Base de silicium polycristallin à couche mince des cellules solaires avec plasmonique amélioré par Light-piégeage

Base de silicium polycristallin en couches minces sur des cellules solaires en verre sont fabriqués par dépôt de couches de bore et de silicium dopé phosphore suivies par passivation défaut de cristallisation, et la métallisation. Plasmonique de blocage de lumière est introduit en formant nanoparticules Ag sur la surface cellulaire de silicium coiffé avec un réflecteur diffus résultant dans l'amélioration de ~ 45% photocourant.

L’objectif général de l’expérience suivante est de démontrer comment la diffusion de la lumière par les nanoparticules plasmoniques améliore le piégeage de la lumière dans les cellules solaires à couche mince et améliore leurs performances. Ceci est réalisé en déposant un film d’argent précurseur sur la surface arrière de la cellule solaire à couche mince, puis en l’agenouillant pour fabriquer un réseau aléatoire de nanoparticules d’argent à diffusion de lumière. Dans un deuxième temps, la cellule solaire avec un réseau de nanoparticules est recouverte d’une couche diélectrique de fluorure de magnésium suivie d’une peinture blanche pour ajouter un réflecteur arrière diffus, qui capte la lumière transmise à travers le réseau de nanoparticules Pour améliorer encore le photocourant de la cellule, la lumière qui pénètre dans la cellule solaire et qui n’est pas absorbée lors du premier passage, est renvoyé aux cellules à la fois par le réseau de nanoparticules et par le réflecteur diffus arrière à des angles obliques, ce qui augmente l’épaisseur de la cellule optique et améliore ainsi l’absorption de la lumière.

Le principal avantage de cette technique d’approche conventionnelle de piégeage de la lumière basée sur la texturation est qu’elle peut être appliquée à des dispositifs de planification et entièrement fabriqués, évitant ainsi des complications impossibles dues à des défauts liés à la texture ou à une incompatibilité avec les processus de fabrication du dispositif. Bien que cette méthode soit appliquée aux cellules cellulaires du syndrome du silicium cristallin, elle peut également être appliquée à d’autres types de cellules solaires et de dispositifs optoélectroniques pour améliorer leurs performances, tels que les cellules à film amoureux, en silicium et microm, les cellules solaires organiques et même les diodes électroluminescentes. Commencez ce protocole par la fabrication de cellules solaires en silicium polycristallin comme décrit dans le protocole écrit accompagnant cette vidéo.

Cette vue rapprochée d’une cellule résultante du processus de fabrication de deux semaines montre la surface du silicium de la cellule entre le motif de métallisation où les nanoparticules de silicium seront formées. Soufflez la surface de la cellule métallisée avec de l’azote sec pour enlever la poussière et chargez l’échantillon dans un évaporateur thermique contenant une cuve en tungstène remplie de 0,3 à 0,5 gramme de granules d’argent. Pompez la chambre de l’évaporateur à la pression de base de deux à trois par 10 jusqu’au programme moins cinq pour le suivant.

Le moniteur à cristal de quartz abrégé QCM avec paramètres pour l’argent. Assurez-vous que l’obturateur de l’échantillon est fermé et allumez le chauffage du bateau en tungstène. Augmentez le courant assez lentement pour éviter une élévation de pression supérieure à huit par 10 jusqu’à moins cinq jusqu’à ce que les granules d’argent fondent, comme observé à travers une fenêtre d’affichage. Après stabilisation de la pression, réglez le courant au point de consigne qui correspond au taux de dépôt d’argent de 0,1 à 0,2 angströms par seconde.

Ouvrez l’obturateur pour lancer le processus de dépôt. Un aspect critique dans la fabrication d’un réflecteur mono plus est de contrôler avec précision l’épaisseur du film d’argent et les conditions du genou. Pour former les réseaux de nanoparticules les plus performants.

Surveillez l’épaisseur croissante du film d’argent à l’aide de QCM et fermez l’obturateur lorsqu’une épaisseur de 14 nanomètres est atteinte, laissez le bateau en tungstène refroidir pendant environ 15 minutes, puis déchargez l’échantillon, la cellule avec un film d’argent fraîchement déposé est placée dans un four purgé à l’azote préchauffé à 230 degrés Celsius et agenouillé pendant 50 minutes. Suite à un agenouillement, un changement d’aspect de surface est apparent en raison de la présence de nanoparticules. Le réflecteur arrière se compose d’un revêtement diélectrique en fluorure de magnésium d’environ 300 nanomètres d’épaisseur avec une couche de peinture de plafond blanche commerciale.

Avant de fabriquer le réflecteur arrière, protégez les contacts des cellules en appliquant de l’encre de marqueur noire dessus. Cela permet d’exposer les contacts sous le diélectrique par un processus de soulèvement. Utilisez un pistolet à azote pour souffler le réseau de nanoparticules et des contacts peints pour enlever la poussière.

Utilisez une pression d’azote modérée pour éviter d’éliminer les nanoparticules adhérentes chaque semaine. Placez l’échantillon dans l’évaporateur thermique contenant un bateau en tungstène rempli de magnésium. Morceaux de fluorure.

Pompez l’évaporateur à une pression de deux à trois par 10 à moins cinq tor. Paramètres QCM pour le fluorure de magnésium, assurez-vous que l’obturateur de l’échantillon est fermé et allumez le bateau. Le chauffage augmente lentement le courant pour éviter une pression excessive jusqu’à ce que le fluorure de magnésium fonde, comme on le voit à travers une fenêtre d’affichage.

Une fois la pression stabilisée, réglez le courant sur le point de consigne qui correspond au taux de dépôt de fluorure de magnésium de 0,3 nanomètre par seconde et ouvrez l’obturateur de l’échantillon. Surveillez l’épaisseur déposée à l’aide de QCM et fermez l’obturateur lorsque 300 nanomètres sont atteints, éteignez le chauffage après avoir refroidi le bateau en tungstène pendant environ 15 minutes, déchargez l’échantillon. Notez le changement d’apparence de la cellule avec la gaine en fluorure de magnésium.

Pour retirer le masque d’encre des contacts de la cellule, immergez la cellule avec la gaine diélectrique dans de l’acétone. Attendez que le diélectrique au-dessus de l’encre commence à se fissurer et à se décoller. Conservez la cellule dans de l’acétone jusqu’à ce que toute l’encre avec le diélectrique soit retirée et que les contacts métalliques soient complètement exposés.

Retirez l’échantillon de l’acétone. Essayez avec un pistolet à azote. Appliquez une couche de peinture blanche à l’aide d’un pinceau fin et doux sur toute la surface de la cellule.

En évitant soigneusement les contacts métalliques, la couche de peinture doit être suffisamment épaisse pour être complètement opaque afin qu’aucune lumière ne puisse être vue lorsque vous regardez à travers la cellule peinte à une source de lumière vive, laissez la peinture sécher pendant une journée. Le courant de court-circuit de la cellule solaire est calculé en intégrant l’efficacité quantique externe ou courbe EQE sur le spectre solaire global standard. Le courant de la cellule et son augmentation due au piégeage de la lumière dépendent de l’épaisseur de la couche d’absorption de la cellule.

Le courant lui-même est plus élevé pour les cellules plus épaisses, mais l’amélioration du courant est plus élevée pour les appareils plus minces. Les cellules originales de deux microns d’épaisseur sans piégeage de la lumière ont une densité de courant de court-circuit mesurée à environ 15 milliampères par centimètre carré avec un réflecteur arrière diffus. Le courant peut être d’environ 20 milliampères par centimètre carré ou de 25 à 31 % plus élevé après la fabrication d’un réseau de nanoparticules à la surface de la cellule arrière.

La densité du courant de court-circuit augmente jusqu’à environ 20 milliampères par centimètre carré, ce qui représente une amélioration de 32 %, légèrement meilleure que l’effet d’amélioration du réflecteur arrière diffus. Ce n’est qu’après l’ajout du réflecteur diffus arrière sur la gaine de fluorure de magnésium à la cellule avec le réseau de nanoparticules plasmoniques que la densité du courant de court-circuit est encore augmentée à 22,3 milliampères par centimètre carré, soit environ 45 % d’amélioration. Notez que pour la cellule de trois microns d’épaisseur, tous les courants sont plus élevés jusqu’à 25,7 milliampères par centimètre carré tandis que l’amélioration relative est légèrement plus faible à 42 %. Le piégeage de la lumière a un effet relativement plus important dans les appareils plus minces Une fois maîtrisé.

Cette procédure peut être effectuée dans les quatre à cinq heures si elle est effectuée correctement. À l’exclusion, joignez-vous à la peinture réfléchissante qui prendra environ 12 heures et à température ambiante. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne idée du fonctionnement du piégeage de l’argile plasmonique pour les cellules solaires.

De plus, vous devriez avoir une bonne compréhension de la fabrication d’un réflecteur de diffusion plasmonique sur les cellules solaires pour améliorer le piégeage de la lumière dans le photocourant de la cellule.