De silicio policristalino película delgada de células solares con plasmónica mejorada luz que atrapa

El objetivo general del siguiente experimento es demostrar cómo la dispersión de la luz por nanopartículas plasmónicas mejora la captura de luz en células solares de película delgada y mejora su rendimiento. Esto se logra depositando una película de plata precursora en la superficie posterior de la célula solar de película delgada y luego arrodillándola para fabricar una matriz de nanopartículas de plata aleatorias de dispersión de luz. Como segundo paso, la célula solar con una matriz de nanopartículas se recubre con una capa dieléctrica de fluoruro de magnesio seguida de una pintura blanca para agregar un reflector trasero difuso, que captura la luz transmitida a través de la matriz de nanopartículas Para mejorar aún más la fotocorriente de la célula, la luz que ingresa a la célula solar y que no se absorbe en el primer paso, se dispersa de nuevo a las células tanto por la matriz de nanopartículas como por el reflector difuso trasero en ángulos oblicuos, lo que aumenta el grosor de la célula óptica y, por lo tanto, mejora la absorción de la luz. Se obtienen resultados que muestran que la corriente de cortocircuito de la célula solar aumenta en un 45% en presencia del reflector de dispersión de luz plasmónica.

La principal ventaja de esta técnica de un enfoque convencional de captura de luz basado en el texturizado es que se puede aplicar a dispositivos de planificación y completamente fabricados, evitando así complicaciones imposibles debido a defectos relacionados con la textura o incompatibilidad con los procesos de fabricación de dispositivos. Aunque este método se aplica a las células del síndrome del silicio cristalino, también se puede aplicar a otros tipos de células solares y dispositivos optoelectrónicos para mejorar su rendimiento, como las células de película amorosa, de silicio y microm, las células solares orgánicas e incluso los diodos emisores de luz. Comience este protocolo con la fabricación de células solares de silicio policristalino como se describe en el protocolo escrito que acompaña a este video.

Esta vista de cerca de una celda resultante del proceso de fabricación de dos semanas de duración muestra la superficie de silicio de la celda entre el patrón de metalización donde se formarán las nanopartículas de silicio. Sople la superficie de la celda metalizada con nitrógeno seco para eliminar el polvo y cargue la muestra en un evaporador térmico que contenga un bote de tungsteno lleno de 0,3 a 0,5 gramos de gránulos de plata. Bombee hacia abajo la cámara del evaporador hasta la presión base de dos a tres por 10 hasta el programa Tor Next menos cinco.

El monitor de cristal de cuarzo abreviado QCM con parámetros para plata. Asegúrese de que el obturador de muestras esté cerrado y encienda el calentador de barco de tungsteno. Aumente la corriente lo suficientemente lentamente como para evitar un aumento de presión por encima de ocho en 10 hasta menos cinco tor hasta que los gránulos de plata se derritan como se observa a través de una ventana gráfica Después de que la presión se estabilice, ajuste la corriente al punto de ajuste que corresponda a la tasa de deposición de plata de 0,1 a 0,2 angstroms por segundo.

Abra el obturador para iniciar el proceso de deposición. Un aspecto crítico en la fabricación de un reflector mono plus es controlar con precisión el grosor de la película de plata y las condiciones de la rodilla. Para formar las matrices de nanopartículas de mejor rendimiento.

Controle el espesor creciente de la película de plata usando QCM y cierre el obturador cuando se alcance un grosor de 14 nanómetros, deje que el bote de tungsteno se enfríe durante unos 15 minutos y luego descargue la muestra, la celda con una película de plata recién depositada se coloca en un horno purgado con nitrógeno precalentado a 230 grados Celsius y se arrodilla durante 50 minutos. Después de arrodillarse, se observa un cambio en la apariencia de la superficie debido a la presencia de nanopartículas. El reflector trasero consta de un revestimiento dieléctrico de fluoruro de magnesio de aproximadamente 300 nanómetros de espesor con una capa de pintura blanca comercial para techos.

Antes de fabricar el reflector trasero, proteja los contactos de las celdas aplicando tinta de marcador negro sobre ellos. Esto permite la exposición de los contactos desde debajo del dieléctrico mediante un proceso de despegue. Utilice una pistola de nitrógeno para soplar la matriz de nanopartículas y los contactos pintados para eliminar el polvo.

Utilice una presión moderada de nitrógeno para evitar eliminar las nanopartículas adheridas semanalmente. Coloque la muestra en el evaporador térmico que contiene un bote de tungsteno lleno de magnesio. Piezas de flúor.

Bombee el evaporador a una presión de dos a tres por 10 hasta el conjunto de menos cinco tor. Los parámetros QCM para el fluoruro de magnesio aseguran que el obturador de la muestra esté cerrado y encienda el bote. El calentador aumenta lentamente la corriente para evitar una presurización excesiva hasta que el fluoruro de magnesio se derrita como se ve a través de una ventana gráfica.

Después de que la presión se estabilice, ajuste la corriente al punto de ajuste que corresponda a la tasa de deposición de fluoruro de magnesio de 0,3 nanómetros por segundo y abra el obturador de muestra. Controle el espesor depositado con QCM y cierre el obturador cuando se alcancen los 300 nanómetros, apague el calentador después de que el bote de tungsteno se enfríe durante unos 15 minutos, descargue la muestra. Observe el cambio en la apariencia de la celda con el revestimiento de fluoruro de magnesio.

Para quitar la máscara de tinta de los contactos de la celda, sumerja la celda con el revestimiento dieléctrico en acetona. Espere hasta que el dieléctrico sobre la tinta comience a agrietarse y levantarse. Mantenga la celda en acetona hasta que se elimine toda la tinta con el dieléctrico y los contactos metálicos estén completamente expuestos.

Retire la muestra de acetona. Pruebe con una pistola de nitrógeno. Aplique una capa de pintura blanca con un pincel fino y suave sobre toda la superficie de la celda.

Evitando cuidadosamente los contactos metálicos, la capa de pintura debe ser lo suficientemente gruesa como para ser completamente opaca para que no se pueda ver la luz al mirar a través de la celda pintada a una fuente de luz brillante, deje que la pintura se seque durante un día. La corriente de cortocircuito de la célula solar se calcula integrando la eficiencia cuántica externa o curva EQE sobre el espectro solar global estándar. Tanto la corriente de la célula como su mejora debido a la captura de luz dependen del grosor de la capa absorbente de la célula.

La corriente en sí es mayor para las celdas más gruesas, pero la mejora de la corriente es mayor para los dispositivos más delgados. Las celdas originales de dos micras de espesor sin atrapamiento de luz tienen una densidad de corriente de cortocircuito medida a aproximadamente 15 miliamperios por centímetro cuadrado con reflector trasero difuso. La corriente puede ser de alrededor de 20 miliamperios por centímetro cuadrado o de 25 a 31% más alta después de la fabricación de una matriz de nanopartículas en la superficie de la celda trasera.

La densidad de corriente de cortocircuito aumenta hasta aproximadamente 20 miliamperios por centímetro cuadrado, lo que representa una mejora del 32%, ligeramente mejor que el efecto de mejora del reflector trasero difuso. Solo después de agregar el reflector difuso trasero en el revestimiento de fluoruro de magnesio a la celda con la matriz de nanopartículas plasmónicas, la densidad de corriente de cortocircuito aumenta aún más a 22,3 miliamperios por centímetro cuadrado o aproximadamente un 45% de mejora. Tenga en cuenta que para la celda de tres micras de grosor, todas las corrientes son más altas hasta 25,7 miliamperios por centímetro cuadrado, mientras que la mejora relativa es ligeramente menor, al 42%La captura de luz tiene un efecto relativamente mayor en dispositivos más delgados una vez dominados.

Este procedimiento se puede realizar en cuatro o cinco horas si se realiza correctamente. Excluyendo, se une la pintura reflectante que tardará alrededor de 12 horas y temperatura ambiente. Después de ver este video, debería tener una buena idea de cómo funciona la captura de arcilla plasmónica para las células solares.

Además, debe tener una buena comprensión de cómo fabricar un reflector de dispersión plasmónico en las células solares para mejorar la captura de luz en la fotocorriente de la célula.