Name: Entwicklung von Hochleistungs-Lücke/Si Heterojunction Solarzellen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 31 s
Description: Erfahren Sie die Herstellung von GaP/Si-Heteroübergangssolarzellen mit hoher Silizium-Minoritätsladungsträgerlebensdauer. Dieses Protokoll ermöglicht effiziente Multijunction-Solarzellen für erneuerbare Energien.

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Die Autoren möchten L. Ding und M. Boccard für ihren Beitrag bei der Bearbeitung und Prüfung von Solarzellen in dieser Studie zu danken. Die Autoren erkennen Finanzierung durch das U.S. Department of Energy unter Vertrag DE-EE0006335 und Engineering Research Center Program von der National Science Foundation und das Büro für Energieeffizienz und erneuerbare Energien des Department of Energy NSF Kooperationsvertrag No. EWG-1041895. Som Dahal bei Solar Power Labor wurde, teilweise durch NSF Vertrag ECCS-1542160 unterstützt.

Achtung: Bitte konsultieren Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (SDB) vor dem Umgang mit Chemikalien. Nutzen Sie alle entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen bei der Durchführung einer Solarzelle Herstellung einschließlich der Abzugshaube und persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Kittel, in voller Länge Hose, geschlossene Schuhe).
(1) Si-Wafer Reinigung
<ol><li>Si-Wafer in Piranha-Lösung reinigen (H2O2/h2SO4) bei 110 ° C.<ol>
<li>Um Piranha Lösung zu erzeugen, füllen das Säurebad (High-Density-Polyethylen-Tank und jenseits) mit 15,14 L H2SO4 (96 %) und dann 1,8 L H2O2 (30 %).</li>
		<li>Warten Sie, bis die Temperatur der Lösung zur Stabilisierung auf 110 ° C.</li>
		<li>Platz 4-Zoll-Durchmesser, Float-Zone (FZ), n-Typ, und Doppel-Seite-poliert Si-Wafer in einer sauberen 4" Wafer Kassette (Polypropylen und jenseits), und legen Sie das Boot in der Piranha-Badewanne für 10 Minuten.</li>
		<li>Spülen für 10 min mit entionisiertem Wasser (DI).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reinigen Sie Si-Wafer mit RCA Reinigungslösung bei 74 ° C.<ol>
<li>Vorbereiten einer verdünnten Lösung von HCl:H2O2. Füllen Sie das Säurebad mit 13,2 L DI H2O und 2.2 L HCl. Spike die Lösung mit 2,2 L H2O2 und schalten Sie die Heizung.</li>
		<li>Warten Sie, bis die Temperatur der Lösung bei 74 ° C vor der Verwendung zu stabilisieren.</li>
		<li>Si-Wafer in einer sauberen 4" Wafer-Kassette und stellen Sie Wafer in der RCA-Lösung für 10 Minuten.</li>
		<li>Mit VE-Wasser für 10 min spülen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Si-Wafer in gepuffert Oxide Etch (BOE) Lösung zu reinigen.<ol>
<li>Gießen Sie 15,14 L BOE Lösung im Säurebad.</li>
		<li>Platzieren Sie die 4" Wafer-Kassette im Bad für 3 min.</li>
		<li>10 min mit VE-Wasser spülen.</li>
		<li>Trocknen Sie die Wafer durch trockene N2.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. P-Diffusion in die Diffusion Furnace
<ol><li>Legen Sie einen gereinigten Wafer in einer Diffusion Quarzboot.</li>
	<li>Laden Sie es in einem Quarzrohr, die eine Grundtemperatur von 800 ° C. Rampe die Ofentemperatur auf 820 ° C in der N-2 -Umgebung. Fließen Sie bei 820 ° C die N2 Trägergas durch Phosphor Magnesiumoxychlorid (POCl3) bei 1000 Sccm sprudelt. Schalten Sie nach 15 min das Trägergas N2 und Rampe die Temperatur auf bis zu 800 ° C vor der Entnahme der Proben.</li>
	<li>Legen Sie die Proben in einer BOE-Lösung für 10 min bis zum Phosphor-Silikat Glas (PSG) zu entfernen und führen Sie dann eine 10-min-Spülen in VE-Wasser.</li>
</ol>(3) siNX Beschichtung durch PECVD
<ol><li>Setzen Sie die Wafer in einem sauberen Boot und Tauchen sie in eine BOE-Bad für 1 min um die native Oxidschicht auf der Oberfläche zu entfernen.</li>
	<li>10 min mit VE-Wasser spülen.</li>
	<li>Trocknen des Wafers mit einem trockenen N-2 -Gewehr.</li>
	<li>Ort der Si-Wafer auf einem sauberen Si-Träger (156 mm monokristallinen Si).</li>
	<li>Laden Sie die Probe in der Plasmakammer verbesserte chemical Vapor Deposition (PECVD).</li>
	<li>Kaution 150 nm dicken (38,5 s) SiNX bei 350 ° C in der Kammer. SiNX bei 300 W HF-Leistung mit einem Basisdruck von 3,5 mm Hg und 60 Sccm SiH4 als Silizium Quelle und 60 Sccm NH3 als N-Quelle zu hinterlegen (2000 Sccm N2 diente als ein Verdünnungsmittel).<ol>
<li>Die Wachstumsrate von SiNX (3,9 nm/s) durch die Hinterlegung von SiNX Filme mit unterschiedlichen Ablagerung Mal auf polierte Wafer zu bestätigen und die dicken Variable Winkel spektroskopischen Ellipsometrie (VASE) messen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>(4) Lücke Wachstum von MBE
<ol><li>Laden Sie nach SündeX Absetzung die Wafer in der MBE-Kammer.</li>
	<li>Ausgasen in der einleitenden Kammer (180 ° C für 3 h), dann Ausgasen in die Sperrkammer (240 ° C für 2 h). Laden der Wachstums-Kammer und bei 850 ° C für 10 min backen.</li>
	<li>Verringerung der Temperatur bis 580 ° C. Erhöhung der Ga Erguss Zellentemperatur herstellen ~2.71×10-7 Torr Strahl-Äquivalent Druck (BEP) und Si Erguss Zelltemperatur bis 1250 ° C.</li>
	<li>Passen Sie den p-geschlossenen Cracker Stellungsregler um ~1.16×10-6 Torr BEP zu erreichen. Öffnen Sie die Ga, P und Si Fensterläden und wachsen 25 nm-Abstand dick mit einer unterbrochenen Wachstum-Methode (10 Zyklen von 5 s offen und 5 s geschlossen) gefolgt von 121 s hauptsächlich Wachstum (d. h. zu öffnen, Ga und p Rollläden gleichzeitig).</li>
	<li>Substrattemperatur auf 200 ° C verringern und die Probe aus der Vakuumkammer zu entladen.</li>
</ol>5. Entfernen Sie zurück n + und SündeX Schichten von Nassätzen
<ol><li>Bedecken Sie die Lücke Oberfläche mit einer Schutzfolie gegen die HF-Schäden zu schützen.</li>
	<li>~ 300 mL 49 % HF-Lösung in einem Kunststoffbecher vorzubereiten.</li>
	<li>Legen Sie die Probe in der HF-Lösung für 5 min um die SündeX Schicht vollständig zu entfernen.</li>
	<li>Entfernen Sie die Schutzfolie mit VE-Wasser abspülen und Trocknen von N2.</li>
	<li>Bedecken Sie die Lücke Oberfläche mit einer neuen Schutzfolie.</li>
	<li>HNA-Lösung in einem Kunststoffbecher vorbereiten (eine Mischung von Flusssäure (HF) (50 mL), Salpetersäure (Druckaufschluss3) (365 mL) und Essigsäure Säuren (CH3COOH) (85 mL)) bei Raumtemperatur. Achtung: Legen Sie vorsichtig die Wafer in die Lösung zur Vermeidung HNA in der Lücke Oberfläche eindringt.</li>
	<li>Legen Sie die Probe in die HNA-Lösung für 3 min.</li>
	<li>Entfernen Sie die Schutzfolie und Spülen von VE-Wasser. Trocken von N2.
</li>
</ol>6. Loch-selektiven Kontakt Bildung auf der nackten Si-Seite
<ol><li>Spalten des Wafers mit einem Diamant-Stift in vier Viertel.</li>
	<li>Die Proben in einem DI-Wassertank gründlich zu reinigen.</li>
	<li>Reinigen Sie die Proben in einem BOE-Bad für 30 s, das native Oxid von der Oberfläche zu entfernen.</li>
	<li>In der Wafer in VE-Wasser spülen und dann trocknen von N2.</li>
	<li>Hinterlegung einer 50 nm dicke a-Si: H durch PECVD auf eines der Beispiele, die Si-Lebensdauer zu überprüfen.<ol>
<li>Einzahlung der a-Si: H-Schicht an 60 W HF-Leistung mit einem Druck von 3,2 mm Hg und 40 Sccm SiH4 als Silizium-Quelle (200 Sccm H2 diente als ein Verdünnungsmittel).</li>
		<li>Bestätigen Sie die Wachstumsrate der a-Si: H (1,6 nm/s) durch Hinterlegung von a-Si-Filme mit unterschiedlichen Ablagerung Mal auf polierte Wafer und Messung der Dicke mit VASE.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Kaution (i) a-Si (9 nm) und (p +) a-Si (16 nm) auf der geätzten (Vorderseite) eine separate Si-Probe von PECVD.<ol>
<li>Die p-Typ-a-Si-Schicht zu hinterlegen, auf 37 W HF-Leistung mit einem Druck von 3,2 mm Hg und 40 Sccm SiH4 als Silizium-Quelle und 18 Sccm B [CH3]3 als Bor Dotierstoff (197 Sccm H2 diente als ein Verdünnungsmittel).</li>
		<li>Bestätigen Sie die Wachstumsrate der p-Typ a-Si (2,0 nm/s) durch Hinterlegung von a-Si-Filme mit verschiedenen Zeiten auf die polierte Wafer und Messung der dicken mit VASE.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Hinterlegen Sie eine 9 nm dicken MoOX Schicht bei Raumtemperatur durch die thermische Verdampfung aus einer MoO3 (99,99 %) mit einer Abscheiderate von 0,5 Å / s.</li>
</ol>7. externe Kontakt Bildung
<ol><li>Kaution 75 nm dicke Indium Tin Oxide (ITO) (2O3/SnO2 = 95/5 (Gewichtsprozent), 99,99 %) lagen auf der Seite der Lücke der Proben durch RF Sputtern (HF-Leistung von 1 kW und Druck von 5 mm Hg) mit einer Sauerstoff-Durchflussmenge von 2,2 Sccm.</li>
	<li>Entladen Sie die Proben zu und drehen Sie sie um. Dann benutzen Sie die Mesa-Lochmaske auf die Proben für ITO Mesa Ablagerung.</li>
	<li>75 nm dicken ITO durch RF Sputtern zu hinterlegen. Kaution 200 nm dicken Silber (HF-Leistung von 1 kW und Druck von 8 Torr) für die Finger für Finger-Lochmaske. Kaution 200 nm dicken Silber auf der Seite der Lücke der Proben die Rückenkontakt.</li>
	<li>Tempern der Proben in einem Ofen unter Atmosphärendruck bei 220 ° C.</li>
</ol>

<ol><li>Friedman, D. J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135902861000032X">Progress and challenges for next-generation high-efficiency multijunction solar cells.</a> Current Opinion in Solid State & Materials Science. 14, 131-138 (2010).</li>
<li>Vadiee, E., et al. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8063407/">AlGaSb-Based Solar Cells Grown on GaAs: Structural investigation and device performance.</a> IEEE Journal of Photovoltaics. , (2017).</li>
<li>Wagner, H., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4863464">A numerical simulation study of gallium-phosphide/silicon heterojunction passivated emitter and rear solar cells.</a> Journal of Applied Physics. 115, 044508(2014).</li>
<li>Limpert, S., et al. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6925045/">Results from coupled optical and electrical sentaurus TCAD models of a gallium phosphide on silicon electron carrier selective contact solar cell.</a> 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC). , 836-840 (2014).</li>
<li>Ding, L., et al. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7749989/">On the source of silicon minority-carrier lifetime degradation during molecular beam heteroepitaxial growth of III-V materials.</a> 2016 IEEE 43rd Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). , IEEE. 2048-2051 (2016).</li>
<li>Ding, L., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610216304544">Silicon minority-carrier lifetime degradation during molecular beam heteroepitaxial III-V material growth.</a> Energy Procedia. 92, 617-623 (2016).</li>
<li>Zhang, C., Kim, Y., Faleev, N. N., Honsberg, C. B. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022024817304025">Improvement of GaP crystal quality and silicon bulk lifetime in GaP/Si heteroepitaxy.</a> Journal of Crystal Growth. 475, 83-87 (2017).</li>
<li>García-Tabarés, E., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pip.2703">Evolution of silicon bulk lifetime during III-V-on-Si multijunction solar cell epitaxial growth.</a> Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 24, 634-644 (2016).</li>
<li>Varache, R., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610215008383">Evolution of bulk c-Si properties during the processing of GaP/c-Si heterojunction cell.</a> Energy Procedia. 77, 493-499 (2015).</li>
<li>Ishizaka, A., Shiraki, Y. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/133/4/666.short">Low temperature surface cleaning of silicon and its application to silicon MBE.</a> Journal of The Electrochemical Society. 133, 666(1986).</li>
<li>Zhang, C., Vadiee, E., King, R. R., Honsberg, C. B. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-materials-research/article/carrierselective-contact-gapsi-solar-cells-grown-by-molecular-beam-epitaxy/E5A9209E449CFCF2C4479752764CA400">Carrier-selective contact GaP/Si solar cells grown by molecular beam epitaxy.</a> Journal of Materials Research. 33, 414-423 (2018).</li>
<li>Battaglia, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hole+Selective+MoOx+Contact+for+Silicon+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Hole Selective MoOx Contact for Silicon Solar Cells.</a> Nano Letters. 14, 967-971 (2014).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Eine nominale 25 nm dicke Lücke Schicht wurde epitaktisch auf eine P-reiche Si-Oberfläche über MBE angebaut. Um eine bessere Qualität der Lücke Schicht auf einem relativ niedrigen V/III Si Substraten wachsen ist Verhältnis (P/Ga) vorzuziehen. Ein guter Kristallqualität Lücke Schicht ist notwendig, hohe Leitfähigkeit und niedriger Dichte von Rekombinationszentren zu erreichen. Die AFM Root-Mean-Square (RMS) der Lücke Oberfläche ist ~0.52 nm zeigt eine glatte Oberfläche mit keine Gruben, bezeichnend für hohe Kristallqualit...

Verbesserung der gesamten Solarzelle Wirkungsgrad1,2gab es Bemühungen zur Integration von unterschiedlichen Materialien mit Gitter Fehlanpassungen. Die Integration von III-V/Si hat das Potenzial, weiter die aktuelle Si Solarzelle Effizienz und ersetzen die teuren III-V-Substraten (z. B. GaAs und Ge) mit einem Si-Substrat für Mehrfachsolarzellen Solarzelle Anwendungen. Unter allen III-V binäre Materialsysteme ist Gallium-Phosphid (GaP) ein guter Kandidat für diesen Zweck, da es die kleinste Gitterfehlanpassung (~ 0,4 %) mit Si und eine hohe indirekte Bandlücke hat. Diese Funktionen können qualitativ hochwertige Integration der Lücke mit Si-Substrat. Es hat theoretisch gezeigt, dass GaP/Si Heterojunction Solarzellen die Effizienz der konventionellen passivierte Emitter hinteren Si Solarzellen3,4 steigern könnte, um in den Genuss des einzigartigen Band-Offset zwischen GaP und Si (∆Ev ~1.05 eV und ∆Ec ~0.09 eV). Dies macht Lücke einen vielversprechenden Elektron selektive Kontakt für Silizium-Solarzellen. Um Hochleistungs Lücke/Si Heterojunction Solarzellen zu erreichen, sind jedoch eine hohe Si Bulk Lebensdauer und hochwertige Lücke/Si-Schnittstelle erforderlich.
Während des Wachstums der III-V-Materialien auf einem Si-Substrat Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) und metallorganischen Vapor Phase Epitaxy (MOVPE) hat bedeutende Verminderung der Si-Lebensdauer weit5,6,7, beobachtet 8 , 9. es zeigte sich, dass die Lebensdauer Abbau geschieht hauptsächlich während der thermischen Behandlung von Si-Wafern in den Reaktoren was für Oberfläche Oxid Desorption und/oder Oberfläche Wiederaufbau vor der epitaktische Wachstum10erforderlich ist. Dieser Abbau wurde die extrinsische Diffusion von Verunreinigungen stammten aus den Wachstum Reaktoren5,7zugeschrieben. Verschiedene Ansätze sind vorgeschlagen worden, um dieser Si-Lebensdauer-Abbau zu unterdrücken. In unserer bisherigen Arbeit haben wir zwei Methoden gezeigt, in denen der Si-Lebensdauer-Abbau deutlich unterdrückt werden kann. Die erste Methode zeigte sich durch die Einführung von SiNx als eine Diffusion Barrier7 und die zweite durch die Einführung der P-Diffusionsschicht als ein Gettern Agent11 an das Si-Substrat.
In dieser Arbeit haben wir bewiesen, Hochleistungs-Lücke/Si-Solarzellen auf der Grundlage der genannten Ansätze um Silizium Bulk Lebensdauer Abbau zu mildern. Die Techniken, die Si-Lebensdauer zu bewahren haben breite Anwendungen in Mehrfachsolarzellen Solarzellen mit aktiven Si unteren Zellen und elektronische Geräte wie hochmobile CMOS. In diesem ausführlichen Protokoll werden die Verarbeitungsdetails der Lücke/Si Heterojunction Solar Zellen, einschließlich Si Wafer Reinigung, P-Diffusion in den Ofen, Lücke Wachstum und Verarbeitung, Lücke/Si-Solarzellen vorgestellt.

<table><tbody><tr><td>Wasserstoffperoxid, 30 %</td> <td>Honeywell</td><td>10181019</td><td></td></tr><tr><td>Schwefelsäure, 96 %</td> <td>KMG Electronic Chemicals, Inc.</td><td>64103</td><td></td></tr><tr><td>Salzsäure, 37%</td><td>KMG electronic chemicals, Inc.</td><td>64009</td><td></td></tr><tr><td>Gepuffertes Oxidätzen 10:1</td><td>KMG electronic chemicals, Inc.</td><td>62060</td><td></td></tr><tr><td>Flusssäure, 49 %</td> <td>Honeywell</td><td>10181736</td><td></td></tr><tr><td>Essigsäure</td><td>Honeywell</td><td>10180830</td><td></td></tr><tr><td>Nitridsäure, 69,5 %</td> <td>KMG electronic chemicals, Inc.</td><td></td><td></td>200288</tr></tbody></table>

entwicklung von hochleistungs-lücke/si heterojunction solarzellen

Developing High Performance GaP/Si Heterojunction Solar Cells

Zur Verbesserung der Effizienz von Si-basierte Solarzellen über ihre Shockley-Queisser-Grenze hinaus ist der optimale Pfad mit III-V-basierte Solarzellen integrieren. In dieser Arbeit präsentieren wir Lücke/Si Heterojunction Hochleistungssolarzellen mit einem hohen Si Minderheit-Träger Lebensdauer und hoher Kristallqualität epitaktische Lücke Schichten. Es wird gezeigt, dass durch Anwendung von Phosphor (P)-Diffusionsschichten in das Si-Substrat und eine SündeX Schicht, die Si Minderheit-Träger Lebensdauer kann werden gepflegte während des Wachstums der Lücke in der Molekularstrahl-Epitaxie (MBE). Durch die Kontrolle der Wachstumsbedingungen, wuchs die hohe Kristallqualität Lücke auf der P-reiche Si-Oberfläche. Die Filmqualität ist geprägt von Rasterkraftmikroskopie und hochauflösende Röntgenbeugung. Darüber hinaus MoOx wurde eingeführt, als Loch-selektiven Kontakt, das führte zu einem deutlichen Anstieg der Kurzschluss Stromdichte. Die erreichte hohe Geräteleistung der Lücke/Si Heterojunction Solarzellen stellt einen Weg zur weiteren Verstärkung der Leistung des Si-basierten Photovoltaik-Geräte.

Atomic Force Microscopy (AFM) Bilder und hochauflösende Röntgendiffraktometrie (XRD) Scans, einschließlich der rockenden Kurve in der Nähe (004) Reflexion und der reziproken Raum Karte (RSM) in der Nähe (224) Reflexion, wurden für die Lücke/Si gesammelt. Struktur (Abbildung 1). Die AFM wurde zur Morphologie die Oberfläche der MBE-grown Lücke zu charakterisieren und XRD wurde verwendet, um die Kristallqualität Lücke Ebene zu untersuchen. Die effektive Minderhe...

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um Hochleistungs-Lücke/Si Heterojunction Solarzellen mit einer hohen Si Minderheit-Träger Lebensdauer zu entwickeln.

Entwicklung von Hochleistungs-Lücke/Si Heterojunction Solarzellen

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar ...

Diese Methode kann sagen, beantworten Schlüsselfragen in geschichtet Silizium integrierte Solarzellen Herstellung, wie eine hohe Silizium-Massenlebensdauer während des Wachstums zu halten. Die Hauptvorteile dieses Verfahrens sind, dass wir eine lange Silizium-Massenlebensdauer erreichen können, auch nach heterovalentem Wachstum des selektiven Kontakts des Galliumphosphidträgers auf Silizium. Dies ermöglicht uns den Zugriff auf die Bandlücken anderer III-V-Halbleiter.Es ist eine Form der Multijunction-Solarzelle mit einer Silizium-Bodenzelle. Zu Beginn eine Piranha-Lösung in einem Hochdichte-Polyethylensäure-Heizbad vorbereiten, auf 110 Grad Celsius erhitzen und warten, bis sich die Temperatur stabilisiert. In einem anderen Säurebad eine verdünnte Salzsäure- und Wasserstoffperoxidlösung zur Beseitigung der Ionenkontamination vorbereiten, auf 74 Grad Celsius erhitzen und darauf warten, dass sich die Temperatur stabilisiert.Legen Sie vier Zoll Durchmesser FloatZone Ende Typ doppelseitig poliert Silizium-Wafer in eine saubere Polypropylen Vier-Zoll-Wafer-Kassette. Die Wafer 10 Minuten in Piranha-Lösung einweichen. Dann spülen Sie die Wafer 10 Minuten lang mit entionisiertem Wasser ab und legen Sie sie in eine saubere Kassette.Die Wafer in der ionischen Reinigungslösung 10 Minuten einweichen und dann 10 Minuten lang mit entionisiertem Wasser abspülen. Dann die Wafer in einer gepufferten Oxid-Ätzlösung von 10 bis 1 Ammoniumfluorid zu Flusssäure drei Minuten bei Raumtemperatur einweichen und 10 Minuten lang mit entionisiertem Wasser abspülen. Trocknen Sie die sauberen Wafer unter einem Strom von trockenem Stickstoffgas.Als nächstes legen Sie einen sauberen Wafer in ein Quarzboot und laden Sie ihn in einen Quarzrohrofen, der auf 800 Grad Celsius mit einer Atmosphäre aus fließendem Stickstoffgas erhitzt wird. Rampe den Ofen auf 820 Grad Celsius im Laufe von 20 Minuten. Dann schalten Sie das Trägergas auf Stickstoff, der durch Phosphoroxychlorid bei 1 000 SCCM geblasen wird.Nach 15 Minuten, stoppen Sie den Fluss des Trägergases und rampen den Ofen auf 800 Grad Celsius. Entfernen Sie den Wafer aus dem Ofen und lassen Sie ihn abkühlen. Dann in frisch gepufferte Oxid Ätzlösung für 10 Minuten einweichen, um Phosphorsilikatglas zu entfernen.Spülen Sie den Wafer 10 Minuten lang in entionisiertem Wasser und trocknen Sie ihn mit Stickstoffgas. Kurz vor der Siliziumnitridablagerung den Wafer in einer gepufferten Oxid-Ätzlösung für eine Minute einweichen, um native Oxide zu entfernen. Spülen Sie es in entionisiertem Wasser für 10 Minuten, und trocknen Sie es mit trockenem Stickstoffgas.Legen Sie den Wafer auf einen sauberen monokristallinen Siliziumträger und laden Sie ihn in ein PECVD-Instrument, das mit Silan- und Ammoniakquellen ausgestattet ist. Stellen Sie den Kammerdruck auf 3,5 Torr ein und legen Sie 150 Nanometer Siliziumnitrid auf 3,9 Nanometer pro Sekunde bei 300 Watt HF-Leistung ab. Als nächstes laden Sie den Wafer in ein MBE-Instrument, das mit Gallium-, Phosphor- und Silizium-Ergusszellen ausgestattet ist.Den Wafer in der Einleitenderkammer drei Stunden lang bei 180 Grad Celsius ausgasen. Dann übertragen Sie den Wafer in die Pufferkammer und vergasen Sie ihn bei 240 Grad Celsius für zwei Stunden. Den Wafer in die Wachstumskammer laden und bei 850 Grad Celsius 10 Minuten backen.Danach kühlen Sie den Wafer auf 580 Grad Celsius ab und bereiten die Ergusszellen vor, um die entsprechenden Flussmittel zu erzeugen. Öffnen Sie das Gallium, Phosphor und Silizium schaudern, und wachsen 25 Nanometer Galliumphosphid mit einer unterbrochenen Wachstumsmethode, gefolgt von 121 Sekunden ununterbrochenem Wachstum. Danach die Probe auf 200 Grad Celsius abkühlen und vom Instrument abladen.Als nächstes bedecken Sie die Galliumphosphid-Oberfläche mit einem säurebeständigen Dicing-Band. Den Wafer in etwa 300 Milliliter 49% Flusssäure für fünf Minuten einweichen, um die Siliziumnitridschicht zu entfernen. Entfernen Sie das Band, spülen Sie den Wafer 10 Minuten lang mit entionisiertem Wasser ab und trocknen Sie es unter einem Stickstoffgasstrom.Dann die Galliumphosphid-Oberfläche mit frischem Dicing-Band bedecken. In einem Plastikbecher 500 Milliliter einer Mischung aus Flusssäure, Salpetersäure und Essigsäure zubereiten. Den Wafer vorsichtig in die HNA-Lösung geben und drei Minuten bei Raumtemperatur einweichen lassen.Entfernen Sie das Band, spülen Sie den Wafer mit entionisiertem Wasser und trocknen Sie es mit Stickstoff. Verwenden Sie einen Diamantstift, um den vorbereiteten Wafer in vier Viertel zu schneiden. Legen Sie die Stücke in einen Korb, reinigen Sie sie gründlich in einem Tank mit entionisiertem Wasser und trocknen Sie sie mit Stickstoffgas.Dann die Stücke in einer gepufferten Oxidätzlösung für 30 Sekunden einweichen und mit entionisiertem Wasser und Stickstoffgas abspülen und trocknen. Als nächstes 50 Nanometer amorphes Silizium auf eine Probe ablagern und die Siliziumlebensdauer überprüfen. Legen Sie dann neun Nanometer eines intrinsischen amorphen Siliziums und 16 Nanometer eines p-Typ-Amorphsiliziums mit einem Bordopant auf der nackten Siliziumseite einer zweiten Probe ab.Verwenden Sie bei einer dritten Probe die thermische Verdunstung, um neun Nanometer Molybdänoxid auf der nackten Siliziumseite bei 0,5 Angstroms pro Sekunde bei Raumtemperatur aus einer Molybdäntrioxidquelle abzulagern. Als nächstes legen Sie die amorphen Silizium- und Molybdänoxid-beschichteten Proben in ein HF-Sputternsinstrument, wobei die Galliumphosphidseite nach oben zeigt. Ablagerung 75 Nanometer Indium 10 Oxid, mit einer Sauerstoffdurchflussrate von 2,2 SCCM.Entladen Sie dann die Proben und drehen Sie sie um. Platzieren Sie eine Mesa-Schattenmaske auf jeder Probe. Laden Sie sie wieder in das Instrument und legen Sie weitere 75 Nanometer ITO ab.Entladen Sie die Proben, tauschen Sie die Maske gegen eine Fingerschattenmaske aus und legen Sie 200 Nanometer Silber auf die ITO-Mesa bei einem Kilowatt und acht Torr ab. Drehen Sie die Proben um und legen Sie weitere 200 Nanometer Silber auf der ITO-Galliumphosphidseite als Rückenkontakt ab. Schließlich die Proben in einem Ofen bei 220 Grad Celsius und atmosphärischem Druck anneal.Die Atomkraftmikroskopie zeigte, dass die Galliumphosphidschicht eine wurzelmittlere quadratische Rauheit von etwa 0,52 Nanometern hatte, was auf eine hohe Kristallqualität mit einer geringen Threading-Dislokationsdichte hindeutet. Pendellosung Fransen, die aus dem Doppelkristall Omega beobachtet wurden, waren die Gesteinskurve an der Silizium- und Galliumphosphid 004-Reflexionen mit glatten Schnittstellen konsistent. Die wechselseitige Raumkarte von 224 Defraktionsflecken zeigt kohärente Galliumphosphid- und Siliziumspitzen, was darauf hinweist, dass Galliumphosphid mit guter kristalliner Qualität vollständig auf das Siliziumsubstrat gespannt ist.Die Bildung einer N-Plus-Schicht durch Phosphordiffusion vor Zugabe der Galliumphosphidschicht hielt die Silizium-Massenlebensdauer auf einem Niveau von bis zu Millisekunden. Die Lebensdauer von Galliumphosphid-Silizium betrug etwa 100 Mikrosekunden. Die Geräte wurden entweder mit einer Schicht aus amorphem Silizium oder einer Schicht Aus Molybdänoxid konstruiert.Die interne Quanteneffizienz des Molybdänoxid-Geräts blieb bei niedrigeren Wellenlängen hoch als bei einem amorphen Siliziumgerät, aber es hatte auch eine höhere Reflexion bei niedrigeren Wellenlängen. Für beide Geräte wurde eine vielversprechende Leistung von Solarzellen beobachtet. Die amorphen Silizium- und Molybdänoxid-Geräte wiesen vergleichbare Wirkungsgrade, Leerlaufspannungen und Füllfaktoren auf.Insgesamt schnitt die Molybdänoxidschicht insgesamt besser ab als die amorphe Siliziumschicht. Denken Sie beim Versuch dieses Verfahrens daran, den zweiten Wafer vor dem Laden in die MBE-Kammer so sauber wie möglich zu halten, insbesondere bei der Ablagerung von Siliziumnitrid.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Polykristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen auf Glas werden durch Ablagerung von Bor und Phosphor dotierten Silizium-Schichten durch Kristallisation, Defekt Passivierung und Metallisierung gefolgt hergestellt. Plasmonische Licht-Trapping wird durch Bildung Ag-Nanopartikel auf dem Silizium-Zelloberfläche mit einer diffusen Reflektor was zu ~ 45% Fotostrom Enhancement begrenzt eingeführt.

Polykristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen mit Plasmonische-enhanced Light-Trapping

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von organischen Photovoltaik-Tandembauelementen in einer parallelen Konfiguration unter Umgebungsbedingungen vorgestellt. Diese Geräte verfügen über eine luftverarbeitete, halbtransparente Kohlenstoffnanoröhren-Kathode.

Ambient Verfahren zur Herstellung eines ionisch Gated Carbon Nanotube Gemeinsame Kathode in Tandem Organische Solarzellen

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.

Erstellen Rekordeffizienz SnS Solarzellen durch thermische Verdampfung und Atomic Layer Deposition

Die Herstellung von kontrastreichen Gittern als paralleles spektrumspaltendes dispersives Element in einer konzentrierten Photovoltaikanlage wird demonstriert. Herstellungsprozesse wie Nanoimprint-Lithographie, TiO2-Sputtern und reaktives Ionenätzen werden beschrieben. Die Ergebnisse der Reflexionsmessung werden zur Charakterisierung der optischen Leistung verwendet.

Herstellung von High Contrast Roste für die Spectrum Splitting dispersives Element in einer konzentrierten Photovoltaik-Anlage

Eine praktikable Transferdruck-basierte Methode zur Einführung plasmonischer Metallnanostrukturen in Solarzellen wird beschrieben.  Unter Verwendung von Nanosäulen-Poly(dimethylsiloxan)-Stempeln wurde ein Ag-basiertes geordnetes Nanodisk-Array in standardmäßige hydrierte mikrokristalline Si-Solarzellen integriert, was zu einer verbesserten Geräteleistung aufgrund des plasmonischen Lichteinfangs führte.

Integration of Light Trapping Silber-Nanostrukturen in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells durch Transferdruck

Hier präsentieren wir ein Protokoll für die Synthese von Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O - Hetero in Freiluft bei niedriger Temperatur über Atmosphärendruck räumliche Atomlagenabscheidung (AP-SALD) Zn 1-x Mg x O auf Kupferoxid. Solche hochwertige konforme Metalloxide können durch dieses billig und skalierbares Verfahren auf einer Vielzahl von Substraten, einschließlich Kunststoffen gezüchtet werden.

Verbesserte Qualität Hetero in Cu<sub&gt; 2</subSolarzellen durch die Optimierung der Atmosphärendruck Spatial Atomic Layer&gt; O-basierte Hinterlegt<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; x</sub&gt; O

Hier präsentieren wir ein Protokoll organischen Dünnschicht-Solarzellen herzustellen mit einem Minischlitzdüsenbeschichtungsvorrichtung und der damit verbundenen In-line-Struktur Charakterisierungen Synchrotron Streuung Techniken.

Printing Herstellung von Bulk-Heterosolarzellen und In Situ Morphologie Charakterisierung

Verfahren zur voll bedruckbar, fullerenfreie, hochluftstabile, bulk-Heterojunction-Solarzellen auf Basis von Ti-Alkoxide als Elektronenakzeptor und dem elektronenschiebenden Polymerherstellung wird hier beschrieben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Bestimmung der Morphologie der photoaktiven Schicht durch die molekulare Sperrigkeit der Ti-Alkoxid-Einheiten steuert berichtet.

Morphologie-Steuerung für Volldruck organisch-anorganische Masse-Heterosolarzellen Basierend auf einem Ti-Alkoxid und halbleitendes Polymer

Wir präsentieren eine umfangreiche Studie über die Auswirkungen verschiedener Herstellungsverfahren für organische / anorganische Perowskit dünnen Schichten durch Kristallstrukturen zu vergleichen, Dichte, Energieniveaus, und letztlich die Leistung der Solarzelle.

Einfluss von Hybrid Perowskit-Herstellungsverfahren auf Filmbildung, Elektronische Struktur und Leistung der Solarzelle

Diese Arbeit beschreibt den kompletten Herstellungsprozess von dünnabsorbierten Cadmiumselselentellurid/Cadmiumtellurid-Photovoltaikgeräten für eine höhere Effizienz. Das Verfahren nutzt ein automatisiertes Inline-Vakuumsystem zur Nahraumsublimationsablagerung, das skalierbar ist, von der Fertigung von kleinräumigen Forschungsgeräten bis hin zu großflächigen Modulen.

Nahraumsublimations-Deposited Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Solar cells für verbesserte Kurzschlussstromdichte und Photolumineszenz

Dieses Papier ist eine Demonstration und eine Richtlinie zur Durchführung und Analyse interner (mit einem Labor-Röntgeninstrument) in situ GISAXS-Experimente zur Trocknung von Tinten auf Roll-to-Roll-Slot-Die-beschichteten, nicht-fullerene organischen Photovoltaikanlagen.

In situ Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering on Roll-To-Roll Coating of Organic Solar Cells with Laboratory X-ray Instrumentation

Erfahren Sie die Herstellung von GaP/Si-Heteroübergangssolarzellen mit hoher Silizium-Minoritätsladungsträgerlebensdauer. Dieses Protokoll ermöglicht effiziente Multijunction-Solarzellen für erneuerbare Energien.

Entwicklung von Hochleistungs-Lücke/Si Heterojunction Solarzellen

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