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

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.