہ
لیبارٹری لائٹ-حوصلہ افزائی انحطاط ٹیسٹ کی شرائط اور ڈیٹا
معیاری LID لیبارٹری ٹیسٹنگ کا طریقہ کار:
·روشنی کی خوراک: 5 kWh/m² (AM1.5G سپیکٹرم، 1000 W/m² شدت)
·درجہ حرارت کنٹرول: 25 ڈگری مستقل درجہ حرارت
·ٹیسٹ کا دورانیہ: 100 گھنٹے تک مسلسل روشنی
ٹیکنالوجی کی بہتری
بوران ڈوپنگ متبادل
جڑ کا مسئلہ: P-قسم کے PERC خلیات بوران-آکسیجن کمپلیکس (BO-LID) کی وجہ سے پہلے-سال میں 3% (لیبارٹری ڈیٹا) تک گراوٹ کا شکار ہوتے ہیں۔
حل:
·گیلیم (Ga) ڈوپنگ: BO-LID ری ایکشن پاتھ وے سے گریز کرتے ہوئے بوران کو گیلیم سے ڈوپینٹ کے طور پر تبدیل کریں۔ گیلیم کا علیحدگی کا گتانک (0.35) بوران (0.8) سے کم ہے، جس کے لیے تھرمل فیلڈ کی تقسیم کو ایڈجسٹ کرنے کی ضرورت ہے:
o کرسٹل ترقی کا درجہ حرارت: 1450 ڈگری → 1520 ڈگری (گا اتار چڑھاؤ کو کم کرتا ہے)
o شعاعی درجہ حرارت کا میلان:<5°C/cm (improves crystal quality)
o پیمائش شدہ اثر: LID کا انحطاط 3% سے کم ہو کر 0.7% ہو گیا، لیکن مزاحمتی اتار چڑھاو ±12%۔
·انڈیم (ان) کو-ڈوپنگ: بوران-انڈیم کو-ڈوپنگ (B: In=10:1) آکسیجن کی حل پذیری کو مزید کم کرتا ہے:
o آکسیجن کا مواد: 10ppma → 5ppma
o اقلیتی کیریئر کی زندگی بھر: 500μs → 800μs
o لاگت میں اضافہ: ویفر کی قیمت میں $0.005/W کا اضافہ ہوا۔
اینیلنگ کا عمل:
·کم-درجہ حرارت اینیلنگ (LTA):
o درجہ حرارت: 200 ڈگری → 300 ڈگری
o وقت: 10 منٹ → 30 منٹ
o اثر: ہائیڈروجن کو فعال کرتا ہے، بوران-آکسیجن کی خرابیوں کی مرمت کرتا ہے
o ڈیٹا: PERC سیل LID کا انحطاط 0.5% کم ہوا۔
پاسیویشن لیئر اپ گریڈ
سرفیس پیسیویشن ٹیکنالوجی:
·AlOx/SiNx اسٹیک:
o موٹائی کنٹرول: AlOx 3nm + SiNx 80nm
o سطح کے دوبارہ ملاپ کی رفتار:<10 cm/s (conventional PERC 20 cm/s)
o Lab data: Minority carrier lifetime increased to >1500μs.
ریئر پاسیویشن آپٹیمائزیشن:
·SiNx موٹائی ایڈجسٹمنٹ:
o روایتی: 120nm → آپٹمائزڈ: 150nm
o اثر: بوران کے پھیلاؤ کو پیچھے کی طرف کم کرتا ہے، ایل ای ٹی آئی ڈی کو دباتا ہے۔
o نتیجہ: LeTID کا انحطاط 1.17% سے کم ہو کر 0.3% ہو گیا۔
تبادلوں کی کارکردگی
بڑے پیمانے پر پیداوار کی کارکردگی 25.4 فیصد تک پہنچ گئی(سن پاور میکسیون 7)لیبارٹری ریکارڈ 26.8%, کے قریب28.7% نظریاتی حد;
PERC پر جمود کا شکار ہے۔23.5%. TOPCon کا درجہ حرارت کا گتانک ہے۔-0.29%/ ڈگریدو طرفہ پن85%+کی طرف سے توانائی کی پیداوار میں اضافہ20%، انحطاط کی شرح<0.4% per year، 30 سال کی طاقت برقرار رکھنے87%.
نظریاتی حدود
مونو-کرسٹل لائن PERC کی فزیکل باؤنڈری
مونو-کرسٹل لائن PERC سیل، P-قسم کے ویفرز پر مبنی، نظریاتی کارکردگی کی حد 24.5% (شاکلی-کوئیزر کی حد) رکھتے ہیں۔
اس قدر کا تعین سلکان کے بینڈ گیپ (1.1 eV) اور شمسی سپیکٹرم کے ملاپ سے ہوتا ہے۔
بڑے پیمانے پر پیداوار میں، بوران ڈوپنگ بوران-آکسیجن کمپلیکس (B-O) کی طرف لے جاتی ہے جس کی وجہ سے روشنی-حوصلہ افزائی انحطاط (LID) ہوتی ہے، جس میں پہلے-سال کی کارکردگی میں 2-3% کی کمی ہوتی ہے۔
