Article de méthode

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

DOI :

10.3791/60937

⸱

6 mars 2020

 ,  ,  , 
1Department of Physics, Colorado State University

Dans cet article

Résumé

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Ce travail décrit le processus complet de fabrication de l’absorbeur mince cadmium telluride/cadmium telluride dispositifs photovoltaïques pour une efficacité accrue. Le processus utilise un système automatisé de vide en ligne pour les dépôts de sublimation à espace rapproché qui est évolutif, de la fabrication de petits dispositifs de recherche de zone ainsi que des modules à grande échelle.

Résumé

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Les développements dans les architectures de dispositifs photovoltaïques sont nécessaires pour faire de l’énergie solaire une source rentable et fiable d’énergie renouvelable au milieu de la demande croissante d’énergie mondiale et du changement climatique. La technologie CdTe à couches minces a démontré une compétitivité des coûts et une efficacité croissante en partie en raison des temps de fabrication rapides, de l’utilisation minimale des matériaux et de l’introduction d’un alliage CdSeTe dans une couche absorbante de 3 millions d’euros. Ce travail présente la fabrication de sublimations à espace rapproché des appareils bilayer CdSeTe/CdTe minces de 1,5 m à l’aide d’un système automatisé de dépôt sous vide en ligne. La structure bilayer mince et la technique de fabrication minimisent le temps de dépôt, augmentent l’efficacité de l’appareil et facilitent le développement futur de l’architecture de dispositif à base d’absorbeurs minces. Trois paramètres de fabrication semblent être les plus percutants pour optimiser les dispositifs minces cdSeTe/CdTe absorbeurs : la température de préchauffer le substrat, le rapport d’épaisseur CdSeTe:CdTe et la passivation CdCl2. Pour une sublimation appropriée du CdSeTe, la température du substrat avant le dépôt doit être de 540 oC (plus élevée que celle de cdTe) contrôlée par le temps de séjour dans une source de préchauffage. La variation du rapport d’épaisseur CdSeTe:CdTe révèle une forte dépendance des performances de l’appareil à ce ratio. Les épaisseurs optimales d’absorbeur sont des cdSeTe de 0,5 m et un CdTe de 1,0 m, et des ratios d’épaisseur non optimisés réduisent l’efficacité grâce à des effets de barrière arrière. Les absorbeurs minces sont sensibles à la variation de passivation CdCl2; un traitement CdCl2 beaucoup moins agressif (par rapport aux absorbeurs plus épais) concernant la température et le temps donne des performances optimales de l’appareil. Avec des conditions de fabrication optimisées, CdSeTe/CdTe augmente la densité de courant et l’intensité de photoluminescence des périphériques en court-circuit par rapport au CdTe à absorbeur unique. En outre, un système de dépôt sous vide de sublimation dans l’espace rapproché offre la réduction des matériaux et du temps, l’évolutivité et l’accessibilité des futures architectures d’absorbeurs ultra-minces.

Introduction

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La demande mondiale d’énergie s’accélère rapidement, et l’année 2018 a été la plus rapide (2,3 %) taux de croissance au cours de la dernière décennie1. Associé à une prise de conscience croissante des effets du changement climatique et de la combustion des combustibles fossiles, la nécessité d’une énergie économique, propre et renouvelable est devenue très claire. Parmi les nombreuses sources d’énergie renouvelables, l’énergie solaire est distinctive pour son potentiel total, comme la quantité d’énergie solaire qui atteint la terre dépasse de loin la consommation mondiale d’énergie2.

Les appar....

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Protocole

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AVERTISSEMENT : Les gants doivent être portés lors de la manipulation des substrats pour prévenir la contamination du film et le contact entre le matériel et la peau. Ce processus de fabrication nécessite la manipulation de structures contenant des composés de cadmium; par conséquent, une blouse de laboratoire et des gants doivent être portés en laboratoire en tout temps.

1. Nettoyage de substrat

  1. Placer les substrats en verre enduits de TCO (9,1 cm x 7,8 cm) dans une grille en acier inoxydable avec un espacement suffisant de telle sorte que la solution de nettoyage et l’air comprimé peuvent être appliqués sur chaque visage en verr....

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Résultats

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L’ajout de CdSeTe à un mince absorbeur CdTe améliore l’efficacité de l’appareil grâce à une qualité supérieure de matériel absorbeur et une densité de courant de court-circuit plus élevée (JSC). La figure 3A et la figure 3B( adaptées de Bothwell et coll.8) montrent respectivement PL et TRPL pour les dispositifs d’absorbeur cdTe unique et d’absorbeur de bilayer CdSeTe/CdTe. Les mesures PL et TRPL montrent clairement une meilleur.......

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Discussion

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Les appareils photovoltaïques bilayer minces CdSeTe/CdTe démontrent une amélioration de l’efficacité par rapport à leurs homologues CdTe en raison d’une meilleure qualité des matériaux et d’une meilleure collecte actuelle. Ces gains d’efficacité ont été démontrés chez les absorbeurs de bilayer de plus de 3 m5,7, et maintenant avec des conditions de fabrication optimisées, il a été démontré que l’efficacité accrue est également réalisable pour les absorbeurs de bi.......

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

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Les auteurs tient à remercier le professeur W.S. Sampath pour l’utilisation de ses systèmes de dépôt, Kevan Cameron pour le soutien du système, le Dr Amit Munshi pour son travail avec des cellules bilayer plus épaisses et des séquences supplémentaires du système automatisé en ligne de dépôt sous vide CSS, et le Dr. Darius Kuciauskas pour l’aide avec des mesures TRPL. Ce matériel est basé sur des travaux soutenus par l’Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) du Département de l’énergie des États-Unis dans le cadre de l’accord DE-EE0007543 du Solar Energy Technologies Office (SETO).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Profilomètre de surface Alpha StepTencor Instruments10-00020Instrument de mesure de l’épaisseur du film
CdCl2 Matériau5N PlusN/AMatériau pour traitement de passivation de l’absorbeur
CdSeTe Matériau semi-conducteur5N PlusN/AMatériau semi-conducteur de type P pour couche absorbante
CdTe Matériau semi-conducteur5N PlusN/AMatériau semi-conducteur de type P pour couche absorbante
CESAR RF Générateurd’énergie avancée61300050Générateur d’énergie pour MgZnO dépôt par pulvérisation cathodique
Matériau CuClSigma AldrichN/AMatériau pour le dopage absorbeur
Matériau de délimitationKramer Industries Inc.Mélamine Type 3 60-80 mailleMatériau de perles en plastique pour la délimitation du film
Boîtier de boîte à gantsVaniman Manufacturing Co.Problast 3pour la délimitation du film
Gold CrystalKurt J. Lesker CompanyKJLCRYSTAL6-G10Crystal pour le moniteur d’épaisseur d’évaporation
Te HVLP et kit de pistolet de pulvérisation standard à alimentation par gravitéHuskyHDK00600SGPistolet de pulvérisation applicateur pour l’application de retour de peinture
Ni MgZnO Sputter TargetPlasmaterials, Inc.PLA285287489Matériau de la couche émettrice de type N
90 Solution de nettoyage du verreCole-ParmerEW-18100-05Solution pour le nettoyage initial
du verre NSG Tec10 SubstratsPilkingtonN/AVerre d’oxyde transparent conducteur pour le contact électrique frontal
Super Shield Ni Revêtement conducteurMG Chemicals841AR-3.78LPeinture conductrice pour la couche de contact arrière
Te MaterialSigma AldrichMKBZ5843VMatériau pour la couche de contact arrière
Moniteur d’épaisseurR.D. Mathis CompanyTM-100Instrument pour la programmation et la surveillance des conditions d’évaporation
DiluantMG Chemicals4351-1LDiluant pour peinture à mélanger avec du Ni pour la couche de contact arrière
Nettoyeur à ultrasons 1L & R ElectronicsQ28OHNettoyeur à ultrasons 1 pour le nettoyage des vitres
Nettoyeur à ultrasons 2 Nettoyeurà ultrasons100SNettoyeur à ultrasons 2 pour le nettoyage
des vitres Spectromètre UV/VIS Lambda 2PerkinElmer166351Spectromètre utilisé pour les mesures de transmission sur les films CdSeTe
Boîtier de boîte à gants Micro 1

Références

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  1. Global energy demand rose by 2.3% in 2018, its fastest pace in the last decade. , Available from: https://www.iea.org/newsroom/news/2019/march/global-energy-demand-rose-by-23-in-2018-its-fastest-pace-in-the-last-decade.html (2019).
  2. Morton, O. Solar energy: A new day dawning?: Silicon valley sunrise. Nature. 443

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Mots-clés

Absorbeur ultra minceTemp rature de pr chauffage du substratRapport d paisseur CdSeTe CdTePassivation au CdCl2Intensit de photoluminescenceD p t en ligne automatisFabrication de couches minces

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