تحسين الجودة متغاير في النحاس ₂ خلايا شمسية يا المستندة من خلال تعظيم الاستفادة من الضغط الجوي طبقة المكانية الذرية المودعة
الزنك _1-س المغنيسيوم _س O

هنا نقدم بروتوكول لتجميع الزنك _1-س المغنيسيوم _س O / النحاس ₂ O heterojunctions في الهواء الطلق في درجات الحرارة المنخفضة عن طريق الضغط الجوي المكاني الذري طبقة ترسب (AP-سالد) من الزنك _1-س المغنيسيوم _س س على أكسيد نحاسي. هذه أكاسيد المعادن امتثالي جودة عالية يمكن زراعتها على مجموعة متنوعة من ركائز بما في ذلك المواد البلاستيكية بواسطة هذه الطريقة رخيصة وقابلة لل.

الهدف العام من هذا الإجراء هو الحصول على واجهة عالية الجودة في أكسيد الزنك غير المتجانسة أكسيد النحاسية التي يتم تصنيعها خارج الفراغ. يتم تحقيق ذلك عن طريق ترسيب الطبقة الذرية المكانية للضغط الجوي أو AP-SALD لأغشية أكسيد الزنك على أكسيد النحاسي المؤكسد حراريا. ALD المكاني في الغلاف الجوي هو تقنية طباعة أكسيد تسمح بترسيب أغشية أكسيد مطابقة مع تحكم دقيق في السماكة في عملية متوافقة مزدوجة خاصة بها عند الضغط الجوي ودرجة حرارة منخفضة.

يعد نظام ALD المكاني للضغط الجوي مثاليا للتخليق السريع لأكاسيد المعادن عالية الجودة والموحدة والبلورية ومتعددة المكونات للإلكترونيات ، كما هو موضح في أكسيد المغنيسيوم والزنك في هذا العمل. أولا ، قم بقص رقائق نحاسية بسمك 0.127 ملم إلى مربعات 13 × 13 ملم وتنظيفها عن طريق صوتنة الأسيتون. جفف مربعات رقائق النحاس بمسدس هوائي لإزالة الأسيتون المتبقي.

ثم ضع الركائز المجففة في بوتقة من الألومنيوم وضع البوتقة في الفرن. سخني مربعات رقائق النحاس إلى 1،000 درجة مئوية مع تدفق مستمر من الأرجون. راقب الغاز المحيط في الفرن باستخدام محلل الغاز طوال فترة الأكسدة.

عند الوصول إلى درجة حرارة 1 ، 000 درجة مئوية ، أدخل الأكسجين إلى الفرن بمعدل تدفق للحصول على 10 ، 000 جزء في مليون ضغط جزئي للأكسجين والحفاظ عليه لمدة ساعتين على الأقل. بعد ساعتين ، قم بإيقاف تشغيل تدفق الأكسجين. مع تدفق غاز الأرجون ، قم بتبريد الفرن إلى 500 درجة مئوية.

قم بسحق الركائز المؤكسدة عن طريق السحب السريع للبوتقات من الفرن. ثم اغمسها في الماء منزوع الأيونات لتبرد. بعد ذلك ، قم بحفر جانب واحد من الركائز عن طريق وضع قطرة من حمض النيتريك المخفف بشكل متكرر لإزالة أي أكسيد نحاسي من السطح.

استمر في النقش حتى لا يظهر فيلم رمادي على سطح أكسيد النحاس. مباشرة بعد الحفر ، اشطف كل ركيزة بالماء منزوع الأيونات والصوتنة في الأيزوبروبانول ، ثم جفف الركائز بمسدس هوائي. بعد ترسيب الذهب على الجانب المحفور من الركائز ، قم بحفر الجانب الآخر من الركائز في حمض النيتريك المخفف عن طريق وضع قطرة من الحمض على السطح ، مع التأكد من عدم حفر القطب الذهبي على الجانب الآخر.

بعد شطف الركائز وتجفيفها ، قم بتغطيتها بطلاء عازل أسود باستخدام فرشاة الرسم ، مع ترك مساحة غير مقنعة تبلغ حوالي 0.1 سم مربع كمساحة نشطة للخلية الشمسية. قم بتغطية القطب الذهبي على الجانب الخلفي بعلامة. بعد إعداد مفاعل AP-SALD ، اضبط معدل الفقاعات من خلال سلائف ثنائي إيثيل الزنك إلى 6 ملليلتر في الدقيقة و 200 مل في الدقيقة من خلال سلائف المغنيسيوم لترسيب أكسيد المغنيسيوم الزنك.

بعد ذلك ، اضبط معدل تدفق الغاز الناقل للنيتروجين لخليط السلائف المعدنية على 100 مل في الدقيقة وفقاعات النيتروجين من خلال الماء منزوع الأيونات ، والذي يعمل كمؤكسد ، مخفف بغاز النيتروجين المتدفق بسرعة 200 مل في الدقيقة. الآن ، قم بتدفق النيتروجين بسرعة 500 مل في الدقيقة إلى مشعب الغاز. حافظ على مشعب الغاز عند درجة حرارة 40 درجة مئوية عن طريق تدوير المياه.

ثم قم بتسخين المرحلة أو تحريك الصوانى إلى درجة الحرارة المطلوبة. اضبط حجم العينة وسرعة السطح الزجاجي وعدد التذبذبات باستخدام البرنامج الذي يتحكم في السطح الزجاجي. قم بإيداع الأكسيد المطلوب على شريحة زجاجية لمدة 400 تذبذب أو حتى يمكن رؤية فيلم واضح وسميك ومتجانس.

بعد الترسيب ، ضع الطبقة الفرعية على قناع زجاجي وضعها تحت مشعب الغاز. اضبط الرأس ، أو ارتفاع مشعب الغاز ، إلى 50 ميكرومتر فوق الركيزة. قم بإيداع أغشية أكسيد المغنيسيوم والزنك عن طريق فتح الصمام أولا لفقاعة سلائف المغنيسيوم ، متبوعا بصمام فقاعات سلائف الزنك.

بعد ذلك ، ابدأ في تحريك السطح الزجاجي أسفل مشعب الغاز بالنقر فوق بدء الترسيب في البرنامج. افتح فقاعات الماء فقط بعد مسح الركيزة بخمسة تذبذبات من السلائف المعدنية لتجنب تعرض سطح أكسيد النحاسي للأكسدة أثناء تسخينها. عند الانتهاء من الترسيب ، قم بإزالة الركائز من اللوح الزجاجي الساخن في أسرع وقت ممكن وأغلق صمامات الفقاعات للسلائف المعدنية.

قم بتنظيف قنوات الغاز في المشعب بشفرة لإزالة أي مسحوق أكسيد مترسب. من المهم تقليل الوقت الذي تقضيه ركائز أكسيد النحاسي المحفورة في الهواء الطلق على اللوح الزجاجي الساخن ، حيث يتسارع نمو أكسيد النحاس على السطح مع درجة الحرارة. بعد رش أكسيد قصدير الإنديوم على الركائز ، قم بإزالة العلامة من القطب الذهبي باستخدام الأسيتون لفضح القطب.

أخيرا ، قم بتطبيق جهات اتصال كهربائية عن طريق لصق سلكين رفيعين بعجينة فضية على أكسيد قصدير الإنديوم وأقطاب الذهب. تظهر أطياف الانحراف الحراري الضوئي لركائز أكسيد النحاس المحفورة وغير المحفورة امتصاصا أعلى من 1.4 إلكترون فولت قبل التشبع عند اثنين من الإلكترون فولت ، والذي يمكن أن يعزى إلى وجود أكسيد النحاسي على سطح الركيزة. تحتوي الركيزة غير المحفورة على امتصاص أعلى أقل من اثنين من الإلكترون فولت ، مما يشير إلى وجود طبقة أكسيد نحاسية أكثر سمكا على السطح.

تم التحقق من وجود نتوءات أكسيد النحاسي على ركائز أكسيد النحاسية عن طريق التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة. تظهر صورة SEM لسطح الخلية الكهروضوئية القياسية نتوءات أكسيد النحاسي التي تشكلت بسبب التعرض للأكسيد النحاسي للهواء والمؤكسدات. في المقابل ، فإن سطح الجهاز المحسن خال من نتوءات أكسيد النحاس.

تم تحقيق زيادة ستة أضعاف في كفاءة الجهاز من خلال تحسين ظروف ترسيب أكسيد الزنك. أسفرت الأجهزة ذات أغشية أكسيد المغنيسيوم المحسنة عن كفاءة أعلى بنسبة 2.2 في المائة. تختلف أطياف الكفاءة الكمومية الخارجية للجهازين أقل من 475 نانومتر ، وهو نطاق الأطوال الموجية التي يتم امتصاصها بالقرب من الواجهة.

الكفاءة الكمومية الخارجية للتقاطع غير المتجانس المصنوع عند درجة حرارة أعلى أقل من نصف الوصلة غير المتجانسة ذات درجة الحرارة المنخفضة ، مما يشير إلى واجهة أقل جودة بسبب المزيد من أكسيد النحاس. سمح تحسين ظروف نمو أكسيد الزنك بواسطة ALD في الغلاف الجوي للأكسيد النحاسي المؤكسد حراريا بتحسين جودة واجهة الوصلة غير المتجانسة وأداء الخلايا الشمسية. يمكن تطبيق نفس استراتيجية التحسين على الخلايا الشمسية المصنوعة من أكسيد النحاسي المودعة كهروكيميائيا.

لقد أودعنا أكسيد المغنيسيوم البلوري من الزنك في الغلاف الجوي على أكسيد النحاس لزيادة جهد الدائرة المفتوحة في الخلايا الشمسية غير المتجانسة. أبلغ هذا العمل عن أعلى كفاءة حتى الآن بنسبة 2.2 في المائة للوصلات غير المتجانسة للأكسيد النحاسي التي تم الحصول عليها خارج الفراغ.