Células solares Ultra-Thin CdSeTe/CdTe depositadas en el espacio cercano para mejorar la densidad de corriente de cortocircuito y la fotoluminiscencia

Resumen

Este trabajo describe el proceso completo de fabricación de dispositivos fotovoltaicos de temidio de selenio de cadmio delgado para una mayor eficiencia. El proceso utiliza un sistema de vacío en línea automatizado para la deposición de sublimación de espacio cercano que es escalable, desde la fabricación de dispositivos de investigación de área pequeña, así como módulos a gran escala.

Resumen

Los avances en las arquitecturas de dispositivos fotovoltaicos son necesarios para hacer de la energía solar una fuente rentable y fiable de energía renovable en medio de las crecientes demandas energéticas mundiales y el cambio climático. La tecnología CdTe de película delgada ha demostrado la competitividad de los costos y el aumento de la eficiencia debido en parte a los tiempos de fabricación rápidos, el uso mínimo de material es decir, la introducción de una aleación CdSeTe en una capa absorbente de 3 m. Este trabajo presenta la fabricación de sublimación de espacio cercano de dispositivos bicapa CdSeTe/CdTe delgados de 1,5 m utilizando un sistema automatizado de deposición de vacío en línea. La delgada estructura bicapa y la técnica de fabricación minimizan el tiempo de deposición, aumentan la eficiencia del dispositivo y facilitan el desarrollo futuro de la arquitectura de dispositivos basados en absorbentes delgados. Tres parámetros de fabricación parecen ser los más impactantes para optimizar los dispositivos absorbentes delgados CdSeTe/CdTe: temperatura de precalentamiento del sustrato, relación de espesor CdSeTe:CdTe y pasivación CdCl_2. Para una sublimación adecuada del CdSeTe, la temperatura del sustrato antes de la deposición debe ser de 540 oC (superior a la de CdTe) controlada por el tiempo de permanencia en una fuente de precalentamiento. La variación en la relación de espesor CdSeTe:CdTe revela una fuerte dependencia del rendimiento del dispositivo en esta relación. Los espesores óptimos del absorbedor son de 0,5 m CdSeTe/1,0 m de CdTe, y las relaciones de espesor no optimizadas reducen la eficiencia a través de efectos de barrera inversa. Los absorbedores delgados son sensibles a la variación de pasivación de CdCl_2; un tratamiento cdCl₂ mucho menos agresivo (en comparación con los absorbedores más gruesos) con respecto a la temperatura y el tiempo produce un rendimiento óptimo del dispositivo. Con condiciones de fabricación optimizadas, CdSeTe/CdTe aumenta la densidad de corriente de cortocircuito del dispositivo y la intensidad de la fotoluminiscencia en comparación con el CdTe de un solo absorbedor. Además, un sistema de deposición de vacío de sublimación de espacio cerrado en línea ofrece reducción de material y tiempo, escalabilidad y logro de futuras arquitecturas de absorbedor ultrafino.

Introducción

La demanda mundial de energía se está acelerando rápidamente, y el año 2018 demostró el más rápido ( 2,3%) tasa de crecimiento en la última década¹. Junto con una creciente conciencia de los efectos del cambio climático y la quema de combustibles fósiles, la necesidad de energía sabastecada, limpia y renovable se ha vuelto muy clara. De las muchas fuentes de energía renovables, la energía solar es distintiva por su potencial total, ya que la cantidad de energía solar que llega a la tierra supera con creces el consumo energético mundial².

Los dispositivos fotovoltaicos (PV) convierten directame....

Protocolo

ADVERTENCIA: Se deben usar guantes al manipular sustratos para evitar la contaminación de la película y el contacto entre material y piel. Este proceso de fabricación requiere el manejo de estructuras que contienen compuestos de cadmio; por lo tanto, se debe usar una capa de laboratorio y guantes en el laboratorio en todo momento.

1. Limpieza de sustratos

1. Coloque los sustratos de vidrio recubiertos con TCO (9,1 cm x 7,8 cm) en un bastidor de acero inoxidable con un amplio espacio para que la solución de limpieza y el aire comprimido se puedan aplicar a cada cara de vidrio.
2. Soplar cualquier polvo de los sustratos usando u....

Resultados

La adición de CdSeTe a un absorbedor CdTe delgado mejora la eficiencia del dispositivo a través de una calidad de material absorbente superior y una mayor densidad de corriente de cortocircuito (J_SC). La Figura 3A y la Figura 3B, (adaptada de Bothwell et al.⁸) muestran PL y TRPL, respectivamente, para el absorbedor único CdTe y los dispositivos absorbentes bicapa CdSeTe/CdTe. Las mediciones PL y TRPL muestran claramente una fot.......

Discusión

Los dispositivos fotovoltaicos Delgados CdSeTe/CdTe demuestran mejoras en la eficiencia en comparación con sus homólogos DeCd debido a una mejor calidad del material y al aumento de la recolección actual. Estas eficiencias mejoradas se han demostrado en absorbentes bicapa superiores a 3 m^5,7, y ahora con condiciones de fabricación optimizadas, se ha demostrado que el aumento de la eficiencia también es alcanzable para los absorbedores bicapa más delgados, de 1,5 .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Perfilómetro de superficie Alpha Step	Tencor Instruments	10-00020	Instrumento para medir el espesor de la película
CdCl2 Material	5N Plus	N/A	Material para el tratamiento de pasivación del absorbedor
CdSeTe Material semiconductor	5N Plus	N/A	Material semiconductor de tipo P para la capa absorbente
CdTe Material semiconductor	5N Plus	N/A	Material semiconductor tipo P para capa absorbente Generador de
energía CESAR RF Generador de energía	avanzado	61300050	Generador de energía para deposición por pulverización catódica de MgZnO
Material CuCl	Sigma Aldrich	N/A	Material para dopaje de absorbentes
Material de delineación	Kramer Industries Inc.	Melamina Tipo 3 Malla 60-80	Material de reborde de plástico para la delineación de la película
Caja de guantes Vaniman	Manufacturing Co.	Problast 3	Caja de guantes para la delineación de la película Cristal de
oro	Kurt J. Lesker Company	KJLCRYSTAL6-G10	Cristal para monitor de espesor de evaporación
de Te HVLP y kit de pistola de pulverización de alimentación por gravedad estándar	Husky	HDK00600SG	Pistola de pulverización aplicadora para la aplicación de contacto posterior de pintura
Ni MgZnO Sputter Target	Plasmaterials, Inc.	PLA285287489	Tipo N Material de la capa del emisor
Micro 90 Solución de limpieza de vidrio	Cole-Parmer	EW-18100-05	Solución para la limpieza inicial
del vidrio NSG Tec10 Sustratos Pilkington		N/A	Vidrio de óxido conductor transparente para contacto eléctrico frontal
Super Shield Ni Recubrimiento conductor	MG Chemicals	841AR-3.78L	Pintura conductora para capa de contacto trasero
Te Material	Sigma Aldrich MKBZ5843V		Material para la capa de contacto posterior
Monitor de espesor	R.D. Mathis Company	TM-100	Instrumento para la programación y monitorización de las condiciones de evaporación
Te Diluyente 1	MG Chemicals	4351-1L	Diluyente de pintura para mezclar con Ni para la capa de contacto
posterior Limpiador ultrasónico 1	L & R Electronics	Q28OH	Limpiador ultrasónico 1 para la limpieza de cristales
Limpiador ultrasónico 2	Ultrasonic Clean	100S	Limpiador ultrasónico 2 para la limpieza
de cristales Espectrómetro UV/VIS Lambda 2	PerkinElmer		Espectrómetro 166351 utilizado para mediciones de transmisión en películas de CdSeTe