Ditulis oleh:

Dalam menghadapi cabaran perubahan iklim global serta keperluan mendesak untuk mengurangkan kebergantungan terhadap bahan api fosil, teknologi tenaga boleh diperbaharui terus memainkan peranan strategik dalam agenda pembangunan mampan. Dalam konteks ini, sel suria berasaskan silikon kekal sebagai tunjang utama industri fotovolta (PV) global berikutan kestabilan prestasi, kematangan teknologi dan ketersediaan bahan mentah. Walau bagaimanapun, pencapaian kecekapan tinggi pada kos pengeluaran yang rendah masih merupakan cabaran kritikal. Salah satu faktor penentu prestasi sel suria yang semakin diberi perhatian ialah kualiti permukaan wafer silikon pada peringkat awal pemprosesan. Sehubungan itu, teknologi pembersihan berasaskan ozon muncul sebagai pendekatan alternatif yang inovatif, lestari dan berpotensi tinggi untuk melengkapi atau menggantikan kaedah pembersihan konvensional.

Pembersihan wafer silikon merupakan langkah asas yang bertujuan menyingkirkan pencemaran organik, bendasing zarah serta sisa logam surih yang boleh menjejaskan prestasi peranti. Pencemaran permukaan yang tidak dikawal berupaya meningkatkan kadar penggabungan semula pembawa cas, sekali gus menurunkan voltan litar terbuka dan kecekapan penukaran tenaga sel suria. Kaedah pembersihan Radio Corporation of America (RCA), yang menggunakan campuran bahan kimia seperti ammonium hidroksida, hidrogen peroksida dan asid hidroklorik, telah lama digunakan dalam industri semikonduktor. Namun begitu, pendekatan ini mempunyai beberapa kekangan, termasuk risiko keselamatan, kos operasi yang tinggi, penggunaan bahan kimia berbahaya serta penghasilan sisa cecair dalam kuantiti besar. Faktor-faktor ini mendorong industri PV untuk meneroka kaedah pembersihan yang lebih selamat, mesra alam dan kos efektif.

Ozon (O₃) dikenali sebagai agen pengoksidaan yang sangat reaktif dan berkesan dalam menguraikan bahan organik kepada molekul ringkas seperti karbon dioksida dan air. Dalam aplikasi pembersihan wafer silikon, ozon diaplikasikan terutamanya melalui dua pendekatan utama, iaitu ozon ultra-lembayung (UVO₃) dan ozon dalam air deionisasi (DIO₃). Sistem UVO₃ memanfaatkan sinaran ultra-lembayung untuk menjana ozon daripada oksigen ambien serta merangsang tindak balas fotokimia yang mempercepatkan penguraian pencemaran organik. Sebaliknya, sistem DIO₃ melibatkan pelarutan ozon ke dalam air deionisasi bagi menghasilkan medium pembersihan basah yang berkesan. Kedua-dua pendekatan ini beroperasi pada suhu rendah dan tidak memerlukan penggunaan bahan kimia agresif, sekali gus meningkatkan tahap keselamatan dan kelestarian proses.

Salah satu kelebihan utama pembersihan berasaskan ozon ialah impaknya yang minimum terhadap alam sekitar. Ozon akan terurai secara semula jadi kepada oksigen selepas tindak balas, tanpa meninggalkan sisa toksik. Keadaan ini mengurangkan keperluan rawatan sisa kimia dan selari dengan aspirasi industri PV ke arah pengeluaran yang lebih hijau. Dari sudut ekonomi, penggunaan ozon berpotensi menurunkan kos pengeluaran melalui pengurangan penggunaan bahan kimia serta keperluan bahan habis guna. Tambahan pula, sistem pembersihan ozon boleh diintegrasikan dengan relatif mudah ke dalam barisan pengeluaran sedia ada.

Dari segi prestasi peranti, pelbagai kajian melaporkan bahawa pembersihan ozon mampu menghasilkan permukaan silikon yang lebih bersih dan seragam. Kualiti permukaan yang lebih baik ini meningkatkan keberkesanan proses tekstur, mengurangkan kecacatan mikro dan seterusnya meningkatkan penyerapan cahaya. Kesannya, kehilangan pembawa cas dapat diminimumkan dan kecekapan sel suria dapat dipertingkatkan. Malah, peningkatan kecekapan yang ketara telah dilaporkan bagi sel suria silikon ringkas tanpa lapisan anti-pantulan apabila pembersihan ozon digunakan sebagai rawatan awal.

Dalam konteks pengeluaran berskala besar, pengoptimuman kos dan masa proses merupakan keutamaan utama. Teknologi pembersihan ozon menawarkan kelebihan dengan memendekkan rantaian proses, mengurangkan bilangan langkah pembersihan serta meminimumkan kebergantungan kepada bahan kimia kompleks. Keadaan ini amat signifikan bagi pengeluar sel suria di negara membangun yang berdepan kekangan kos dan infrastruktur. Selain itu, operasi pada suhu rendah membantu menjimatkan tenaga serta mengurangkan kehausan peralatan, sekali gus meningkatkan kebolehpercayaan jangka panjang sistem pengeluaran.

Walaupun menawarkan pelbagai kelebihan, aplikasi pembersihan ozon masih menghadapi cabaran tertentu, termasuk kawalan kepekatan ozon, kestabilan proses dan pembentukan lapisan oksida nipis pada permukaan silikon. Namun demikian, melalui pengoptimuman parameter proses dan integrasi dengan teknik rawatan permukaan lain, cabaran ini berpotensi untuk diatasi. Pada masa hadapan, teknologi pembersihan ozon dijangka memainkan peranan penting dalam pembangunan sel suria berkecekapan tinggi seperti Passivated Emitter and Rear Cell (PERC) dan Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon).

Secara keseluruhannya, teknologi pembersihan berasaskan ozon menawarkan pendekatan yang inovatif, selamat dan kos efektif dalam penghasilan sel suria silikon. Keupayaannya untuk meningkatkan kualiti permukaan wafer, mengurangkan kos pengeluaran serta meminimumkan impak alam sekitar menjadikan teknologi ini sejajar dengan hala tuju industri fotovolta global dan usaha ke arah pembangunan tenaga lestari.

Rujukan

1. J. Prakash, A. Parveen, Y. Kumar, and A. Kaushik, "Nanotechnology-assisted liquid crystals-based biosensors : Towards fundamental to advanced applications," Biosens Bioelectron, vol. 168, no. June, p. 112562, 2020, doi: 10.1016/j.bios.2020.112562.

2. I. C. Khoo, "Nonlinear optics of liquid crystalline materials," Physics Reports, vol. 471, no. 5–6. Elsevier B.V., pp. 221–267, 2009. doi: 10.1016/j.physrep.2009.01.001.

3. M. S. M. Yeng, S. K. Ayop, and K. Sasaki, "Optical Manipulation of a Liquid Crystal (LC) Microdroplet by Optical Force," Crystal Research and Technology, vol. n/a, no. n/a, p. 2200080, 2022, doi: https://doi.org/10.1002/crat.202200080.

4. M. S. M. Yeng, S. K. Ayop, and I. R. Mustapa, "Effect of Sonication Time on the Size Distribution and Suspension Stability of 4-Cyano-4' -pentylbiphenyl ( 5CB ) Microdroplets in Water for Prospective Microdroplet-based Applications," Jurnal Fizik Malaysia, vol. 45, no. 1, pp. 10010–10018, 2024.

5. M. F. M. Yusuf and S. K. Ayop, "The trapping of a single chloroform microdroplet in water using optical tweezers," SPIE, vol. 11522, no. June, p. 18, 2020, doi: 10.1117/12.2573528.

6. S. Juodkazis, M. Shikata, T. Takahashi, S. Matsuo, and H. Misawa, "Fast optical switching by a laser-manipulated microdroplet of liquid crystal," Appl Phys Lett, vol. 74, no. 24, pp. 3627–3629, 1999, doi: 10.1063/1.123203.

7. N. Murazawa, S. Juodkazis, and H. Misawa, "Characterization of bipolar and radial nematic liquid crystal droplets using laser-tweezers," J Phys D Appl Phys, vol. 38, no. 16, pp. 2923–2927, 2005, doi: 10.1088/0022-3727/38/16/027.

8. T. Tsuji, K. Doi, and S. Kawano, "Optical trapping in micro- and nanoconfinement systems: Role of thermo-fluid dynamics and applications," Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, vol. 52, no. October 2021, p. 100533, 2022, doi: 10.1016/j.jphotochemrev.2022.100533.