مقالة منهجية

جعل السجلات كفاءة SNS خلايا شمسية بواسطة التبخير الحراري وترسب طبقة الذري

42.4K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/52705

⸱

مايو 22, 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 2Laboratory for Manufacturing and Productivity, Massachusetts Institute of Technology, 3School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, 4Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 5Department of Chemistry & Chemical Biology, Harvard University

في هذه المقالة

ملخص

كبريتيد القصدير (SnS) هو مادة مرشحة للخلايا الشمسية الوفيرة وغير السامة على الأرض. هنا ، نوضح إجراء تصنيع الخلايا الشمسية SnS باستخدام ترسب الطبقة الذرية ، والذي ينتج كفاءة تحويل طاقة معتمدة بنسبة 4.36٪ ، والتبخر الحراري الذي ينتج 3.88٪.

الملخص

كبريتيد القصدير (SNS) هو مادة امتصاص مرشح للخلايا الشمسية الأرض وفيرة، وغير سامة. تقدم SNS سهلة مراقبة مراحل والنمو السريع عن طريق التبخر الحراري والمنسجمة، وأنها تمتص الضوء المرئي بقوة. ومع ذلك، لفترة طويلة ظلت سجل كفاءة تحويل الطاقة من الخلايا الشمسية SNS أقل من 2٪. مؤخرا أثبتنا كفاءة سجل مصدقة جديدة من 4.36٪ باستخدام SNS أودعتها ترسب طبقة الذري، و3.88٪ باستخدام التبخير الحراري. هنا وصف الإجراء لتصنيع هذه الخلايا الشمسية القياسية، وفقا لما ذكرته والتوزيع الإحصائي للعملية التصنيع. الانحراف المعياري للقياس الكفاءة على ركيزة واحدة هو عادة أكثر من 0.5٪. جميع الخطوات بما في ذلك اختيار الركيزة والتنظيف، مو الاخرق للاتصال الخلفي (الكاثود)، SNS الترسيب، والصلب، التخميل السطح، الزنك (O، S) اختيار طبقة عازلة والترسيب، موصل شفافة (الأنود) الترسيب، ومعدنة وصفها. على كل ركيزة نبتدع 11 الأجهزة الفردية، ولكل منها منطقة نشطة 0.25 سم 2. وعلاوة على ذلك، يتم وصف نظام لقياس الإنتاجية العالية من منحنيات الجهد الحالي تحت محاكاة ضوء الشمس، والخارجي قياس كفاءة الكم مع التحيز ضوء متغير. مع هذا النظام ونحن قادرون على قياس مجموعات البيانات الكاملة على جميع الأجهزة 11 بطريقة مؤتمتة وفي أقصر وقت ممكن. هذه النتائج توضح قيمة دراسة مجموعات عينة كبيرة، بدلا من التركيز الضيق على أعلى أداء الأجهزة. مجموعات كبيرة من البيانات تساعدنا على تمييز ومعالجة آليات فقدان الفردية التي تؤثر على أجهزتنا.

المقدمة

وحدات الطاقة الشمسية رقيقة (PV) تستمر لجذب الاهتمام والنشاط البحثي الكبير. ومع ذلك، فإن اقتصاديات السوق PV تتغير بسرعة والنامية الناجحة تجاريا PV رقيقة أصبح احتمال أكثر تحديا. لم يعد من الممكن اتخاذها المزايا تكلفة التصنيع على التكنولوجيات القائمة على رقاقة أمرا مفروغا منه، ويجب السعي تحسينات في الكفاءة والتكلفة على قدم المساواة. 1،2 في ضوء هذا الواقع الذي اخترناه لتطوير SNS كمادة امتصاص لل رقيقة PV الفيلم. SNS مزاياه العملية الجوهرية التي يمكن أن تترجم إلى انخفاض تكلفة التصنيع. إذا أمكن إثبات الكفاءة العالية، ويمكن اعتباره بديلا الإفلات في لتيل كد في التجاري رقيقة PV الفيلم. هنا، يتجلى الإجراء تلفيق للسجل SNS الخلايا الشمسية ذكرت مؤخرا. ونحن نركز على الجوانب العملية مثل اختيار الركيزة، وظروف الترسيب، وتخطيط الجهاز، وبروتوكولات القياس.

يتكون SNS من العناصر غير سامة، والأرض وفيرة ورخيصة (القصدير والكبريت). SNS هو شبه موصلة الصلبة (الاسم المعدنية Herzenbergite) خامل وغير قابلة للذوبان مع فجوة الحزمة غير المباشرة من 1.1 فولت، وامتصاص الضوء القوي لالفوتونات مع طاقة فوق 1.4 فولت (α> 10 4 سم -1)، والجوهري التوصيل ع نوع مع تركيز الناقل في نطاق 15 أكتوبر - 17 أكتوبر سم -3 3 - 7 الأهم من ذلك، SNS يتبخر بشكل متطابق ويبعد مرحلة مستقرة تصل إلى 600 ° C 8،9 وهذا يعني أن SNS يمكن أن تودع عن طريق التبخر الحراري (TE) وأعلى مستوياته. ابن عم -speed، والتسامي الأماكن المغلقة (CSS)، ويعمل في صناعة الخلايا الشمسية تيل كد. وهذا يعني أيضا أن مراقبة مراحل SNS هو أبسط بكثير من معظم المواد الفيلم PV رقيقة، ولا سيما بما في ذلك النحاس (في ولاية جورجيا) (S، سي) 2 (CIGS) والنحاس 2 ZnSnS 4 (CZTS). ولذلك، EF الخليةficiency تقف مثل الجدار الرئيسي لتسويق SNS PV، ويمكن اعتبارها SNS بديل الإفلات في لتيل كد مرة واحدة وأثبتت كفاءة عالية في نطاق المختبر. لكن هذا الحاجز كفاءة لا يمكن المبالغة. نحن نقدر أن كفاءة سجل يجب أن تزيد بنسبة أربعة أضعاف، من ~ 4٪ إلى ~ 15٪، وذلك لتحفيز التنمية التجارية. تطوير SNS باعتباره النمو سيتطلب أيضا-الإحلال للتيل كد من SNS جودة عالية الأغشية الرقيقة التي كتبها CSS، ووضع مادة شريك ن من نوع التي يمكن زراعتها SNS مباشرة.

أدناه هو وصف الإجراء خطوة بخطوة لافتعال SNS سجل الخلايا الشمسية باستخدام اثنين من التقنيات ترسب مختلفة، وترسب طبقة الذري (ALD) والشركة المصرية للاتصالات. ALD هي طريقة نمو بطيء ولكنه قد حقق إلى تاريخ بأعلى كفاءة الأجهزة. TE هو أسرع وقابلة للتطوير الصناعي، ولكن يتخلف ALD في الكفاءة. بالإضافة إلى مختلف أساليب ترسب SNS، وTEوالخلايا الشمسية ALD تختلف قليلا في الصلب، التخميل السطح، والخطوات معدنة. يتم تعداد الخطوات تصنيع الجهاز في الشكل 1.

بعد أن وصف هذا الإجراء، يتم عرض نتائج الاختبار للأجهزة سجل شهادة والعينات ذات الصلة. تم الإبلاغ عن نتائج قياسية في وقت سابق. هنا يتم التركيز على توزيع النتائج لتشغيل معالجة نموذجي.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. الركيزة اختيار وقطع

  1. شراء مصقول الرقائق سي مع أكسيد الحراري سميكة. لأجهزة ذكرت هنا، استخدم 500 ميكرون رقائق سميكة مع نانومتر 300 أو أكسيد الحرارية أكثر سمكا. وتناقش معايير اختيار الركيزة في قسم مناقشة.
  2. تدور معطف الجانب المصقول من الرقاقة مع مقاومة للضوء إيجابي نموذجي (SPR 700 أو PMMA A. 495) وتخبز لينة (30 ثانية في 100 ° C).
    ملاحظة: هذا هو طبقة واقية لمنع تلف أو التلوث أثناء قطع خطوة لاحقة.
  3. استخدام منشار لقطع يموت الرقاقة في 1 "× 1" (25.4 X 25.4 مم 2) ركائز مربع.

2. الركيزة تنظيف

  1. إزالة الجسيمات وبقايا الأخرى التي تنتج عن قطع خطوة باستخدام بندقية النيتروجين المضغوط، يليه حمام بالموجات فوق الصوتية في دي المتأينة (DI) الماء لمدة 5 دقائق عند 45 - 60 درجة مئوية.
  2. إزالة طبقة مقاومة للضوء مع با بالموجات فوق الصوتيةعشر في الأسيتون لمدة 5 دقائق عند 45 - 60 درجة مئوية.
  3. تنظيف الركيزة يتعرض مع 3 حمامات بالموجات فوق الصوتية لاحقة، وكلها لمدة 5 دقائق في 45 - 60 ° C: الأسيتون، والإيثانول، وايزوبروبيل. النهاية عن طريق تجفيف بمسدس النيتروجين المضغوط، بينما تبقى ركائز في الناقل الكوارتز.

3. مو الاخرق

  1. تحميل نظيفة سي / شافي 2 ركائز إلى نظام الاخرق فراغ عالية. تأكد من أن لوحة الركيزة غير مدفأة ويتم تمكين الركيزة التناوب. لأجهزة ذكرت هنا، عملية في النظام التجاري مع المدافع المغناطيسية إمالة مع 2 "الأهداف وعلى مسافة رمي ما يقرب من 4".
  2. إيداع الطبقة الأولى (طبقة التصاق) على خلفية الضغط المرتفع نسبيا مثل 10 mTorr من Ar. لأجهزة ذكرت هنا، عملية مع قوة الاخرق من 180 W (DC)، الذي يعطي معدل نمو 2.6 Å / ثانية، وطبقة مو الأولى التي تبلغ 360 نانومتر سميكة.
  3. إيداع الثانيةطبقة (طبقة موصل) عند ضغط خلفية منخفضة نسبيا مثل 2 mTorr من Ar. استخدام نفس القوة الاخرق والطبقة الأولى (180 W) وإيداع نفس السمك.
    ملاحظة: لم يكن للأجهزة ذكرت هنا طبقة ثانية مو الذي كان 360 نانومتر سميكة، ونفس الطبقة الأولى.
  4. بعد مو الترسيب، تخزين ركائز تحت فراغ حتى الخطوة ترسب SNS.

4. SNS ترسب

ملاحظة: يتم وصف تقنية ترسيب ALD في القسم الفرعي 4.1، ويوصف ترسب TE في القسم الفرعي 4.2. يظهر نظام ترسب ALD في الشكل 2، ويظهر نظام TE ترسب في الشكل (3).

  1. SNS إيداع ALD
    1. قبل تحميل في المفاعل، ووضع ركائز مو في نظافة الأوزون الأشعة فوق البنفسجية لمدة 5 دقائق لإزالة الجزيئات العضوية. ثم وضع ركائز على حامل الركيزة وتضاف إلى منطقة الترسيب.
    2. استقرار تمب الفرنrature على حرارة 200 درجة مئوية قبل البدء الترسيب.
    3. تنمو SNS أفلام رقيقة من ردود فعل مكرر (N، N '-diisopropylacetamidinato) -tin (II) [القصدير (MEC (N -iPr) 2) 2، المشار إليها هنا ب القصدير (AMD) 2] وكبريتيد الهيدروجين (H 2 S) 4.
      1. الحفاظ على القصدير (AMD) 2 السلائف في درجة حرارة ثابتة من 95 درجة مئوية. استخدام النقي N 2 الغاز للمساعدة في إيصال القصدير (AMD) 2 بخار من الحاوية في الفرن إلى منطقة الترسيب. خلال كل دورة محددة المدة، والعرض ثلاث جرعات من القصدير (AMD) 2 السلائف التعرض الكلي للعربة 1.1 ثانية.
      2. استخدام خليط الغاز من 4٪ H 2 S في N 2 كمصدر الكبريت. تأكد من أن التعرض لبخار كبريتيد الهيدروجين 1.5 عربة الثانية لكل جرعة. تأكد من أن الضغط الجزئي للH 2 S والضغط الكلي من H 2 S في N 2 هي 0.76 عربة و 19 عربة، على التوالي.
    4. مجموعة تيانه ضخ الوقت بين القصدير جرعة السلائف وجرعة S H 2 لتكون فقط 1 ثانية (قصيرة بالمقارنة مع معظم الإجراءات ALD التقليدية الأخرى) من أجل تسريع ترسب.
      ملاحظة: لأنه لم يتم إزالة السلائف القصدير تماما قبل هذا الوقت ضخ قصيرة، لا يزال بعض القصدير السلائف المتبقية عندما H 2 S يصل. وهكذا يمكن وصف هذه العملية بأنها عملية الأمراض القلبية الوعائية نابض. معدل نمو فيلم SNS هو 0.33 Å / دورة، أو 0.04 Å / ثانية.
  2. SNS إيداع TE
    1. تأكد من أن عملية ضغط الغرفة هو 2 × 10 -7 عربة أو أقل. ركائز الحمل في الغرفة من خلال تأمين الحمولة. عقد ركائز لوحة إما مع مقطع واحد، أو مع حامل الركيزة مخصصة مع جيوب بحجم مناسب أن هو مشدود وصولا الى لوحة الركيزة.
    2. المنحدر المصدر وسخانات الركيزة لsetpoints الخاصة بهم. للجهاز ذكرت هنا درجة حرارة الركيزة 240 درجة مئوية، ومعدل النمو 17؛ / ثانية؛ لتحقيق معدل النمو هذا ضبط درجة الحرارة مصدر في نطاق 550-610 ° C (المطلوبة مصدر الحرارة يزداد مع الوقت لتحميل واحد من مسحوق المصدر). سمك الفيلم الهدف هو 1000 نانومتر.
    3. قياس معدل الترسيب باستخدام شاشة الكريستال الكوارتز (QCM) قبل وبعد ترسب الفيلم SNS عن طريق تحريك الذراع QCM في غرفة العملية. لهذا القياس يتم رفع الركيزة بحيث QCM يمكن نقلها إلى موقف النمو الركيزة.
      ملاحظة: لا يزال معدل الترسيب ثابتا إلى حد ما طوال الوقت ترسب 3 ساعة (± 0.05 Å / ثانية الانحراف).
    4. بعد الترسيب، ونقل العينات مرة أخرى إلى قفل الحمل قبل تنفيس للهواء. نقل بسرعة من خلال عينات الهواء إلى تخزين إما في الفراغ أو في صندوق قفازات جو خامل قبل الخطوة تجهيز المقبلة.
      ملاحظة: نموذجي غير مقصود وقت التعرض للهواء حوالي 3 دقائق. الوقت تخزين نموذجي هو بين يوم واحد وفصيل عبد الواحدEEK.

5. SNS التليين

ملاحظة: يتم تنفيذ هذه الخطوة بشكل مختلف قليلا عن ALD وTE الخلايا الشمسية. ووصف الإجراء الصلب للخلايا الشمسية محددة المدة في القسم الفرعي 5.1، ووصف الإجراء للخلايا الشمسية TE في القسم الفرعي 5.2. ويناقش الغرض من الصلب في قسم مناقشة.

  1. يصلب نابعة من ALD الأفلام SNS في H 2 S الغاز.
    ملاحظة: يتم تنفيذ هذه الخطوة في نفس النظام المستخدم للنمو محددة المدة.
    1. استخدام النقي H 2 S الغاز (99.5٪ نقية) بمعدل تدفق 40 SCCM والضغط من 10 عربة.
    2. تسخين فيلم SNS إلى درجة حرارة 400 درجة مئوية، وعقد لمدة 1 ساعة في البيئة الغاز S H 2. تأكد من أن الغاز يتدفق في جميع أنحاء العملية برمتها، بما في ذلك درجة الحرارة التعلية صعودا وهبوطا.
  2. يصلب الأفلام SNS نمت TE-H 2 S في الغاز. تنفيذ هذه الخطوة في فرن أنبوب مخصص.
    1. عشر الحملعينات الإلكترونية على لوحة الكوارتز نظيفة والانزلاق الى المنطقة منطقة ساخنة من الفرن.
    2. بعد اغلاق الفرن، تطهير ثلاث مرات مع خالص N 2، والسماح للضخ وصولا الى ضغط قاعدة.
    3. إنشاء تدفق الغاز بمعدل 100 SCCM من 4٪ H 2 S في 28 عربة.
    4. منحدر درجة الحرارة إلى 400 درجة مئوية خلال 10 دقيقة. عقد في 400 درجة مئوية لمدة 1 ساعة، ثم السماح للعينات لتبرد دون مساعدة في منطقة ساخنة. الحفاظ على ثابت H 2 S تدفق الغاز وضغط حتى تبرد العينات أقل من 60 درجة مئوية. إزالة العينات وإما الشروع فورا في الخطوة التالية، أو وضعها في التخزين في علبة القفازات غاز خامل.

6. SNS التخميل السطح مع أكسيد الأصلية

ملاحظة: يتم تنفيذ هذه الخطوة بشكل مختلف قليلا عن ALD وTE الخلايا الشمسية. في القسم الفرعي 6.1 يوصف إجراء التخميل السطحية للخلايا الشمسية محددة المدة، ويتم وصف الإجراء للخلايا الشمسية TE في القسم الفرعي6.2. ومزيد من المناقشة وظيفة هذه الخطوة في قسم مناقشة.

  1. لعينات نابعة من ALD، وتنمو طبقة رقيقة من سنو 2 قبل ALD.
    ملاحظة: نحن نستخدم مفاعل مختلفة عن تلك المستخدمة لنمو SNS.
    1. تنمو سنو 2 من رد فعل أميد دوري من قصدير [(1،3 مكرر (1،1-dimethylethyl) -4،5-dimethyl- (4R، 5R) -1،3،2-diazastannolidin-2-ylidene) SN (II)] وبيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2). تخزين دوري أميد القصدير السلائف في فرن عند 43 درجة مئوية، وH 2 O 2 في الفوار في RT.
    2. الحفاظ على درجة حرارة الركيزة في 120 درجة مئوية لمدة الترسيب.
    3. فضح السلائف القصدير وH 2 O 2 باستخدام 0.33 و 1.5 عربة الثانية لكل دورة، على التوالي، ليصبح المجموع 5 دورات. تأكد من أن سمك الناتجة سنو 2 0.6 0.7 نانومتر، كما تم قياسها بواسطة الأشعة السينية الضوئية الطيفي (XPS) التحليل 10.
  2. لعينات نمت TE-، تشكيل ثين طبقة من سنو 2 عن التعرض للهواء.
    1. كشف العينات إلى مختبر الهواء المحيط لمدة 24 ساعة. تأكد من أن سمك الناتجة سنو 2 ما يقرب من 0.5 نانومتر، كما تم قياسها من خلال تحليل XPS.
      ملاحظة: RT نموذجي هو 24 ± 1 درجة مئوية، والرطوبة النموذجية هي 45٪ ± 13٪ (أعلى في فصل الصيف)؛ لأجهزة ذكرت هنا، فإن قيم 24.6 C و <30٪، على التوالي.

7. ترسب من الزنك (O، S) / طبقة أكسيد الزنك العازلة

ملاحظة: يتم تنفيذ هذه الخطوة في نفس الغرفة البض الذي يتم استخدامه للنمو SNS بواسطة ALD.

  1. تنمو الزنك (O، S): N طبقة محددة المدة.
    1. الحفاظ على درجة حرارة الركيزة في 120 ° C.
    2. تنمو الزنك (O، S): N التي كتبها ALD من ردود فعل diethylzinc (الزنك (C 2 H 5) 2، DEZ)، منزوع الأيونات الماء (H 2 O)، و 4٪ H 2 S في N 2، والأمونيا (NH 3) 11. تخزين contai الفوارنينغ DEZ في RT. استخدام تسلسل دورة [DEZ-H 2 O-DEZ-NH 3] 14 - [DEZ-H 2 S] (1)، وكرر هذه الدورة السوبر 12 مرات. تأكد من أن التعرض للأمونيا هو 11 عربة ثانية.
    3. تأكد من أن نسبة S / الزنك في الفيلم الناتج هو 0.14، مقاسا روثرفورد ارتداد مبعثر الطيفي 12، وأن سمك الفيلم ما يقرب من 36 نانومتر.
  2. تنمو طبقة أكسيد الزنك التي كتبها ALD.
    1. الحفاظ على درجة حرارة الركيزة في 120 ° C.
    2. تنمو أكسيد الزنك مع 50 دورة ALD من DEZ-H 2 O.
      ملاحظة: سمك الفيلم أكسيد الزنك مما أدى ما يقرب من 18 نانومتر.

8. ترسب أكسيد إجراء شفاف (TCO)، إنديوم أكسيد القصدير (ايتو)

  1. قطع ITO أقنعة الظل من 0.024 "(610 ميكرون) الألومنيوم 6061 ورقة باستخدام القاطع ليزر المختبر.
    ملاحظة: أقنعة تحدد 11 عبوة مستطيلة الشكل التي هي 0.25 سم 2 فيبالاضافة الى حجم وسادة أكبر في زاوية واحدة يستخدم لقياس انعكاسية البصرية، انظر الشكل 4.
  2. تركيب الأجهزة والأقنعة في اليجنر قناع.
    ملاحظة: هذا هو لوحة الألومنيوم مع وجود جيوب متداخلة لالركيزة وأقنعة ومقاطع لتأمين أقنعة في المكان.
  3. إيداع ITO من قبل رد الفعل المغنطرون الاخرق.
    1. تسخين الركيزة إلى ما يقرب من 80-90 مئوية، وتمكين الركيزة التناوب.
    2. استخدام 2 بوصة هدف قطر ITO (في 2 يا 3 / سنو 2 90/10 وزن٪، 99.99٪ نقية) في 65 W RF السلطة الاخرق مع 40 / 0.1 SCCM الرياض / O تدفق غاز 2 في 4 mTorr الضغط الكلي.
    3. تنمو 240 نانومتر فيلم ITO سميكة.
      ملاحظة: مع هذه المعايير، 40 معدلات النمو من 0.5 Å / ثانية ورقة المقاومة في المدى - 60 Ω / تتحقق مربع.

9. معدنة

  1. أقنعة قطع معدنة الظل من 127 ميكرون اوستن سميكةITIC صفائح من الفولاذ المقاوم للصدأ.
    ملاحظة: يتم قطع هذه الأقنعة مع + 10 / -5 ميكرون التسامح من قبل شركة تجارية. يتكون نمط معدن من 2 أصابع مفصولة 1.5 ملم، كل 7 مم طويل، ولوح التلامس 1 × 1 مم 2، انظر الشكل 4.
  2. تركيب الأجهزة والأقنعة في اليجنر قناع، كما في الخطوة 8.2.
  3. إيداع حج (لأجهزة TE) أو ني / شركة (لأجهزة ALD) بواسطة شعاع الإلكترون التبخر.
    1. جبل قناع اليجنر على لوحة الركيزة لنظام المعادن تبخر شعاع الالكترون. ضخ تصل إلى ضغط قاعدة أقل من 1 × 10 -6 عربة.
    2. تتبخر المعدنية بمعدل 2 Å / ثانية. إيداع 500 نانومتر مجموع سمك المعدن.

توصيف 10. جهاز

  1. أداء الجهد الحالي ("J - V") القياسات على جميع الأجهزة في ضوء الشمس مظلمة وAM1.5 محاكاة.
    1. معايرة جهاز محاكاة الطاقة الشمسية من خلال جمع J - V الاب البياناتام الخلايا الشمسية السيليكون معايرة وضبط الطاقة الشمسية مصباح محاكاة والارتفاع حتى تصل إلى القيمة الحالية للمعايرة AM1.5 تشمس.
    2. اتصل الأجهزة في وضع أربع أسلاك باستخدام النحاس البريليوم نصائح التحقيق مزدوجة في الاتصال بكل من أعلى (الأنود، حج أو شركة) وأسفل (الكاثود، مو) طبقات. الاتصال الطبقة السفلية من الخدش بعيدا العازلة وSNS طبقات بشفرة المشرط.
    3. ضوء قياس والظلام J - V البيانات باستخدام مصدر مترا قبل مصادر الجهد وقياس التيار.
      وعادة ما تقاس الأجهزة ضمن نطاق ± 0.5 V. الأجهزة ليست استجابة لتوجيه أو معدل الاحتلالات الجهد: مذكرة. لاختبار روتيني لم يستخدم ضوء فتحة-تحديد المنطقة، انظر القسم مناقشة لمزيد من التفاصيل.
  2. أداء كفاءة الكم الخارجية (EQE) القياسات على جميع الأجهزة، مع ضوء متغير والجهد التحيز.
    1. معايرة نظام EQE عن طريق قياس RESPONSE لسي معايرة الضوئي.
      ملاحظة: البرنامج يقارن هذه البيانات إلى قياسات أجريت مع معيار المدعومة NIST-لضبط مستوى الضوء وفقا لذلك.
    2. اتصل الأجهزة التي تستخدم أسلوب أربع أسلاك، كما في الخطوة 10.1.2.
    3. قياس EQE باستخدام نظام التجاري الذي ينير العينة مع ضوء أحادي اللون المفروم في 100 هرتز على نطاق الطول الموجي 270 نانومتر 1100 ويقيس الحالية الناتجة عن ذلك. أداء هذا القياس وفقا لإجراءات التشغيل القياسية الشركة المصنعة.
    4. تكرار قياس EQE مع الجهد المتغير وضوء التحيز الأبيض. استخدام sourcemeter لتزويد الجهد التحيز، ومصابيح الهالوجين لتزويد التحيز الضوء. قياس الأجهزة في كل من الأمام وعكس الجهد التحيز، وتحت متغير كثافة الضوء الأبيض إلى ~ 1 صنز.
    5. قياس الانعكاس الضوئي (٪ R) من أعلى سطح ITO باستخدام مقياس الطيف الضوئي مع المجال دمج من أجل تحويل الخارجية إلى الداخليةكفاءة الكم (IQE). أداء هذا القياس وفقا لإجراءات التشغيل القياسية الشركة المصنعة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

في الأرقام تظهر 6-8 النتائج لمدة تمثيلية "الأساس" عينات نمت TE-كما هو موضح أعلاه. يتم رسم البيانات V لهذه العينتين في الشكل 6 العينة الأولى ("SnS140203F") أسفرت عن الجهاز بكفاءة مصدقة من 3.88٪ التي تم الإبلاغ عنها سابقا وتبين ايضا 9 توزيعات الممثل JV لكل عينة - مضيئة J.. لالتحيز الجهد معينة، وتحسب هذه التوزيعات كما

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

تنظيف اختيار الركيزة

وتستخدم رقائق سي أكسدة بمثابة ركائز. ركائز هي الدعم الميكانيكي للخلايا الشمسية الناتجة عن ذلك، وخواصها الكهربائية ليست مهمة. ويفضل رقائق سي على الزجاج لرقائق سي شراؤها تجاريا وعادة ما تكون أنظف من رقائق الزجاج شراؤها تجاريا، وهذا يوفر الوقت في تنظيف الركيزة. سي ركائز دينا أيضا الموصلية الحرارية أعلى من الزجاج، الأمر الذي يؤدي إلى أكثر التدفئة خلال النمو والصلب. مع رقائق الزجا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

شكر وتقدير

فإن الكتاب أود أن أشكر بول Ciszek وكيث ايمري من المختبر الوطني للطاقة المتجددة (طاقة) لقياسات JV المعتمدة، ورايلي برانت (MIT) لقياس الطيفي الضوئية، وجيف كوتر (ASU) للإلهام للقسم اختبار الفرضيات. ويؤيد هذا العمل من قبل وزارة الطاقة في الولايات المتحدة من خلال مبادرة SunShot بموجب عقد DE-EE0005329، وروبرت بوش LLC خلال شبكة بحوث الطاقة بوش تحت منحة 02.20.MC11. V. شتاينمان، R. خاراميو، وK. هارتمان نعترف دعم، مؤسسة الكسندر فون همبولت، على جائزة أبحاث ما بعد الدكتوراه وزارة الطاقة EERE، وإنتل دكتوراه زمالة، على التوالي. هذا الاستخدام العمل مصنوعة من مركز نظم النانو في جامعة هارفارد وهو معتمد من قبل مؤسسة العلوم الوطنية في إطار جائزة ECS-0335765.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
كوارتز رقاقة الناقلAM Quartz ، Gainesville ، TXتصميم مفصل
نظام الاخرقPVD المنتجاتنظام الاخرق عالي الفراغ مع قفل الحمل
4٪ H2< / sub>S في N2< / sub>Airgas Inc.X02NI96C33A5626
99.5٪ H2< / sub>Sمسحوق ماثيسون تريجاسG1540250
SnSسيجما ألدريتش741000-5G
خلية الانصبابVeeco35-LTدرجة حرارة منخفضة ، خلية انصباب واحدة
ثنائي إيثيل زنك (Zn (C2< / sub>H5< / sub>) 2< / sub>)Strem Chemicals93-3030
قاطع ليزرElectroxScorpian G2يستخدم لأقنعة الظل ITO
هدف الاخرق ITO (In2< / sub>O3< / sub> / SnO2< / sub> 90/10 wt.٪ ، 99.99٪ نقي)Kurt J. LeskerEJTITOX402A4
أقنعة الظل التعدينMicroConnexتصميم مفصل
مبخر شعاع الإلكترونDentonمبخر معادن عالية الفراغ مع
قفل التحميل AM1.5 محاكاة الطاقة الشمسيةنيوبورت أوريل911941,300 واط Xe-lamp باستخدام مرشح AM1.5G
مقياس الطيف الضوئيPerkin ElmerLambda 950 UV-Vis-NIR150 مم كرة تكامل مطلية بالطيف
معايرة Si الخلايا الشمسيةالكهروضوئية قياسات BK-7زجاج النافذة
مسبار مزدوجةAccuprobeK1C8C1F
Souce-meterKeithley2400
نظام قياس الكفاءة الكموميةالقياسات الكهروضوئيةQEX7
القياسات الكهروضوئيةالكهروضوئية القياسات
اختبار الخلايا الشمسية عالية الإنتاجيةالقياسات الكهروضوئيةتصميم مفصل
المضخة الخاملةDuPontKrytoxزيت PFPE ، الصف 1514 ؛ البائع: الخواتم
المطاطية الشرقية H2< / sub>S مقاومة للمطاط الصناعيدوبونتكالريز7075 ؛ البائع: ماركو المطاط
H2< / sub>S حلقات مطاطية مقاومة ماركوماركيزمركب Z1028
H2< / sub>S حلقات SealsEastern، Inc.Aflas: ماركو المطاط
نصائح القياسات الكهروضوئية محطة زيت مركب المطاط بائع

المراجع

  1. Woodhouse, M., Goodrich, A., et al. Perspectives on the pathways for cadmium telluride photovoltaic module manufacturers to address expected increases in the price for tellurium. Solar Energy Materials and Solar Cells. 115, 199-212 (2013).
  2. Bloomberg New Energy Finance University 2013 - renewable energy, CCS, EST. , Available from: http://about.bnef.com/presentations/bnef-university-renewable-energy-ccs-est/ (2013).
  3. Ramakrishna Reddy, K. T., Koteswara Reddy, N., Miles, R. W. Photovoltaic properties of SnS based solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 90 (18-19), 3041-3046 (2006).
  4. Sinsermsuksakul, P., Heo, J., Noh, W., Hock, A. S., Gordon, R. G. Atomic Layer Deposition of Tin Monosulfide Thin Films. Advanced Energy Materials. 1 (6), 1116-1125 (2011).
  5. Noguchi, H., Setiyadi, A., Tanamura, H., Nagatomo, T., Omoto, O. Characterization of vacuum-evaporated tin sulfide film for solar cell materials. Solar Energy Materials and Solar Cells. 35, 325-331 (1994).
  6. Hartman, K., Johnson, J. L., et al. SnS thin-films by RF sputtering at room temperature. Thin Solid Films. 519 (21), 7421-7424 (2011).
  7. Tanusevski, A. Optical and photoelectric properties of SnS thin films prepared by chemical bath deposition. Semiconductor Science and Technology. 18 (6), 501(2003).
  8. Sharma, R. C., Chang, Y. A. The S−Sn (Sulfur-Tin) system. Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 7 (3), 269-273 (1986).
  9. Steinmann, V., Jaramillo, R., et al. 3.88% Efficient Tin Sulfide Solar Cells using Congruent Thermal Evaporation. Advanced Materials. 26 (44), 7488-7492 (2014).
  10. Sinsermsuksakul, P., Sun, L., et al. Overcoming Efficiency Limitations of SnS-Based Solar Cells. Advanced Energy Materials. 4 (15), 1400496(2014).
  11. Hejin Park, H., Heasley, R., Gordon, R. G. Atomic layer deposition of Zn(O,S) thin films with tunable electrical properties by oxygen annealing. Applied Physics Letters. 102 (13), 132110(2013).
  12. Palmetshofer, L. Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS). Surface and Thin Film Analysis. , Available from: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9783527636921.ch11/summary 191-202 (2011).
  13. Scofield, J. H., Duda, A., Albin, D., Ballard, B. L., Predecki, P. K. Sputtered molybdenum bilayer back contact for copper indium diselenide-based polycrystalline thin-film solar cells. Thin Solid Films. 260 (1), 26-31 (1995).
  14. Malone, B. D., Gali, A., Kaxiras, E. First principles study of point defects in SnS. Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 26176-26183 (2014).
  15. Vaux, D. L. Research methods: Know when your numbers are significant. Nature. 492 (7428), 180-181 (2012).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة