Methodenartikel

Erstellen Rekordeffizienz SnS Solarzellen durch thermische Verdampfung und Atomic Layer Deposition

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DOI:

10.3791/52705

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22. Mai 2015

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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

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Zinnsulfid (SnS) ist ein Kandidatenmaterial für erdreichliche, ungiftige Solarzellen. Hier demonstrieren wir das Herstellungsverfahren der SnS-Solarzellen unter Verwendung der Atomlagenabscheidung, die einen zertifizierten Wirkungsgrad von 4,36 % ergibt, und der thermischen Verdampfung, die 3,88 % ergibt.

Zusammenfassung

Zinnsulfid (SnS) ist ein Kandidat Absorbermaterial für die Erde-reichen, nicht-toxische Solarzellen. SnS bietet einfachen Phasenregelung und das schnelle Wachstum von kongruenten thermische Verdampfung, und es sichtbares Licht stark absorbiert. , Für eine lange Zeit den Rekord Wirkungsgrad von SnS Solarzellen blieb jedoch unter 2%. Kürzlich haben wir gezeigt, neue zertifizierte Rekordwirkungsgrade von 4,36% mit SnS durch Atomlagenabscheidung abgeschieden und unter Verwendung von 3,88% thermische Verdampfung. Hier das Herstellungsverfahren für diese Aufzeichnung Solarzellen beschrieben wird, und die statistische Verteilung des Herstellungsprozesses wird berichtet. Die Standardabweichung der Effizienz, gemessen auf einem einzigen Substrat ist typischerweise mehr als 0,5%. Alle Schritte, einschließlich Substratauswahl und Reinigung, Mo Sputtern für den hinteren Kontakt (Kathode), SnS Abscheidung Tempern Oberflächenpassivierung, Zn (O, S) Pufferschicht Auswahl und Abscheidung transparenter Leiter (Anode) Ablagerung und Metallisierung werden beschrieben. Auf jedem Substrat zu fertigen wir 11 Einzelgeräte mit jeweils aktive Fläche 0,25 cm 2. Ferner ist ein System für die Messung von Strom-Spannungs-Kurven unter simulierten Sonnenlicht und externe Quanteneffizienz Messung mit variabler Licht Bias beschrieben. Mit diesem System sind wir in der Lage, vollständige Datensätze für alle Vorrichtungen 11 auf automatisierte Weise und in kürzester Zeit zu messen. Diese Ergebnisse veranschaulichen den Wert des Studiums große Sample-Sets, anstatt sich nur knapp über die leistungsfähigsten Geräte. Große Datenmengen helfen uns, zu unterscheiden und zu beheben einzelnen Verlustmechanismen, die unsere Geräte.

Einleitung

Dünnschicht-Photovoltaik (PV) weiterhin Interesse und bedeutende Forschungsaktivitäten zu gewinnen. Jedoch die Wirtschaftlichkeit des PV-Markt sind schnell wechselnde und Entwicklung von kommerziell erfolgreichen Dünnschicht-PV hat sich zu einem anspruchsvolleren Aussichten. Herstellungskosten Vorteile gegenüber waferbasierten Technologien können nicht mehr selbstverständlich auf eine Stufe genommen werden, und Verbesserungen in Effizienz und Kosten gesucht werden muss. 1,2 Angesichts dieser Realität, die wir gewählt haben, um SnS als Absorbermaterial für die Entwicklung Dünnschicht-PV. SnS intrinsische praktische Vorteile, die in niedrigen Herstellungskosten zu übersetzen könnte. Wenn hohe Wirkungsgrade nachgewiesen werden kann, könnte es als Drop-in-Ersatz für CdTe in kommerziellen Dünnschicht-PV berücksichtigt werden. Hier wird das Fertigungsverfahren für die kürzlich berichtet Datensatz SnS Solarzellen demonstriert. Wir konzentrieren uns auf praktische Aspekte wie Substratauswahl, Abscheidungsbedingungen, Gerätelayout und Messprotokollen.

SnS ist aus nicht-toxischen, Erde reichlich vorhanden und preiswert Elemente (Zinn und Schwefel) zusammengesetzt ist. SnS ist ein inertes und unlösliche halbleitenden Festkörper (Mineralname Herzenbergite) mit einem indirekten Bandlücke von 1,1 eV, starke Lichtabsorption für Photonen mit Energien über 1,4 eV (α> 10 4 cm -1) und intrinsische p-Typ Leitfähigkeit mit Trägerkonzentration im Bereich 15. Oktober-17. Oktober cm -3. 3 - 7 ist wichtig, verdampft SnS deckungsgleich und phasenstabil bis 600 ° C 8,9 Das heißt, SnS kann durch thermisches Verdampfen (TE) und der hohen hinterlegt. -Gang Vetter, geschlossenen Raum Sublimation (CSS), wie bei der Herstellung von CdTe-Solarzellen eingesetzt wird. Es bedeutet auch, dass SnS Phasensteuerung ist viel einfacher, als für die meisten Dünnschicht-PV-Materialien, insbesondere einschließlich Cu (In, Ga) (S, Se) 2 (CIGS) und Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS). Daher Zell efzienz steht als Haupthindernis für die Vermarktung von PV SnS und SnS könnte als Drop-in-Ersatz für CdTe einmal hohe Wirkungsgrade sind im Labormaßstab gezeigt werden. Allerdings kann diese Effizienz Barriere nicht überbewertet werden. Wir schätzen, dass der Datensatz Effizienz muss um einen Faktor von vier zu erhöhen, von ~ 4% auf ~ 15%, um die wirtschaftliche Entwicklung zu stimulieren. Entwicklungs SnS als Drop-in-Ersatz für CdTe erfordert auch das Wachstum von hoher Qualität SnS dünne Filme von CSS, und die Entwicklung eines n -Typ Partner Material, auf dem SnS können direkt angebaut werden.

Im Folgenden wird für die Herstellung von SnS Rekord-Solarzellen mit zwei verschiedenen Abscheideverfahren, Atomlagenabscheidung (ALD) und TE beschrieben die Schritt-für-Schritt-Verfahren. ALD ist eine langsame Wachstumsverfahren, sondern auf dem neuesten Stand hat die höchste Effizienz Geräte ergab. TE ist schneller und industriell skalierbaren, aber hinkt ALD in Effizienz. Zusätzlich zu den verschiedenen SnS Abscheideverfahren, das TEund ALD Solarzellen unterscheiden sich geringfügig im Glühen, Oberflächenpassivierung und Metallisierungsschritte. Die Produktionsschritte sind in Abbildung 1 aufgezählt sind.

Nachdem das Verfahren beschreiben, sind die Testergebnisse für die zertifizierten Aufnahmegeräte und zugehörige Proben vorgestellt. Das Rekordergebnis wurde bereits berichtet. Hier liegt der Schwerpunkt auf die Verteilung der Ergebnisse für eine typische Verarbeitungslauf.

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Protokoll

1. Untergrundauswahl und Schneiden

  1. Kauf polierte Si-Wafer mit einer dicken thermischen Oxid. Für die hier berichtet Geräte verwenden 500 um dicken Wafern mit einem 300 nm oder dicker thermischen Oxid. Die Substratauswahlkriterien werden in der Diskussion Abschnitt erläutert.
  2. Schleuderbeschichten der polierten Seite des Wafers mit einer typischen positiven Photoresist (SPR 700 oder PMMA A. 495) und Weichbacken (30 sec bei 100 ° C).
    Anmerkung: Dies ist eine Schutzschicht, um eine Beschädigung oder Verunreinigung während der nachfolgenden Schneideschritt zu verhindern.
  3. Verwenden Sie ein Werkzeug Säge, um den Wafer in 1 "x 1" (25,4 x 25,4 mm 2) Quadratisch Substrate geschnitten.

2. Substrat Reinigung

  1. 60 ° C - Partikel und andere Rückstände, die von der Schneidschritt unter Verwendung eines Stickstoffdruckpistole führen, gefolgt von einem Ultraschallbad in deionisiertem (DI) Wasser für 5 min bei 45 zu entfernen.
  2. Entfernen Sie die Fotolackschicht mit einem Ultraschall-bath in Aceton für 5 min bei 45 - 60 ° C.
  3. Reinigen des belichteten Substrats mit 3 aufeinanderfolgenden Ultraschallbäder, für 5 min bei 45 - 60 ° C: Aceton, Ethanol und Isopropylalkohol. Finish durch Trocknen mit einem komprimierten Stickstoffpistole, während Substrate in der Quarzträger bleiben.

3. Mo Sputtering

  1. Legen Sie die sauberen Si / SiO2-Substraten in eine Hochvakuum-Zerstäubungssystem. Stellen Sie sicher, dass die Substratplatte ist unbeheizt und Substratrotation aktiviert ist. Für die hier berichtet Geräte, Verfahren in einem kommerziellen System mit gekippten Magnetron-Kanonen mit 2 "Ziele und einer Wurfweite von ca. 4".
  2. Zahlen Sie die erste Schicht (die Haftschicht) bei relativ hohen Hintergrunddruck wie 10 mTorr Ar. Für die hier berichtet Geräte, Verfahren mit einer Sputter-Leistung von 180 W (DC), die eine Wachstumsrate von 2,6 Å / s ergibt und einem ersten Mo Schicht, die 360 ​​nm dick ist.
  3. Hinterlegung der zweitenSchicht (der leitenden Schicht) bei einem relativ niedrigen Grunddruck wie 2 mTorr Ar. Verwenden Sie die gleiche Sputterleistung wie die erste Schicht (180 W) und hinterlegen die gleiche Dicke.
    Anmerkung: Die hier angegebenen Vorrichtungen hatten eine zweite Mo-Schicht, die 360 ​​nm dick ist, gleich wie die erste Schicht.
  4. Nach Mo Abscheidung, speichern die Substrate im Vakuum bis zum SnS Abscheidungsschritt.

4. SnS Deposition

Hinweis: Das ALD-Abscheidungstechnik ist in Unterabschnitt 4.1 beschrieben, und die TE-Abscheidung in Unterabschnitt 4.2 beschrieben. Das ALD-Systems ist in Figur 2 gezeigt, und TE-Abscheidungssystem ist in Abbildung 3 dargestellt.

  1. Kaution SnS von ALD
    1. Vor dem Laden in den Reaktor, legte Mo Substrate in einer UV-Ozon-Reiniger für 5 Minuten, um organische Partikel zu entfernen. Dann legen Sie die Substrate auf dem Substrathalter und setzen Sie in die Abscheidungszone.
    2. Stabilisierung der Ofen Tempetemperatur von 200 ° C vor Beginn Abscheidung.
    3. Wachsen SnS Dünnschichten aus der Reaktion von Bis (N, N '-diisopropylacetamidinato) -zinn (II) [Sn (MeC (N -iPr) 2) 2, die hier als Sn (amd) 2] und Wasserstoffsulfid (H 2 S) 4.
      1. Halten die Sn (amd) 2 Vorläufers bei einer konstanten Temperatur von 95 ° C. Mit reinem N 2 -Gas, um die Lieferung von Sn (AMD) 2 Dampf aus dem Behälter in den Ofen, um die Beschichtungszone zu unterstützen. Während jeder ALD-Zyklus, Versorgungs drei Dosen des Sn (AMD) 2 Vorläufer für das Gesamtengagement von 1,1 Torr Sekunde.
      2. Verwenden eine Gasmischung aus 4% H & sub2; S in N 2 als Schwefelquelle. Sicherzustellen, dass die Belastung durch die an Schwefelwasserstoffdampf 1,5 Torr Sekunde pro Dosis. Sicherzustellen, dass der Partialdruck des H 2 S und dem Gesamtdruck von H 2 S in N 2 0,76 Torr und 19 Torr auf.
    4. Set ter Pumpzeit zwischen Sn Vorläufer Dosis und H 2 S-Dosis nur 1 Sekunde, um zur Beschleunigung der Abscheidung werden (kurz im Vergleich zu den meisten anderen herkömmlichen ALD Verfahren).
      Hinweis: Da das Sn Vorläufer nicht vollständig durch diese kurze Pumpzeit entfernt wird, bleibt etwas restliches Sn Vorläufers, wenn das H 2 S eintrifft. So könnte das Verfahren als gepulster CVD-Verfahren beschrieben. Die Wachstumsrate der SnS Film beträgt 0,33 Å / Zyklus oder 0,04 Å / sek.
  2. Kaution SnS von TE
    1. Sicherstellen, dass die Prozesskammerdruck ist 2 x 10 -7 Torr oder weniger. Last Substrate in der Kammer durch die Ladeschleuse. Halten der Substrate auf die Platte entweder mit einem einzelnen Clip oder mit einem benutzerdefinierten Substrathalter mit entsprechend dimensionierten Taschen, die bis auf die Substratplatte angeschraubt ist.
    2. Rampe die Quelle und Substrat-Heizungen, ihren Sollwert. Für die Vorrichtung hier berichteten die Substrattemperatur 240 ° C und die Wachstumsrate 17; / sec; 610 ° C (die erforderlichen Quellentemperatur mit der Zeit für eine Einzellast von Quellpulver) -, diese Wachstumsrate setzen Sie die Quellentemperatur im Bereich von 550 zu erreichen. Die Zielfoliendicke beträgt 1,000 nm.
    3. Messen Abscheidungsrate unter Verwendung des Quarzkristallmonitor (QCM) vor und nach der Filmabscheidung SnS durch Bewegen des QCM Arm in die Prozesskammer. Für diese Messung wird das Substrat angehoben wird, so dass der QCM in das Substrat Wachstums Position bewegt werden.
      Hinweis: Die Abscheidungsrate bleibt während einer Ablagerungszeit von 3 h ziemlich konstant (± 0,05 Å / s Abweichung).
    4. Nach der Abscheidung, übertragen Sie die Proben wieder in die Ladesperre vor dem Entlüften in die Luft. Schnellen Transport der Proben durch die Luft in den Speicher entweder im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre Glovebox vor dem nächsten Verarbeitungsschritt.
      Hinweis: Die typischen unbeabsichtigte Luftbelichtungszeit beträgt ca. 3 min. Die typische Lagerzeit zwischen einem Tag und aweek.

5. SnS Glühen

Anmerkung: Dieser Schritt ist etwas anders für ALD und TE Solarzellen ausgeführt. Das Glühen Verfahren für ALD-Solarzellen wird in Unterabschnitt 5.1 beschrieben, und das Verfahren für die TE-Solarzellen wird in Unterabschnitt 5.2 beschrieben. Der Zweck Glühen in der Diskussion Abschnitt erläutert.

  1. Glühen die ALD gewachsenen SnS Filme in H 2 S-Gas.
    Anmerkung: Dieser Schritt wird in dem gleichen System für ALD Wuchs durchgeführt.
    1. Mit reinem H 2 S-Gas (99,5% rein) bei einer Flussrate von 40 sccm und einem Druck von 10 Torr.
    2. Erhitzen Sie die SnS Folie auf eine Temperatur von 400 ° C und halten Sie für 1 Stunde in der H 2 S-Gas-Umgebung. Stellen Sie sicher, dass das Gas während des gesamten Prozesses fließt, einschließlich Temperatur einfach an- und abgeschaltet.
  2. Glühen die TE-grown SnS Filme in H 2 S-Gas. Führen Sie diesen Schritt in einem eigenen Rohrofen.
    1. Last the Proben auf einem sauberen Quarzplatte und gleiten in den Heißzonenbereich des Ofens.
    2. Nachdem der Ofen verschlossen ist, zu spülen dreimal mit reinem N 2 und lassen Sie sie auf Basisdruck abzupumpen.
    3. Etablieren Gasstrom bei 100 sccm von 4% H 2 S bei 28 Torr.
    4. Rampe die Temperatur auf 400 ° C über 10 min. Halten bei 400 ° C für 1 Stunde, dann lassen Sie die Proben in der Heißzone zu kühlen ohne fremde Hilfe. Konstant zu halten H2S Gasstrom und Druck, bis Proben abkühlen unter 60 ° C. Entfernen Sie die Proben und entweder sofort gehen Sie zum nächsten Schritt, oder legen Sie sie in der Lagerung in einem inerten Gas Handschuhfach.

6. SnS Oberfläche Passivierung mit einer nativen Oxids

Anmerkung: Dieser Schritt ist etwas anders für ALD und TE Solarzellen ausgeführt. In Unterabschnitt 6.1 der Oberflächenpassivierung Verfahren für ALD-Solarzellen beschrieben wird, und das Verfahren für TE Solarzellen in Unterabschnitt beschrieben6.2. Die Funktion dieses Schrittes wird in der Diskussion Abschnitt erörtert.

  1. Für die ALD gewachsenen Proben, wachsen eine dünne Schicht aus SnO 2 von ALD.
    Hinweis: Wir verwenden einen anderen Reaktor als die für SnS Wachstum verwendet.
    1. Wachsen SnO 2 durch die Reaktion von cyclischen Amids tin [(1,3-bis (1,1-Dimethylethyl) -4,5-Dimethyl- (4R, 5R) -1,3,2-diazastannolidin-2-yliden) Sn (II)] und Wasserstoffperoxid (H 2 O 2). Speichern das zyklische Amid Zinnvorläufer in einem Ofen bei 43 ° C, und das H 2 O 2 in eine Waschflasche bei Raumtemperatur.
    2. Aufrechterhaltung der Substrattemperatur bei 120 ° C für die Abscheidung.
    3. Expose der Zinnvorläufer und H 2 O 2 unter Verwendung von 0,33 und 1,5 Torr Sekunde pro Zyklus jeweils für insgesamt 5 Zyklen. Zu überprüfen, dass die Dicke des resultierenden SnO 2 0,6 0,7 nm, wie durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) -Analyse 10 gemessen.
  2. Für die TE-gewachsenen Proben, einen thin Schicht aus SnO 2 durch Luftexposition.
    1. Expose der Proben auf Laborumgebungsluft 24 h. Zu überprüfen, dass die Dicke des resultierenden SnO 2 beträgt etwa 0,5 nm, wie durch XPS-Analyse gemessen.
      Anmerkung: Die typische RT beträgt 24 ± 1 ° C, und die typische Feuchtigkeit 45% ± 13% (höher im Sommer); Für die hier berichteten Geräte waren die Werte 24,6 C <30% betragen.

7. Die Abscheidung der Zn (O, S) / ZnO Pufferschicht

Anmerkung: Dieser Schritt wird in der gleichen ALD-Kammer, die für das Wachstum von SnS ALD wird durchgeführt.

  1. Wachsen einem Zn (O, S): N-Schicht durch ALD.
    1. Aufrechterhaltung der Substrattemperatur auf 120 ° C.
    2. Wachsen Zn (O, S): N durch ALD aus der Reaktion von Diethylzink (Zn (C 2 H 5) 2, DEZ), entionisiertes Wasser (H 2 O), 4% H 2 S in N 2, und Ammoniak (NH 3) 11. Bewahren Sie die Waschflasche containing DEZ bei RT. Verwenden Sie eine Taktfolge von [DEZ-H 2 O-DEZ-NH 3] 14 - [DEZ-H 2 S] 1, und wiederholen Sie diese Superzyklus 12 mal. Damit die Exposition von Ammoniak 11 Torr Sekunde.
    3. Überprüfen, ob der S / Zn-Verhältnis in dem resultierenden Films beträgt 0,14, wie durch Rutherford-Rückstreuungsspektroskopie 12 gemessen wird, und dass die Dicke der Folie beträgt etwa 36 nm.
  2. Wachsen Sie eine ZnO-Schicht von ALD.
    1. Aufrechterhaltung der Substrattemperatur auf 120 ° C.
    2. Wachsen ZnO mit 50 ALD-Zyklen DEZ-H 2 O.
      Anmerkung: Die Dicke des resultierenden ZnO-Films beträgt ca. 18 nm.

8. Die Abscheidung der transparenten leitenden Oxide (TCO), Indiumzinnoxid (ITO)

  1. Schneiden ITO Schattenmasken aus einer 0,024 "(610 um) Alu 6061 Blatt mit einem Laborlaserschneider.
    Hinweis: Die Masken definieren, 11 rechteckige Geräte, die 0,25 cm 2 in sindGröße plus eine größere Unterlage in einer Ecke, die für optische Reflexionsmessungen verwendet wird, siehe Abbildung 4.
  2. Montieren Sie die Geräte und Masken in einem Mask Aligner.
    Hinweis: Dies ist eine Aluminiumplatte mit verschachtelten Taschen für das Substrat und Masken und Clips, die Masken zu befestigen.
  3. Ablagerung ITO durch reaktives Magnetron-Sputtern.
    1. Erhitzen Sie das Substrat auf etwa 80 bis 90 C ermöglichen Substratrotation.
    2. Verwenden einen Durchmesser von 2 inch ITO-Targets (In 2 O 3 / SnO 2 90/10 Gew.%, 99,99% ig) bei 65 W HF-Sputterleistung mit 40 / 0,1 sccm Ar / O 2 Gasstrom bei 4 mTorr Gesamtdruck.
    3. Wachsen einem 240 nm dicken ITO-Film.
      Hinweis: Mit diesen Parametern Wachstumsraten von 0,5 Å / s und Schichtwiderstände im Bereich von 40 - 60 Ω / sq erzielt werden.

9. Die Metallisierung

  1. Cut Metallisierung Schattenmasken aus einer 127 um dicken austenITIC Edelstahlblech.
    Hinweis: Diese Masken werden mit + 10 / -5 & mgr; m Toleranz von einem kommerziellen Unternehmen zu schneiden. Die Metallstruktur besteht aus 2 Fingern um 1,5 mm getrennt sind, jeweils 7 mm lang, und ein 1 x 1 mm 2 Kontaktstelle, siehe Abbildung 4.
  2. Montieren Sie die Geräte und Masken in einem Mask Aligner, wie in Schritt 8.2.
  3. Ablagerung Ag (TE-Geräten) oder Ni / Al (ALD-Geräte) durch Elektronenstrahlverdampfung.
    1. Berg Mask Aligner auf die Substratplatte eines Elektronenstrahls Metalle Verdampfungssystem. Abpumpen auf einen Basisdruck von weniger als 1 x 10 -6 Torr.
    2. Verdampfen Metall bei einer Geschwindigkeit von 2 Å / sek. Kaution 500 nm Gesamtmetalldicke.

10. Bauteilcharakterisierung

  1. Führen Strom-Spannungs ("J - V") Messungen auf allen Geräten in der Dunkelheit und in AM1.5 simuliert Sonnenlicht.
    1. Kalibrieren Sie den Sonnensimulator durch das Sammeln von J - V Daten from einem kalibrierten Silizium-Solarzelle und das Einstellen der Sonnensimulator Lampenleistung und die Höhe bis zum Erreichen des kalibrierten aktuellen Wert für AM1.5 Sonneneinstrahlung.
    2. Kontaktieren Sie die Geräte in Vierdraht-Betrieb durch Verwendung von Kupfer-Beryllium-Doppelsondenspitzen an sowohl der Oberseite (Anode, Ag oder Al) und unten (Kathode, Mo) Schichten zu kontaktieren. Kontaktieren Sie die untere Schicht durch Kratzen entfernt die Puffer und SnS Schichten mit einer Skalpellklinge.
    3. Measure hellen und dunklen J - V Daten unter Verwendung einer Quelle Meter von Sourcing-Spannung und Strommessung.
      Anmerkung: Die Geräte werden in der Regel im Bereich von ± 0,5 V. Die gemessene Vorrichtungen reagieren nicht auf die Richtung oder die Geschwindigkeit der Spannungsstreicht. Für Routinetests ein Bereich definierenden Lichtblende wird nicht verwendet, siehe Diskussion Abschnitt für weitere Details.
  2. Führen Sie externe Quanteneffizienz (EQE) Messungen auf allen Geräten, mit variabler Licht und Vorspannung.
    1. Kalibrieren Sie das EEP-System durch die Messung der response einer Si-Photodiode Kalibrierung.
      Hinweis: Die Software diese Daten, um Messungen mit einem NIST-Standard unterstützt, um die Lichtintensität entsprechend anpassen geführt vergleicht.
    2. Kontaktieren Sie die Geräte mit Hilfe der Vier-Draht-Verfahren, wie in Schritt 10.1.2.
    3. EQE messen unter Verwendung eines kommerziellen Systems, das die Probe mit monochromatischem Licht über einen Wellenlängenbereich von 270 1100 nm bei 100 Hz zerhackt beleuchtet und misst die sich ergebende Strom. Führen Sie diese Messung nach Standardarbeitsanweisung des Herstellers.
    4. Wiederholen Sie die Messung mit EQE variabler Spannung und Weißlicht-Vorspannung. Verwenden Sie einen Sourcemeter, um die Vorspannung und eine Halogenlampe, die Licht Bias-Versorgung zu liefern. Messen Sie Geräte in Vorwärts- und Rückwärts Vorspannung und unter variablen weißen Lichtintensität bis zu ~ 1 Sonnen.
    5. Die optische Reflexionsgrad (% R) der ITO-Oberfläche mit einem Spektralphotometer mit integrierender Kugel, um zu konvertieren extern nach internQuanteneffizienz (IQE). Führen Sie diese Messung nach Standardarbeitsanweisung des Herstellers.

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Ergebnisse

In den Figuren 6-8 Ergebnisse sind für zwei repräsentative "Baseline" TE-grown Proben, wie oben beschrieben gezeigt. Beleuchtet J - V für diese beiden Proben ist in 6 aufgetragen Die erste Probe ("SnS140203F") ergab das Gerät mit zertifizierten Wirkungsgrad von 3,88%, die zuvor berichtet wurden 9 Repräsentative JV Verteilungen sind für jede Probe gezeigt... Für eine gegebene Vorspannung werden diese Verteilungen berechnet

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Diskussion

Substratreinigungs Auswahl

Oxidierte Si-Wafer als Substrate verwendet werden. Die Substrate der mechanische Träger für die resultierenden Solarzellen und ihrer elektrischen Eigenschaften sind nicht wichtig. Si-Wafer werden auf Glas bevorzugt, da im Handel erworben Si-Wafern sind in der Regel sauberer als im Handel erworben Glaswafer und das spart Zeit bei der Substratreinigung. Si-Substrate haben auch eine höhere thermische Leitfähigkeit als Glas, das zu einer gleichmäßigere...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Danksagungen

Die Autoren bedanken sich bei Paul Ciszek und Keith Emery für zertifizierte JV Messungen danken vom National Renewable Energy Laboratory (NREL), Brandt Riley (MIT) für die Photoelektronenspektroskopie-Messungen und Jeff Cotter (ASU) für die Inspiration für das Testen von Hypothesen Abschnitt. Diese Arbeit wird durch das US-Energieministerium durch die SunShot Initiative unter Vertrag DE-EE0005329, und der Robert Bosch LLC durch die Bosch Energy Research Netzwerk unter Gewährung 02.20.MC11 unterstützt. V. Steinmann, R. Jaramillo und K. Hartman erkennen die Unterstützung, die Alexander von Humboldt-Stiftung, ein DOE EERE Postdoctoral Research Award und Intel PhD Fellowship sind. Diese Arbeit nutzten das Center for Nanoscale Systems an der Harvard University, die von der National Science Foundation unter award ECS-0335765 unterstützt wird.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Quarz-Wafer-TrägerAM Quartz, Gainesville, TX
SputtersystemPVD ProductsHochvakuum-Sputtersystem mit Lastschleuse
4% H2S in N2Airgas Inc.
99,5% H2SMatheson TrigasG1540250
SnS PulverSigma Aldrich741000-5G
EffusionszelleVeeco35-LTEinfilament-Effusionszelle mit niedriger Temperatur
Diethylzink (Zn(C2H5)2)Strem Chemicals93-3030
LasercutterElectroxScorpian G2Wird für ITO-Schattenmasken
verwendet ITO-Sputtertarget (In2O3/SnO2 90/10 Gew.%, 99,99% rein)Kurt J. LeskerEJTITOX402A4
Metallisierung SchattenmaskenMicroConnexmaßgeschneidertes Design
ElektronenstrahlverdampferDentonHochvakuum-Metallverdampfer mit Schleuse
AM1.5 SonnensimulatorNewport Oriel911941.300 W Xe-Lampe mit AM1.5G-Filter
SpektralphotometerPerkin ElmerLambda 950 UV-Vis-NIR150 mm Spektralbeschichtete Ulbrichtkugel
Kalibrierte Si-SolarzellePV MessungenBK-7 Fensterglas
Doppelte SondenspitzenAccuprobe
StromzählerKeithley2400
Quanteneffizienz-MesssystemPV-MessungenQEX7
Kalibrierte Si-FotodiodePV-Messungen
PV Messungenkundenspezifisches Design
Inertes PumpenölDuPontKrytoxPFPE-Öl, Güteklasse 1514; Anbieter: Eastern Scientific
H2S beständige Elastomer O-RingeDuPontKalrezMischung 7075; Verkäufer: Marco Rubber
H2S beständige Elastomer O-RingeMarco RubberMarkezMischung Z1028
H2S beständige Elastomer O-RingeDichtungen Eastern, Inc.Aflas-Verkäufer: Marco Rubber
kundenspezifisches X02NI96C33A5626K1C8C1F Hochdurchsatz-Solarzellen-Teststation

Referenzen

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Zinnsulfid SolarzellenMolybd n SputternZinkoxysulfid PufferschichtIndiumzinnoxid AbscheidungStrom Spannungs Messungexterne QuanteneffizienzSubstratpr parationBauelementherstellung

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