Name: Células solares Ultra-Thin CdSeTe/CdTe depositadas en el espacio cercano para mejorar la densidad de corriente de cortocircuito y la fotoluminiscencia (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-03-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 21 s
Description: Aprende a fabricar células solares CdSeTe/CdTe ultradelgadas mediante sublimación en espacio cercano automatizado. Este método escalable mejora la eficiencia fotovoltaica y acelera la producción de dispositivos de energía renovable.

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Los autores quieren agradecer al profesor W.S. Sampath por el uso de sus sistemas de deposición, Kevan Cameron por el apoyo del sistema, el Dr. Amit Munshi por su trabajo con células bicapa más gruesas y material de archivo suplementario del sistema automatizado de deposición de vacío CSS en línea, y el Dr. Darius Kuciauskas para la ayuda con las mediciones TRPL. Este material se basa en el trabajo apoyado por la Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables (EERE) del Departamento de Energía de los Estados Unidos en virtud del Acuerdo de La Oficina de Tecnologías de Energía Solar (SETO) Número DE-EE0007543.

<ol><li>Global energy demand rose by 2.3% in 2018, its fastest pace in the last decade. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.iea.org/newsroom/news/2019/march/global-energy-demand-rose-by-23-in-2018-its-fastest-pace-in-the-last-decade.html">https://www.iea.org/newsroom/news/2019/march/global-energy-demand-rose-by-23-in-2018-its-fastest-pace-in-the-last-decade.html</a> (2019).</li>
<li>Morton, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solar+energy%3A+A+new+day+dawning%3F%3A+Silicon+valley+sunrise%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Solar energy: A new day dawning?: Silicon valley sunrise.</a> Nature. 443 (7107), 19-22 (2006).</li>
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<li>Fiducia, T. A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+role+of+selenium+in+defect+passivation+for+highly+efficient+selenium-alloyed+cadmium+telluride+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Energy%22%5BJournal%5D)">Understanding the role of selenium in defect passivation for highly efficient selenium-alloyed cadmium telluride solar cells.</a> Nature Energy. 4, 504-511 (2019).</li>
<li>Swanson, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+vacuum+chamber+with+multiple+close+space+sublimation+sources+to+fabricate+CdTe+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+and+Technology+A%22%5BJournal%5D)">Single vacuum chamber with multiple close space sublimation sources to fabricate CdTe solar cells.</a> Journal of Vacuum Science and Technology A. 34, 021202(2016).</li>
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<li>Abbas, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cadmium+chloride+assisted+re-crystallization+of+CdTe%3A+the+effect+of+annealing+over-treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+40th+IEEE+PVSC%22%5BJournal%5D)">Cadmium chloride assisted re-crystallization of CdTe: the effect of annealing over-treatment.</a> Proceedings of 40th IEEE PVSC. , Denver, CO. (2014).</li>
<li>Munshi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+varying+process+parameters+on+CdTe+thin+film+device+performance+and+its+relationship+to+film+microstructure%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+40th+IEEE+PVSC%22%5BJournal%5D)">Effect of varying process parameters on CdTe thin film device performance and its relationship to film microstructure.</a> Proceedings of 40th IEEE PVSC. , Denver, CO. (2014).</li>
<li>Metzger, W. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-resolved+photoluminescence+studies+of+CdTe+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Time-resolved photoluminescence studies of CdTe solar cells.</a> Journal of Applied Physics. 94 (5), 3549-3555 (2003).</li>
<li>Moseley, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Luminescence+methodology+to+determine+grain-boundary%2C+grain-interior%2C+and+surface+recombination+in+thin+film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Luminescence methodology to determine grain-boundary, grain-interior, and surface recombination in thin film solar cells.</a> Journal of Applied Physics. 124, 113104(2018).</li>
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<li>McCandless, B. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overcoming+Carrier+Concentration+Limits+in+Polycrystalline+CdTe+Thin+Films+with+In+Situ+Doping%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Overcoming Carrier Concentration Limits in Polycrystalline CdTe Thin Films with In Situ Doping.</a> Scientific Reports. 8, 14519(2018).</li>
<li>Romeo, N., Bossio, A., Rosa, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+back+contact+in+CdTe%2FCdS+thin+film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+ISES+Solar+World+Congress+2017%22%5BJournal%5D)">The back contact in CdTe/CdS thin film solar cells.</a> Proceedings ISES Solar World Congress 2017. , Abu Dhabi, UAE. (2017).</li>
<li>Munshi, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doping+CdSexTe1-x%2FCdTe+graded+absorber+films+with+arsenic+for+thin+film+photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+46th+IEEE+PVSC%22%5BJournal%5D)">Doping CdSexTe1-x/CdTe graded absorber films with arsenic for thin film photovoltaics.</a> Proceedings of 46th IEEE PVSC. , Chicago, IL. (2019).</li>
<li>Danielson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doping+CdTe+Absorber+Cells+using+Group+V+Elements%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+WCPEC-7%22%5BJournal%5D)">Doping CdTe Absorber Cells using Group V Elements.</a> Proceedings of WCPEC-7. , Waikoloa, HI. (2018).</li>
<li>Hsiao, K. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Electron+Reflector+Strategy+for+CdTe+Thin+film+Solar+Cells%22">Electron Reflector Strategy for CdTe Thin film Solar Cells</a>. , Colorado State University. Doctoral dissertation (2010).</li>
<li>Swanson, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Incorporation+of+Cd1-xMgxTe+as+an+electron+reflector+for+cadmium+telluride+photovoltaic+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+MRS+Spring+Meeting+and+Exhibit%22%5BJournal%5D)">Incorporation of Cd1-xMgxTe as an electron reflector for cadmium telluride photovoltaic cells.</a> Proceedings of MRS Spring Meeting and Exhibit. , San Francisco, CA. (2015).</li>
<li>Wendt, R., Fischer, A., Grecu, D., Compaan, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvement+of+CdTe+solar+cell+performance+with+discharge+control+during+film+deposition+by+magnetron+sputtering%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Improvement of CdTe solar cell performance with discharge control during film deposition by magnetron sputtering.</a> Journal of Applied Physics. 84 (5), 2920-2925 (1998).</li>
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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

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 m5,7, 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 ...

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 directamente la energía solar en energía eléctrica y son versátiles en escalabilidad (por ejemplo, minimódulos de uso personal y paneles solares integrados en la red) y tecnologías de materiales. Tecnologías como las células solares de araruro de galio de un solo cristal y de un solo cristal (GaAs) tienen eficiencias que alcanzan el 39,2% y el 35,5%, respectivamente3. Sin embargo, la fabricación de estas células solares de alta eficiencia es costosa y requiere mucho tiempo. El telluriuro de cadmio policristalino (CdTe) como material para PV de película delgada es ventajoso por su bajo costo, fabricación de alto rendimiento, variedad de técnicas de deposición y coeficiente de absorción favorable. Estos atributos hacen que el CdTe sea propicio para la fabricación a gran escala, y las mejoras en la eficiencia han hecho que el CdTe sea competitivo en cuanto a silicio y combustibles fósiles4.
Un avance reciente que ha impulsado el aumento en la eficiencia del dispositivo CdTe es la incorporación de material de aleación de tetriuro de selenio de cadmio (CdSeTe) en la capa absorbente. La integración del material CdSeTe de la banda más baja de 1,4 eV en un absorbedor CdTe de 1,5 eV reduce la separación de la banda frontal del absorbedor bicapa. Esto aumenta la fracción de fotones por encima de la brecha de banda y, por lo tanto, mejora la colección actual. Se ha demostrado la incorporación exitosa de CdSeTe en absorbentes de 3 m o más gruesos para aumentar la densidad de corriente con diversas técnicas de fabricación (es decir, sublimación de espacio cercano, deposición de transporte de vapor y electroplacado)5,6,7. El aumento de la espectroscopia de emisión de fotoluminiscencia de temperatura ambiente (PL), la fotoluminiscencia resuelta en el tiempo (TRPL) y las señales de electroluminiscencia de los dispositivos absorbentes bicapa5,8 indican que, además del aumento de la recolección de corriente, el CdSeTe parece tener una mejor eficiencia radiativa y una vida útil del portador de minorías, y un dispositivo CdSeTe/CdTe tiene un voltaje más grande que el ideal que con CdTe solamente. Esto se ha atribuido en gran medida a la pasivación de selenio de defectos a granel9.
Se han reportado poca investigación sobre la incorporación de CdSeTe en absorbentes de CdTe más delgados (1,5 m). Por lo tanto, hemos investigado las características de los dispositivos delgados de 0,5 m CdSeTe/1,0 m CdTe bilayer-absorber fabricados por sublimación de espacio cercano (CSS) para determinar si los beneficios vistos en absorbentes bicapa gruesa también son alcanzables con absorbentes bicapa delgada. Estos absorbedores CdSeTe/CdTe, más del doble de delgados que sus homólogos más gruesos, ofrecen una notable disminución en el tiempo de deposición y el material y menores costos de fabricación. Por último, tienen potencial para futuros desarrollos de arquitectura de dispositivos que requieren espesores de absorbedor de menos de 2 m.
La deposición CSS de absorbentes en un único sistema de vacío en línea automatizado ofrece muchas ventajas sobre otros métodos de fabricación10,11. Las tasas de deposición más rápidas con la fabricación CSS aumentan el rendimiento del dispositivo y promueven conjuntos de datos experimentales más grandes. Además, el entorno de vacío único del sistema CSS en este trabajo limita los desafíos potenciales con las interfaces absorbentes. Los dispositivos fotovoltaicos de película delgada tienen muchas interfaces, cada una de las cuales puede actuar como un centro de recombinación para electrones y agujeros, reduciendo así la eficiencia general del dispositivo. El uso de un único sistema de vacío para las deposiciones de CdSeTe, CdTe y cloruro de cadmio (CdCl2) (necesario para una buena calidad de absorbedor12,13,14,15,16) puede producir una mejor interfaz y reducir los defectos interfaciales.
El sistema de vacío automatizado en línea desarrollado en la Universidad Estatal de Colorado10 también es ventajoso en su escalabilidad y repetibilidad. Por ejemplo, los parámetros de deposición se establecen por el usuario y el proceso de deposición se automatiza de forma que el usuario no necesite realizar ajustes durante la fabricación del absorbedor. Aunque los dispositivos de investigación de área pequeña se fabrican en este sistema, el diseño del sistema se puede escalar verticalmente para obtener deposiciones de área más grandes, lo que permite un vínculo entre la experimentación a escala de investigación y la implementación a escala de módulos.
Este protocolo presenta los métodos de fabricación utilizados para fabricar dispositivos fotovoltaicos de película delgada CdTe de 0,5 m cdseTe/1.0-m. Para la comparación, se fabrica un conjunto de dispositivos CdTe de 1,5 m. Las estructuras absorbentes individuales y bicapatienen condiciones de deposición nominalmente idénticas en todos los pasos del proceso, excluyendo la deposición de CdSeTe. Para caracterizar si los absorbedores delgados CdSeTe/CdTe conservan los mismos beneficios demostrados por sus contrapartes más gruesas, las mediciones de voltaje de densidad de corriente (J-V), eficiencia cuántica (QE) y PL se realizan en los dispositivos absorbentes delgados de una y dos capas. Un aumento en la densidad de corriente de cortocircuito (JSC) medido por J-V y QE, además de un aumento en la señal PL para el CdSeTe/CdTe vs. Dispositivo CdTe, indique que los dispositivos Delgados CdSeTe/CdTe fabricados por CSS muestran una mejora notable en la recolección actual, la calidad del material y la eficiencia del dispositivo.
Aunque este trabajo se centra en los beneficios asociados con la incorporación de una aleación CdSeTe en una estructura de dispositivos fotovoltaicos CdTe, el proceso de fabricación completo para dispositivos CdTe y CdSeTe/CdTe se describe posteriormente en su totalidad. La Figura 1A,B muestra las estructuras completas del dispositivo para dispositivos CdTe y CdSeTe/CdTe respectivamente, compuestas por un sustrato de vidrio recubierto de óxido conductor transparente (TCO), capa de emisor de óxido de zinc de magnesio de tipo n (MgZnO), tipo p CdTe o absorbedor CdSeTe/CdTe con tratamiento CdCl2 y tratamiento de dopaje de cobre, capa de Te delgada y contacto posterior de níquel. Excluyendo la deposición del absorbedor CSS, las condiciones de fabricación son idénticas entre la estructura única y la estructura bicapa. Por lo tanto, a menos que se indique lo contrario, cada paso se realiza en las estructuras CdTe y CdSeTe/CdTe.

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

células solares ultra-thin cdsete/cdte depositadas en el espacio cercano para mejorar la densidad de corriente de cortocircuito y la fotoluminiscencia

Close-Space Sublimation-Deposited Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Solar Cells for Enhanced Short-Circuit Current Density and Photoluminescence

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 CdCl2. 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 CdCl2; 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.

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 (JSC). 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...

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.

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

Developments in photovoltaic device architectures are necessary to make solar energy a cost-effective and reliable source of renewable energy amidst ...

La adición de teluda de selenio de cadmio a los absorbedores de teludos de cadmio es significativa para las mejoras para la eficiencia fotovoltaica. Mayor eficiencia y ahorro de materiales con capas ultra delgadas avanzan en el desarrollo de energía fotovoltaica y renovable. Las principales ventajas de la deposición automática de sublimación en línea de espacio cercano o CSS es que la sublimación de espacio cercano es rápida y la deposición automatizada garantiza la reproducibilidad entre dispositivos.La sublimación de espacio cercano aborda uno de los desafíos en la deposición de absorbedores de película para células solares. El desafío es que puede ser bastante lento depositar películas delgadas, por lo que la sublimación de espacio cercano nos permite hacerlo a un ritmo más rápido y, por lo tanto, fabricar más células solares en un día. Este método de deposición también es muy útil para otras deposiciones de película delgada en que muchas veces la exposición atmosférica no es deseable.Al igual que con cualquier sistema de fabricación, la supervisión inicial de un usuario experimentado es muy recomendable. Dado que la fabricación de estos dispositivos fotovoltaicos absorbentes bicapa requiere muchos pasos, la visualización de la muestra después de cada etapa es fundamental para entender qué cualidades de película visual son necesarias. Comience por usar un soplador de aire de mano para eliminar suavemente cualquier partícula de polvo de un sustrato recubierto de óxido conductor transparente limpio marcado con marcador permanente y utilice un par de pinzas con puntas de goma para cargar el sustrato limpio sobre el soporte de muestra transparente que conduce el lado del óxido hacia abajo.Con la puerta de la cerradura de carga cerrada, bombee el bloqueo de carga hasta que el manómetro de bloqueo de carga se lea por debajo de cinco veces 10 a los dos torr negativos y apague la bomba de bloqueo de carga. Abra la compuerta de bloqueo de carga y espere a que la presión se nivele antes de insertar manualmente el brazo de transferencia para que la muestra se site por encima del cátodo obturado. Ajuste el tiempo de deposición deseado en un temporizador y comience la sincronización cuando el obturador se abra manualmente.Cierre inmediatamente el obturador mientras el temporizador se apaga y retraiga completamente el brazo de transferencia antes de cerrar la puerta de bloqueo de carga y descargar la muestra. Para obtener la tasa de deposición de óxido de zinc de magnesio, utilice un aplicador con punta de algodón sumergido en metanol para eliminar el marcador de la muestra de testigo y medir el espesor con un perfilómetro. Para la sublimación de espacio cercano de las capas absorbentes, establezca las fuentes superior e inferior en el sistema de deposición con un diferencial de temperatura para la sublimación de material adecuada.Utilice un soplador de aire de mano para eliminar suavemente las partículas de polvo del óxido de zinc de magnesio limpio y el sustrato recubierto de óxido conductor transparente y cargue el sustrato limpio sobre el lado de óxido de zinc de magnesio del soporte de muestra hacia abajo. Después de cerrar la puerta de la cerradura de carga, encienda el interruptor de desbaste del bloqueo de carga para bombear el bloqueo de carga. Mientras bombea hacia abajo, establezca la receta de deposición para la muestra de testigo de telurio de cadmio a 110 segundos de tiempo de permanencia en la fuente de precalentamiento para elevar el vidrio a aproximadamente 480 grados Celsius, 110 segundos en la fuente de tellurido de cadmio para la deposición de tetirio de cadmio, 180 segundos en la fuente de cloruro de cadmio para la passivización del telurio de cadmio policristalino, 240 segundos en la fuente de recoa para conducir el cloruro de cadmio en el absorbedor , y 300 segundos en la fuente de refrigeración.Cuando el bloqueo de carga se bombea por debajo de 40 milivatro, abra la válvula de compuerta e inicie la receta de deposición en el software. El brazo de transferencia se moverá automáticamente en las posiciones preestablecidas que regresan a la posición inicial al finalizar. Cuando la deposición esté completa, ventile la cerradura de carga a la atmósfera y abra la puerta de la cerradura de carga.Cuando la muestra esté lo suficientemente fría como para manipularla, retírela con un paño libre de pelusas. Utilice agua desionizada para enjuagar el residuo visible de cloruro de cadmio de la superficie de la película en un vaso de precipitados graduado y secar la película con nitrógeno comprimido. A continuación, utilice una cuchilla de afeitar para raspar un área pequeña de material de teluzo de cadmio fuera del sustrato y utilice un perfilómetro de superficie para medir el grosor de la película de telucida de cadmio para determinar la tasa de deposición.Cuando la presión de bloqueo de carga esté por debajo de 40 milivatror, ejecute una receta de bakeoff en el software. Cuando el bakeoff esté completo, establezca la receta de deposición para la muestra de testigo de telurio de selenio de cadmio para establecer el grosor. Establecer 140 segundos de tiempo de permanencia en la fuente de precalentamiento para elevar el vidrio a aproximadamente 540 grados Celsius, 300 segundos en la fuente de telurio de selenio de cadmio para la deposición de teluda de selenio de cadmio, y 300 segundos en la fuente de enfriamiento.Cuando la presión de bloqueo de carga alcance por debajo de 40 milivadores, ejecute la receta de deposición. Cuando la deposición de la película de telunio de selenio de cadmio esté completa, descargue la muestra enfriada con un paño libre de pelusas y rasque una pequeña sección de material para determinar la tasa de deposición de telucida de selenio de cadmio con un profilómetro como se ha demostrado anteriormente. Para fabricar un absorbedor de tellurido único de 1,5 micras, establezca la receta de deposición basada en la tasa de deposición del telurio de cadmio y un tratamiento de cloruro de cadmio previamente optimizado para absorbedores ultra delgados.Utilice un tiempo de permanencia de precalentamiento de 110 segundos, un tiempo de permanencia de tellurido de cadmio de 60 segundos, un tiempo de permanencia de cloruro de cadmio de 150 segundos, y un tiempo de recocido de 240 segundos, y un tiempo de enfriamiento de 300 segundos. Cuando la presión de bloqueo de carga alcance menos de 40 milivadores, abra la válvula de compuerta de bloqueo de carga y seleccione inicio. El programa ejecutará automáticamente la receta de deposición seleccionada volviendo a la posición inicial al finalizar el paso de enfriamiento.Para fabricar un teurlo de selenio de cadmio de 0,5 micras y un absorbedor de bicapa de 1,0 micras de cadmio de cadmio, establecer la receta de deposición basada en la tasa de deposición del absorbedor con un tiempo de permanencia precalentado de 140 segundos, un tiempo de permanencia de tellurido de cadmio de 231 segundos, un tiempo de permanencia de tellurido de cadmio de 50 segundos, un tiempo de permanencia de cloruro de cadmio de 150 segundos, un tiempo de recocido de 240 segundos , y un tiempo de enfriamiento de 300 segundos. Cuando la presión de bloqueo de carga alcance por debajo de 40 milivatro, ejecute la receta de deposición. A continuación, descargue la muestra al finalizar la receta y muestree el enfriamiento como se ha demostrado.Cuando las fuentes superior e inferior hayan alcanzado la temperatura de funcionamiento, cargue la muestra sobre el soporte de la muestra y mueva secuencialmente el brazo de transferencia a las posiciones de cloruro de cobre y recocido precalentadas de acuerdo con un temporizador establecido para el tiempo de deposición de cada posición. La receta de cobre de este protocolo se ha optimizado para dispositivos de 1,5 micras. Cuando el temporizador final se apague, devuelva manualmente el brazo de transferencia a la posición inicial y cierre la válvula de compuerta de bloqueo de carga.Para la deposición por evaporación del telurio fino, cargue el lado de la película de muestra hacia abajo sobre el soporte de la muestra y cierre la parte superior de la cámara. Mueva manualmente la palanca a la posición de desbaste. Cuando la presión caiga por debajo de 10 milivadores, gire la palanca de nuevo a la posición de la línea vertical y espere unos 30 segundos para que cualquier pico momentáneo de presión se resuelva antes de abrir la válvula de vacío alto.Cuando el lector de presión de la cámara se ha basado, se ha alcanzado la presión de deposición adecuada de una por 10 al quinto torr negativo. Encienda el interruptor de encendido, abra el obturador y abra el control de corriente para comenzar la deposición. Cuando la pantalla del monitor de cristal de cuarzo muestre el espesor de teluum deseado, gire rápidamente y simultáneamente la corriente a cero, apague el interruptor de encendido y cierre el obturador.Antes de aplicar el contacto de la espalda de la pintura, agitar la solución de contacto posterior para asegurar la mezcla completa. Rocíe la solución a través de la muestra en un movimiento lateral lento para aplicar un contacto uniforme de níquel hacia la muestra. Después de permitir que el contacto posterior se seque ligeramente, repita la aplicación tantas veces como sea necesario para una cobertura completa.Para terminar la estructura de película delgada en dispositivos con contacto eléctrico, coloque la muestra cargada en una máscara de metal en una guantera y utilice una manguera de sifón para aplicar un medio con cuentas de vidrio a las porciones sin enmascarar de la muestra. Repita la aplicación con una segunda máscara de tal manera que al completar la delineación, 25 dispositivos cuadrados de área pequeña aparecen en un patrón de cinco por cinco en la muestra. A continuación, limpie el lado de la película de las muestras con un aplicador con punta de algodón sumergido en agua desionizada.Para minimizar la resistencia lateral en las mediciones eléctricas de los dispositivos terminados, soldar un patrón de rejilla entre los dispositivos con una soldadura de indio. La adición de teluda de selenio de cadmio a un absorbedor de tellurido de cadmio delgado mejora la eficiencia del dispositivo a través de una calidad superior del material absorbente demostrado por una mayor fotoluminiscencia y una vida útil de descomposición de fotoluminiscencia resuelta de mayor tiempo. También se logra una mayor eficiencia con una mayor densidad de corriente de cortocircuito.El cambio hacia abajo en la curva de voltaje de densidad de corriente de luz a lo largo del eje de densidad de corriente corresponde a un aumento en la densidad de corriente de cortocircuito para el dispositivo absorbente bicacapa de mejor rendimiento en comparación con el dispositivo absorbente de tellurido de cadmio de mejor rendimiento. Las mediciones de eficiencia cuántica de los dispositivos de tellurido de cadmio y tellurido de selenio de cadmio/tellurido de cadmio muestran la conversión de fotones adicional en el rango de longitud de onda larga del dispositivo bicapa y corroboran el aumento de la densidad de corriente de cortocircuito para ese dispositivo. La importancia de optimizar la relación de espesor del telunio de selenio de cadmio a la tasa de cadmio se demuestra mediante una comparación de los resultados de voltaje de densidad de corriente.Los datos de una relación de 0,5 a 1,0 micras y una relación de 1,25 a 0,25 micras muestran una torcedura significativa en este último dispositivo no óptimo y una disminución resultante en la eficiencia fotovoltaica. Lo más importante a recordar es que la relación de espesor entre el teluda de selenio de cadmio y el tellurido de cadmio es imprescindible para el rendimiento respetable del dispositivo y debe optimizarse para cada grosor del absorbedor de bicapas. Después de este procedimiento, se puede depositar una capa de material adicional después de la bicapa para actuar como un reflector de electrones.La introducción de esta capa puede minimizar el obstáculo de déficit de voltaje en dispositivos basados en teludas de cadmio. La incorporación de una aleación de teurido de selenio de cadmio en las células solares bicacas ha sido útil no sólo para las células solares, sino para desarrollar las propiedades de esa aleación en otras aplicaciones fotovoltaicas. Los compuestos de cadmio pueden ser peligrosos.Cuando usamos estos compuestos y cuando enjuagamos el residuo de las películas, es importante usar guantes, una capa de laboratorio, y luego usar procedimientos apropiados para eliminar los desechos peligrosos.

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Investigación

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Química

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