الكريستالات السليكون الخلايا الشمسية الأغشية الرقيقة مع Plasmonic معززة للضوء للاحتباس

الهدف العام من التجربة التالية هو توضيح كيف أن تشتت الضوء بواسطة الجسيمات النانوية البلازمونية يعزز حبس الضوء في الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ويحسن أدائها. يتم تحقيق ذلك عن طريق إيداع فيلم فضي سلائف على سطح الخلية الشمسية ذات الأغشية الرقيقة الخلفية ، ثم ركوعها لتصنيع مجموعة من الجسيمات النانوية الفضية العشوائية المتناثرة الخفيفة. كخطوة ثانية ، يتم طلاء الخلية الشمسية ذات المصفوفة من الجسيمات النانوية بطبقة عازلة من فلوريد المغنيسيوم متبوعة بطلاء أبيض لإضافة عاكس خلفي منتشر ، يلتقط الضوء المنقول عبر مصفوفة الجسيمات النانوية لزيادة تعزيز تيار صورة الخلية ، الضوء الذي يدخل الخلية الشمسية والذي لا يتم امتصاصه في التمريرة الأولى ، ينتشر مرة أخرى إلى الخلايا بواسطة كل من مصفوفة الجسيمات النانوية والعاكس الخلفي المنتشر بزوايا مائلة ، مما يعزز سماكة الخلية الضوئية وبالتالي يحسن امتصاص الضوء يتم الحصول على النتائج التي تظهر زيادة تيار ماس كهربائى للخلية الشمسية بنسبة 45٪ في وجود عاكس تشتت الضوء البلازموني.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية لأساليب محاصرة الضوء التقليدية القائمة على التركيب في أنه يمكن تطبيقها على المخططات والأجهزة المصنعة بالكامل ، وبالتالي تجنب المضاعفات المستحيلة بسبب العيوب المتعلقة بالنسيج أو عدم التوافق مع عمليات تصنيع الجهاز. على الرغم من أن هذه الطريقة يتم تطبيقها على خلايا خلايا متلازمة السيليكون البلورية ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على أنواع أخرى من خلايا الشمس والأجهزة الإلكترونية الضوئية لتحسين أدائها مثل خلايا الفيلم العاطفي والسيليكون والميكروم وخلايا الشمس العضوية وحتى الثنائيات المنبعثة من الضوء. ابدأ هذا البروتوكول بتصنيع خلايا شمسية من السيليكون متعدد الكريستالات كما هو موضح في البروتوكول المكتوب المصاحب لهذا الفيديو.

تظهر هذه النظرة المقربة لخلية ناتجة من عملية التصنيع التي استمرت أسبوعين سطح سيليكون الخلية بين نمط التعدين حيث سيتم تشكيل جزيئات السيليكونات النانوية. قم بتفجير سطح الخلية المعدنية بالنيتروجين الجاف لإزالة الغبار وتحميل العينة في مبخر حراري يحتوي على قارب تنجستن مملوء ب 0.3 إلى 0.5 جرام من حبيبات الفضة. قم بضخ غرفة المبخر إلى الضغط الأساسي من اثنين إلى ثلاثة × 10 إلى سالب خمسة من البرنامج التالي.

اختصار شاشة كريستال الكوارتز QCM مع معلمات الفضة. تأكد من إغلاق مصراع العينة وتشغيل سخان قارب التنغستن. قم بزيادة التيار ببطء كاف لتجنب ارتفاع الضغط فوق ثمانية × 10 إلى سالب خمسة tor حتى تذوب حبيبات الفضة كما لوحظ من خلال إطار العرض بعد استقرار الضغط ، اضبط التيار على نقطة الضبط التي تتوافق مع معدل ترسيب الفضة من 0.1 إلى 0.2 أنجستروم في الثانية.

افتح الغالق لبدء عملية الترسيب. يتمثل أحد الجوانب الحاسمة في تصنيع عاكس أحادي زائد في التحكم بدقة في سمك الفيلم الفضي وظروف الركبة. لتشكيل أفضل مصفوفات الجسيمات النانوية أداء.

راقب سمك الفيلم الفضي المتزايد باستخدام QCM وأغلق المصراع عند الوصول إلى سمك 14 نانومتر ، واترك قارب التنغستن يبرد لمدة 15 دقيقة تقريبا ثم قم بتفريغ العينة ، حيث يتم وضع الخلية بغشاء فضي مودع حديثا في فرن مطهر بالنيتروجين مسخن مسبقا إلى 230 درجة مئوية وركع لمدة 50 دقيقة. بعد الركوع ، يظهر تغيير في مظهر السطح بسبب وجود الجسيمات النانوية. يتكون العاكس الخلفي من الكسوة العازلة لفلوريد المغنيسيوم بسمك 300 نانومتر تقريبا مع طبقة من طلاء السقف الأبيض التجاري.

قبل تصنيع العاكس الخلفي ، قم بحماية ملامسات الخلية عن طريق وضع حبر علامة أسود عليها. هذا يسمح بتعرض جهات الاتصال من تحت العازل عن طريق عملية الإقلاع. استخدم مسدس النيتروجين لتفجير مجموعة الجسيمات النانوية ونقاط الاتصال المطلية لإزالة الغبار.

استخدم ضغط نيتروجين معتدل لتجنب إزالة الجسيمات النانوية الملتصقة أسبوعيا. ضع العينة في المبخر الحراري الذي يحتوي على قارب تنجستن مملوء بالمغنيسيوم. قطع الفلورايد.

قم بضخ المبخر لأسفل إلى ضغط من اثنين إلى ثلاثة × 10 إلى مجموعة ناقص خمسة tor. معلمات QCM لفلوريد المغنيسيوم ، تأكد من إغلاق مصراع العينة وتشغيل القارب. يعمل السخان على زيادة التيار ببطء لتجنب الضغط المفرط حتى يذوب فلوريد المغنيسيوم كما هو موضح من خلال إطار العرض.

بعد استقرار الضغط ، اضبط التيار على نقطة الضبط التي تتوافق مع معدل ترسب فلوريد المغنيسيوم البالغ 0.3 نانومتر في الثانية وافتح مصراع العينة. راقب السماكة المترسبة باستخدام QCM وأغلق الغالق عند الوصول إلى 300 نانومتر ، وقم بإيقاف تشغيل السخان بعد تبريد قارب التنغستن لمدة 15 دقيقة تقريبا ، وقم بتفريغ العينة. لاحظ التغيير في مظهر الخلية باستخدام كسوة فلوريد المغنيسيوم.

لإزالة قناع الحبر من ملامسات الخلية، اغمر الخلية بالكسوة العازلة في الأسيتون. انتظر حتى يبدأ العازل الكهربائي فوق الحبر في التشقق والرفع. احتفظ بالخلية في الأسيتون حتى تتم إزالة كل الحبر مع العازل الكهربائي وتتعرض الملامسات المعدنية بالكامل.

قم بإزالة العينة من الأسيتون. جرب بمسدس النيتروجين. ضع طبقة من الطلاء الأبيض بفرشاة ناعمة ناعمة على سطح الخلية بالكامل.

تجنب التلامس المعدني بعناية ، يجب أن تكون طبقة الطلاء سميكة بما يكفي لتكون معتمة تماما بحيث لا يمكن رؤية أي ضوء عند النظر من خلال الخلية المطلية إلى مصدر ضوء ساطع ، اترك الطلاء يجف ليوم واحد. يتم حساب تيار ماس كهربائى للخلايا الشمسية من خلال دمج الكفاءة الكمومية الخارجية أو منحنى EQE على الطيف الشمسي العالمي القياسي. يعتمد كل من تيار الخلية وتعزيزه بسبب محاصرة الضوء على سمك طبقة امتصاص الخلية.

التيار نفسه أعلى بالنسبة للخلايا السميكة ، لكن التحسين الحالي أعلى بالنسبة للأجهزة الرقيقة. تتميز الخليتان الأصليتان بسمك ميكرون بدون محاصرة ضوئية بكثافة تيار ماس كهربائى تقاس بحوالي 15 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع مع عاكس خلفي منتشر. يمكن أن يكون التيار حوالي 20 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع أو أعلى من 25 إلى 31٪ بعد تصنيع مصفوفة الجسيمات النانوية على سطح الخلية الخلفية.

تزداد كثافة تيار الدائرة القصيرة حتى حوالي 20 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع ، وهو تحسين بنسبة 32٪ ، وهو أفضل قليلا من تأثير التحسين للعاكس الخلفي المنتشر. فقط بعد إضافة العاكس الخلفي المنتشر على كسوة فلوريد المغنيسيوم إلى الخلية باستخدام مصفوفة الجسيمات النانوية البلازمونية ، تزداد كثافة تيار الدائرة القصيرة إلى 22.3 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع أو حوالي 45٪ تحسين. لاحظ أنه بالنسبة للخلية التي يبلغ سمكها ثلاثة ميكرون ، تكون جميع التيارات أعلى حتى 25.7 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع بينما يكون التحسين النسبي أقل قليلا عند 42٪ ، يكون للمحاصرة الخفيفة تأثير أكبر نسبيا في الأجهزة الرقيقة بمجرد إتقانها.

يمكن إجراء هذا الإجراء في غضون أربع إلى خمس ساعات إذا تم تنفيذه بشكل صحيح. باستثناء ، انضم إلى الطلاء العاكس الذي سيستغرق حوالي 12 ساعة ودرجة حرارة الغرفة. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فكرة جيدة عن كيفية عمل محاصرة الطين البلازموني للخلايا الشمسية.

علاوة على ذلك ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع عاكس بلازموني مثل التشتت على الخلايا الشمسية لتحسين محاصرة الضوء في تيار صورة الخلية.