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

Die Zugabe von Cadmiumselentellurid zu Cadmiumtelluridabsorbern ist signifikant für die Verbesserung der Photovoltaik-Effizienz. Höhere Effizienzundziele und Materialeinsparungen durch ultradünne Schichten fördern die Entwicklung von Photovoltaik und erneuerbaren Energien. Die Hauptvorteile der automatisierten Nahraum-Sublimationsablagerung oder CSS sind, dass die Nahraumsublimation schnell ist und die automatisierte Abscheidung die Reproduzierbarkeit über alle Geräte hinweg gewährleistet.

Die Nahraumsublimation stellt eine der Herausforderungen bei der Abscheidung von Filmabsorbern für Solarzellen. Die Herausforderung besteht darin, dass es ziemlich langsam sein kann, dünne Filme zu deponieren, so dass die Nahraumsublimation es uns ermöglicht, dies schneller zu tun und daher mehr Solarzellen an einem Tag herzustellen. Diese Abscheidungsmethode ist auch für andere Dünnschichtablagerungen sehr nützlich, da eine atmosphärische Exposition oft nicht wünschenswert ist.

Wie bei jedem Fertigungssystem ist eine anfängliche Aufsicht durch einen erfahrenen Benutzer sehr ratsam. Da die Herstellung dieser Bilayer-Absorber-Photovoltaikgeräte viele Schritte erfordert, ist die Visualisierung der Probe nach jeder Stufe entscheidend, um zu verstehen, welche visuellen Filmqualitäten erforderlich sind. Beginnen Sie mit einem Handluftgebläse, um Staubpartikel von einem sauberen transparenten, leitoxidbeschichteten Substrat, das mit permanentem Marker gekennzeichnet ist, sanft zu entfernen, und verwenden Sie eine Gummi-Kipp-Pinzette, um das saubere Substrat auf den Probenhalter zu laden, das die oxidleitende Seite nach unten durchführt.

Wenn die Lastschlosstür geschlossen ist, pumpen Sie die Lastsperre nach unten, bis das Lastschloss-Druckmessgerät unter fünf mal 10 auf die negative Zweitorr liest und die Lastverriegelungspumpe ausschaltet. Schalten Sie das Lastschlosstor und warten Sie, bis der Druck erhöht ist, bevor Sie den Transferarm manuell einsetzen, so dass die Probe über der geschlossenen Kathode sitzt. Stellen Sie die gewünschte Abschaltzeit auf einem Timer ein und beginnen Sie mit dem Timing, wenn der Verschluss manuell geöffnet wird.

Schließen Sie sofort den Verschluss, wenn der Timer ausgeht, und ziehen Sie den Transferarm vollständig zurück, bevor Sie das Lastschlosstor schließen und die Probe entladen. Um die Magnesium-Zinkoxid-Abscheidungsrate zu erhalten, verwenden Sie einen in Methanol getauchten Baumwoll-Kippapplikator, um den Marker aus der Zeugenprobe zu entfernen und die Dicke mit einem Profilometer zu messen. Für die Nahraumsublimation der Absorberschichten stellen Sie die oberen und unteren Quellen im Abscheidungssystem mit einem Temperaturdifferenzial für die richtige Materialsublimation ein.

Verwenden Sie ein Handluftgebläse, um Staubpartikel aus dem sauberen Magnesium-Zinkoxid und dem transparentleitenden oxidbeschichteten Substrat vorsichtig zu entfernen und das saubere Substrat auf die Magnesium-Zinkoxid-Seite des Probenhalters nach unten zu laden. Nach dem Schließen der Lastschlosstür schalten Sie den Lastschloss-Schruppschalter ein, um das Lastschloss herunterzupumpen. Während des Abpumpens, setzen Sie die Ablagerung Rezept für die Cadmium Telluride Zeuge Probe auf 110 Sekunden verweilen Zeit in der Vorwärmquelle, um das Glas auf etwa 480 Grad Celsius zu erhöhen, 110 Sekunden in der Cadmiumtelluridquelle für Cadmiumtelluridabscheidung, 180 Sekunden in der Cadmiumchloridquelle zur Passivierung des polykristallinen Cadmiumtellurids, 240 Sekunden in der Nealquelle, um das Cadmiumchlorid in den Absorber zu treiben und 300 Sekunden in der Kühlquelle.

Wenn das Lastschloss unter 40 Millitorr abgepumpt wird, öffnen Sie das Torventil und starten Sie das Abscheidungsrezept in der Software. Der Transferarm bewegt sich automatisch in die voreingestellten Positionen, die nach Abschluss in die Heimposition zurückkehren. Wenn die Abscheidung abgeschlossen ist, entlüften Sie das Lastschloss in die Atmosphäre und öffnen Sie die Ladeschlosstür.

Wenn die Probe kühl genug ist, um sie zu handhaben, entfernen Sie sie mit einem fusselfreien Tuch. Verwenden Sie entionisiertes Wasser, um den sichtbaren Cadmiumchloridrückstand von der Filmoberfläche in ein abgestuftes Becherglas zu spülen und den Film mit komprimiertem Stickstoff zu trocknen. Verwenden Sie dann eine Rasierklinge, um eine kleine Fläche von Cadmiumtelluridmaterial vom Substrat abzukratzen und verwenden Sie ein Oberflächenprofilometer, um die Cadmiumtelluridfilmdicke zu messen, um die Abscheidungsrate zu bestimmen.

Wenn der Druck des Lastschlosses unter 40 Millitorr liegt, führen Sie ein Bakeoff-Rezept in der Software aus. Wenn das Backoff abgeschlossen ist, legen Sie das Abscheidungsrezept für die Cadmiumsel-Tellurid-Zeugenprobe fest, um die Dicke zu bestimmen. Legen Sie 140 Sekunden Verweilzeit in der Vorwärmquelle fest, um das Glas auf etwa 540 Grad Celsius, 300 Sekunden in der Cadmiumsel-Tellurid-Quelle für Cadmiumsel-Tellurid-Abscheidung und 300 Sekunden in der Kühlquelle zu erhöhen.

Wenn der Druck der Lastsperre unter 40 Millitorr liegt, führen Sie das Abscheidungsrezept aus. Wenn die Cadmiumsel-Tellurid-Filmabscheidung abgeschlossen ist, entladen Sie die gekühlte Probe mit einem fusselfreien Tuch und kratzen Sie einen kleinen Materialabschnitt ab, um die Cadmiumsel-Tellurid-Abscheidungsrate mit einem Profilometer zu bestimmen, wie zuvor gezeigt. Um einen 1,5-Mikron-Einzel-Cadmium-Tellurid-Absorber herzustellen, legen Sie das Abscheidungsrezept auf Basis der Cadmiumtellurid-Abscheidungsrate und einer Cadmiumchlorid-Behandlung fest, die zuvor für ultradünne Absorber optimiert wurde.

Verwenden Sie eine Vorwärmzeit von 110 Sekunden, eine Cadmiumtellurid-Verweilzeit von 60 Sekunden, eine Cadmiumchlorid-Verweilzeit von 150 Sekunden und eine Anealzeit von 240 Sekunden und eine Abkühlzeit von 300 Sekunden. Wenn der Lastverriegelungsdruck unter 40 Millitorr liegt, öffnen Sie das Lastschloss-Gate-Ventil und wählen Sie Start. Das Programm führt automatisch das ausgewählte Abscheidungsrezept aus, das nach Abschluss des Kühlschritts in die Heimatposition zurückkehrt.

Zur Herstellung eines 0,5 Mikron Cadmiumseltellurids und 1,0 Mikron Cadmiumtellurid-Bilayer-Absorbers, Stellen Sie das Abscheidungsrezept auf der Grundlage der Absorberabscheidungsrate mit einer Vorwärmzeit von 140 Sekunden, einer Cadmiumselentellurid-Verweilzeit von 231 Sekunden, einer Cadmiumtellurid-Verweilzeit von 50 Sekunden, einer Cadmiumchlorid-Verweilzeit von 150 Sekunden, einer Annealzeit von 240 Sekunden und eine Abkühlzeit von 300 Sekunden. Wenn der Druck der Lastsperre unter 40 Millitorr erreicht wird, führen Sie das Abscheidungsrezept aus. Entladen Sie dann die Probe nach Rezepturabschluss und Probenkühlung, wie gezeigt.

Wenn die obere und die untere Quelle die Betriebstemperatur erreicht haben, laden Sie die Probe auf den Probenhalter und bewegen Sie den Transferarm sequenziell in die Vorwärm-Kupferchlorid- und Nealpositionen gemäß einem Timer, der für die Abscheidungszeit jeder Position eingestellt ist. Das Kupferrezept in diesem Protokoll wurde für 1,5-Mikron-Geräte optimiert. Wenn der letzte Timer ausgeht, geben Sie den Transferarm manuell in die Home-Position zurück und schließen Sie das Lastschloss-Gate-Ventil.

Zur Verdunstungsabscheidung von dünnem Tellur die Probenfilmseite auf den Probenhalter laden und die Kammeroberseite schließen. Bewegen Sie den Hebel manuell in die Schruppposition. Wenn der Druck unter 10 Millitorr fällt, drehen Sie den Hebel zurück in die Vorderlinie und warten Sie etwa 30 Sekunden, bis eine momentane Druckspitze gelöst wird, bevor sie das Hochvakuumventil öffnet.

Wenn der Kammerdruckleser ausgestiegen ist, ist der richtige Abscheidungsdruck von einem mal 10 auf den negativen fünften Torr erreicht. Schalten Sie den Netzschalter ein, öffnen Sie den Verschluss, und schalten Sie die Stromsteuerung ein, um mit der Abscheidung zu beginnen. Wenn das Quarzkristallmonitor-Display die gewünschte Tellurdicke anzeigt, drehen Sie den Strom schnell und gleichzeitig auf Null, schalten Sie den Netzschalter aus und schließen Sie den Verschluss.

Schütteln Sie vor dem Auftragen des Lackrückkontakts die Rückenkontaktlösung, um eine vollständige Vermischung zu gewährleisten. Sprühen Sie die Lösung in langsamer seitlicher Bewegung über die Probe, um einen gleichmäßigen Nickelrückkontakt auf die Probe aufzutragen. Nachdem der Rückenkontakt leicht trocknen kann, wiederholen Sie die Anwendung so oft wie nötig für eine vollständige Abdeckung.

Um die dünnschichtige Struktur in elektrisch beschreibbare Geräte zu verschließen, legen Sie die in eine Metallmaske geladene Probe in eine Handschuhbox und verwenden Sie einen Siphonschlauch, um Glasperlenmedium auf die unmaskierten Teile der Probe aufzutragen. Wiederholen Sie die Anwendung mit einer zweiten Maske, so dass nach Abschluss der Abgrenzung 25 quadratische Kleinflächengeräte in einem Fünf-mal-Fünf-Muster auf der Probe angezeigt werden. Dann reinigen Sie die Filmseite der Proben mit einem Baumwolle gekippt Applikator in deionisiertem Wasser getaucht.

Um den seitlichen Widerstand bei elektrischen Messungen der fertigen Geräte zu minimieren, löten Sie ein Gittermuster zwischen den Geräten mit einem Indiumlöt. Die Zugabe von Cadmiumselururid zu einem dünnen Cadmiumtelluridabsorber verbessert die Geräteeffizienz durch überlegene Absorbermaterialqualität, die durch höhere Photolumineszenz und länger gelöste Photolumineszenzzerfallslebensdauer nachgewiesen wird. Höhere Effizienzen werden auch bei höherer Kurzschlussstromdichte erreicht.

Die Abwärtsverschiebung in der Lichtstromdichtespannungskurve entlang der Stromdichteachse entspricht einer Erhöhung der Kurzschlussstromdichte für das leistungsstärkste Bilayer-Absorbergerät im Vergleich zur leistungsstärksten Einzel-Cadmiumtelluridenabsorbervorrichtung. Quanteneffizienzmessungen der Cadmiumtellurid- und Cadmiumseltellurid-/Cadmiumtellurid-Geräte zeigen die zusätzliche Photonenumwandlung im langen Wellenlängenbereich des Zweischichtgeräts und bestätigen die Erhöhung der Kurzschlussstromdichte für dieses Gerät. Wie wichtig es ist, das Cadmiumseltellurid zum Cadmiumtelluriddickenverhältnis zu optimieren, zeigt ein Vergleich der Stromdichtespannungsergebnisse.

Die Daten für ein Verhältnis von 0,5 bis 1,0 Mikrometern und ein Verhältnis von 1,25 bis 0,25 Mikrometern zeigen einen signifikanten Knick in letzterem nicht optimalen Gerät und eine daraus resultierende Abnahme der Photovoltaikeffizienz. Das Wichtigste ist, dass das Dickenverhältnis zwischen der Cadmiumseltellurid und der Cadmiumtellurid ist zwingend für eine respektable Geräteleistung und sollte für jede Doppelschicht-Absorberdicke optimiert werden. Nach diesem Verfahren kann eine zusätzliche Materialschicht nach der Bilayer abgelagert werden, um als Elektronenreflektor zu fungieren.

Die Einführung dieser Schicht kann das Spannungsdefizithindernis in Cadmiumtellurid-basierten Geräten minimieren. Die Einbindung einer Cadmiumsel-Tellur-Legierung in die zweischichtigen Solarzellen war nicht nur für die Solarzellen nützlich, sondern auch für die Entwicklung der Eigenschaften dieser Legierung in andere Photovoltaik-Anwendungen. Cadmiumverbindungen können gefährlich sein.

Wenn wir solche Verbindungen verwenden und wenn wir die Rückstände aus den Folien spülen, ist es wichtig, Handschuhe, einen Labormantel, zu tragen und dann geeignete Verfahren zur Entsorgung der gefährlichen Abfälle zu verwenden.