Name: Close-Space Sublimation-Deposited Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Solar Cells for Enhanced Short-Circuit Current Density and Photoluminescence (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-03-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 21 s
Description: Découvrez la fabrication de cellules solaires CdSeTe/CdTe ultra-minces par sublimation en espace rapproché pour améliorer l'efficacité photovoltaïque. Cette méthode automatisée permet des dépôts rapides et reproductibles.

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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).

<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>
<li>Best research-cell efficiency chart. , Available from: 
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<li>First Solar. First Solar sustainability report. , Available from: 
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<li>Munshi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polycrystalline+CdSeTe%2FCdTe+absorber+cells+with+28+mA%2Fcm2+short-circuit+current%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Journal+of+Photovoltaics%22%5BJournal%5D)">Polycrystalline CdSeTe/CdTe absorber cells with 28 mA/cm2 short-circuit current.</a> IEEE Journal of Photovoltaics. 8 (1), 310-314 (2018).</li>
<li>Metzger, W. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exceeding+20%25+efficiency+with+in+situ+group+V+doping+in+polycrystalline+CdTe+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Energy%22%5BJournal%5D)">Exceeding 20% efficiency with in situ group V doping in polycrystalline CdTe solar cells.</a> Nature Energy. 4, 837-845 (2019).</li>
<li>Hsiao, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electroplated+CdTe+solar+technology+at+Reel+Solar%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+46thIEEE+PVSC%22%5BJournal%5D)">Electroplated CdTe solar technology at Reel Solar.</a> Proceedings of 46thIEEE PVSC. , Chicago, IL. (2019).</li>
<li>Bothwell, A. M., Drayton, J. A., Jundt, P. M., Sites, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+thin+CdTe+solar+cells+with+a+CdSeTe+front+layer%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Advances%22%5BJournal%5D)">Characterization of thin CdTe solar cells with a CdSeTe front layer.</a> MRS Advances. 4 (37), 2053-2062 (2019).</li>
<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>
<li>McCandless, B. E., Sites, J. R. Cadmium telluride solar cells. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMcCandless%2C+BE+%22Handbook+of+Photovoltaic+Science+and+Engineering%22">Handbook of Photovoltaic Science and Engineering</a>. Luque, A., Hegedus, S. , John Wiley & Sons Ltd. West Sussex, England. 617-662 (2003).</li>
<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>
<li>Amarasinghe, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Obtaining+large+columnar+CdTe+grains+and+long+lifetime+on+nanocrystalline+CdSe%2C+MgZnO%2C+or+CdS+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Energy+Materials%22%5BJournal%5D)">Obtaining large columnar CdTe grains and long lifetime on nanocrystalline CdSe, MgZnO, or CdS layers.</a> Advanced Energy Materials. 8, 1702666(2018).</li>
<li>Tencor Instruments. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Alpha-Step+100+User%27s+Manual%22">Alpha-Step 100 User's Manual</a>. , Tencor Instruments. Mountain View, CA. (1984).</li>
<li>Wojtowicz, A., Huss, A. M., Drayton, J. A., Sites, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+CdCl2+passivation+on+thin+CdTe+absorbers+fabricated+by+close-space+sublimation%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+44th+IEEE+PVSC%22%5BJournal%5D)">Effects of CdCl2 passivation on thin CdTe absorbers fabricated by close-space sublimation.</a> Proceedings of 44th IEEE PVSC. , Washington D.C. (2017).</li>
<li>Kirchartz, T., Ding, K., Rau, U. Fundamental electrical characterization of thin film solar cells. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKirchartz%2C+T+%22Advanced+Characterization+Techniques+for+Thin+Film+Solar+Cells%22">Advanced Characterization Techniques for Thin Film Solar Cells</a>. Abou-Ras, D., Kirchartz, T., Rau, U. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. Weinheim, Germany. 47(2011).</li>
<li>Swanson, D. E., Sites, J. R., Sampath, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Co-sublimation+of+CdSexTe1-x+layers+for+CdTe+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+%26+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Co-sublimation of CdSexTe1-x layers for CdTe solar cells.</a> Solar Energy Materials & Solar Cells. 159, 389-394 (2017).</li>
<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>
<li>Sudharsanan, R., Rohatgi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+metalorganic+chemical+vapor+deposition+grown+CdTe%2FCdS+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Investigation of metalorganic chemical vapor deposition grown CdTe/CdS solar cells.</a> Solar Cells. 31 (2), 143-150 (1991).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

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...

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 appareils photovoltaïques (PV) convertissent directement l’énergie solaire en énergie électrique et sont polyvalents en matière d’évolutivité (p. ex., mini-modules d’utilisation personnelle et panneaux solaires intégrés au réseau) et technologies matérielles. Les technologies telles que les cellules solaires à jonctions multiples et à mono-jonction, à mono-cristal d’arsène de gallium (GaAs), ont des efficacités atteignant 39,2 % et 35,5 %, respectivement3. Cependant, la fabrication de ces cellules solaires à haut rendement est coûteuse et prend beaucoup de temps. La telluride de cadmium de polycrystalline (CdTe) comme matériau pour les téléviseurs à couches minces est avantageuse pour son faible coût, fabrication à haut débit, variété de techniques de dépôt, et coefficient d’absorption favorable. Ces attributs rendent CdTe propice à la fabrication à grande échelle, et l’amélioration de l’efficacité ont rendu CdTe rentable avec le silicium PV-dominant et les combustibles fossiles4.
Une avancée récente qui a conduit à l’augmentation de l’efficacité de l’appareil CdTe est l’incorporation de caélénium de cadmium (CdSeTe) matériau en alliage dans la couche absorbante. L’intégration du matériel CdSeTe de bande de bande de 1,4 eV inférieur dans un absorbeur CdTe de 1,5 eV réduit l’écart de bande avant de l’absorbeur de bilayer. Cela augmente la fraction de photon au-dessus de l’écart de bande et améliore ainsi la collection actuelle. L’incorporation réussie de CdSeTe dans des absorbeurs de 3 m ou plus épais pour une densité de courant accrue a été démontrée avec diverses techniques de fabrication (c.-à-d. sublimation à espace rapproché, dépôt de transport de vapeur et électroplacage)5,6,7. L’augmentation de la spectroscopie d’émission de photoluminescence à température ambiante (PL), la photoluminescence résolue dans le temps (TRPL) et les signaux d’électroluminescence des dispositifs absorbeurs de bilayer5,8 indiquent qu’en plus de l’augmentation de la collecte actuelle, le CdSeTe semble avoir une meilleure efficacité radiative et une meilleure durée de vie du transporteur minoritaire, et un appareil CdSeTe/CdTe a une tension plus élevée par rapport à l’idéal qu’avec CdTe seulement. Ceci a été largement attribué à la passivation de sélénium des défauts en vrac9.
Peu de recherches ont été rapportées sur l’incorporation de CdSeTe dans des absorbeurs CdTe plus minces (1,5 m). Nous avons donc étudié les caractéristiques des minces appareils cdSeTe/1.0 'm CdTe bilayer-absorber fabriqués par sublimation de l’espace rapproché (CSS) pour déterminer si les avantages observés dans les absorbeurs bilayer épais sont également réalisables avec des absorbeurs bilayer minces. Ces absorbeurs CdSeTe/CdTe, plus de deux fois plus minces que leurs homologues plus épais, offrent une diminution notable du temps de dépôt et des matériaux et des coûts de fabrication plus faibles. Enfin, ils ont un potentiel pour les développements futurs de l’architecture des périphériques qui nécessitent des épaisseurs absorbant de moins de 2 m.
Le dépôt CSS des absorbeurs dans un seul système automatisé de vide en ligne offre de nombreux avantages par rapport aux autres méthodes de fabrication10,11. Des taux de dépôt plus rapides avec la fabrication CSS stimulent le débit de l’appareil et favorisent de plus grands ensembles de données expérimentales. De plus, l’environnement sous vide unique du système CSS dans ce travail limite les défis potentiels avec les interfaces absorbante. Les appareils photovoltaïques à couches minces ont de nombreuses interfaces, chacune pouvant servir de centre de recombinaison pour les électrons et les trous, réduisant ainsi l’efficacité globale de l’appareil. L’utilisation d’un seul système de vide pour le CdSeTe, cdTe, et le chlorure de cadmium (CdCl2) dépositions (nécessaire pour une bonne qualité absorbeur12,13,14,15,16) peut produire une meilleure interface et réduire les défauts interfaciaux.
Le système de vide automatisé en ligne développé à l’Université d’État du Colorado10 est également avantageux dans son évolutivité et sa répétabilité. Par exemple, les paramètres de dépôt sont définis par l’utilisateur, et le processus de dépôt est automatisé de sorte que l’utilisateur n’a pas besoin d’apporter des ajustements pendant la fabrication de l’absorbeur. Bien que les dispositifs de recherche de petite zone soient fabriqués dans ce système, la conception du système peut être mise à l’échelle pour les dépôts de plus grandes zones, permettant un lien entre l’expérimentation à l’échelle de la recherche et la mise en œuvre à l’échelle du module.
Ce protocole présente les méthodes de fabrication utilisées pour fabriquer des appareils photovoltaïques à couches minces De 0,5 m. À titre de comparaison, un ensemble d’appareils CdTe de 1,5 m sont fabriqués. Les structures d’absorbeur simple et bilayer ont des conditions de dépôt nominalement identiques dans toutes les étapes du processus, à l’exclusion du dépôt de CdSeTe. Pour caractériser si les absorbeurs CdSeTe/CdTe minces conservent les mêmes avantages démontrés par leurs homologues plus épais, la densité-tension actuelle (J-V), l’efficacité quantique (QE) et les mesures PL sont effectuées sur les dispositifs minces absorbeurs simples et bilayer. Une augmentation de la densité de courant court-circuit (JSC) mesurée par J-V et QE, en plus d’une augmentation du signal PL pour le CdSeTe/CdTe vs. Appareil CdTe, indiquez que les appareils CdSeTe/CdTe minces fabriqués par CSS montrent une amélioration notable de la collecte actuelle, de la qualité des matériaux et de l’efficacité de l’appareil.
Bien que ce travail se concentre sur les avantages associés à l’incorporation d’un alliage CdSeTe dans une structure d’appareil PV CdTe, le processus de fabrication complet pour les appareils CdTe et CdSeTe/CdTe est décrit par la suite dans son intégralité. La figure 1A,B montre les structures d’appareils terminées pour les appareils CdTe et CdSeTe/CdTe respectivement, composées d’un substrat en verre transparent recouvert d’oxyde (TCO), d’oxyde de zinc de magnésium de type n (MgZnO), d’un cdTe de type p ou d’un absorbeur CdSeTe/CdTe avec traitement de traitement et de dopage au cuivre CdCl2, d’une mince couche de te et d’un contact de nickel. À l’exclusion du dépôt d’absorbeur CSS, les conditions de fabrication sont identiques entre la structure simple et la structure bilayer. Ainsi, sauf indication contraire, chaque étape est effectuée sur les structures CdTe et CdSeTe/CdTe.

<table><tbody><tr><td>Profilomètre de surface Alpha Step</td><td>Tencor Instruments</td><td>10-00020</td><td>Instrument de mesure de l’épaisseur du film</td></tr><tr><td>CdCl2 Matériau</td><td>5N Plus</td><td>N/A</td><td>Matériau pour traitement de passivation de l’absorbeur</td></tr><tr><td>CdSeTe Matériau semi-conducteur</td><td>5N Plus</td><td>N/A</td><td>Matériau semi-conducteur de type P pour couche absorbante</td></tr><tr><td>CdTe Matériau semi-conducteur</td><td>5N Plus</td><td>N/A</td><td>Matériau semi-conducteur de type P pour couche absorbante</td></tr><tr><td>CESAR RF Générateur</td><td>d’énergie avancée</td><td>61300050</td><td>Générateur d’énergie pour MgZnO dépôt par pulvérisation cathodique</td></tr><tr><td>Matériau CuCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N/A</td><td>Matériau pour le dopage absorbeur</td></tr><tr><td>Matériau de délimitation</td><td>Kramer Industries Inc.</td><td>Mélamine Type 3 60-80 maille</td><td>Matériau de perles en plastique pour la délimitation du film</td></tr><tr><td>Boîtier de boîte à gants</td><td>Vaniman Manufacturing Co.</td>Boîtier de boîte à gants <td>Problast 3</td><td>pour la délimitation du film</td></tr><tr><td>Gold Crystal</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>KJLCRYSTAL6-G10</td><td>Crystal pour le moniteur d’épaisseur d’évaporation</td></tr><tr><td>Te HVLP et kit de pistolet de pulvérisation standard à alimentation par gravité</td><td>Husky</td><td>HDK00600SG</td><td>Pistolet de pulvérisation applicateur pour l’application de retour de peinture</td></tr><tr><td>Ni MgZnO Sputter Target</td><td>Plasmaterials, Inc.</td><td>PLA285287489</td><td>Matériau de la couche émettrice de type N</td></tr> Micro <tr><td>90 Solution de nettoyage du verre</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-18100-05</td><td>Solution pour le nettoyage initial</td></tr><tr><td>du verre NSG Tec10 Substrats</td><td>Pilkington</td><td>N/A</td><td>Verre d’oxyde transparent conducteur pour le contact électrique frontal</td></tr><tr><td>Super Shield Ni Revêtement conducteur</td><td>MG Chemicals</td><td>841AR-3.78L</td><td>Peinture conductrice pour la couche de contact arrière</td></tr><tr><td>Te Material</td><td>Sigma Aldrich</td><td>MKBZ5843V</td><td>Matériau pour la couche de contact arrière</td></tr><tr><td>Moniteur d’épaisseur</td><td>R.D. Mathis Company</td><td>TM-100</td><td>Instrument pour la programmation et la surveillance des conditions d’évaporation</td></tr><tr><td>Diluant</td> 1 <td>MG Chemicals</td><td>4351-1L</td><td>Diluant pour peinture à mélanger avec du Ni pour la couche de contact arrière</td></tr><tr><td>Nettoyeur à ultrasons 1</td><td>L & R Electronics</td><td>Q28OH</td><td>Nettoyeur à ultrasons 1 pour le nettoyage des vitres</td></tr><tr><td>Nettoyeur à ultrasons 2 Nettoyeur</td><td>à ultrasons</td><td>100S</td><td>Nettoyeur à ultrasons 2 pour le nettoyage</td></tr><tr><td>des vitres Spectromètre UV/VIS Lambda 2</td><td>PerkinElmer</td><td>166351</td><td>Spectromètre utilisé pour les mesures de transmission sur les films CdSeTe</td></tr></tbody></table>

close-space sublimation-deposited ultra-thin cdsete/cdte solar cells for enhanced short-circuit current density and photoluminescence

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

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.

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...

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.

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

L’ajout de telluride de sélénium de cadmium aux absorbeurs de telluride de cadmium est significatif aux améliorations pour des efficacités photovoltaïques. Des économies d’efficacité et de matériaux plus élevées grâce à des couches ultra minces font progresser le développement des énergies photovoltaïques et renouvelables. Les principaux avantages du dépôt automatisé de sublimation à l’espace rapproché en ligne ou CSS sont que la sublimation à l’espace proche est rapide et que le dépôt automatisé assure la reproductibilité entre les appareils.La sublimation à l’espace proche répond à l’un des défis du dépôt d’absorbeurs de film pour les cellules solaires. Le défi est qu’il peut être assez lent à déposer des films minces si près de l’espace sublimation nous permet de le faire à un rythme plus rapide et donc fabriquer plus de cellules solaires en une seule journée. Cette méthode de dépôt est également très utile pour d’autres dépôts de couches minces en ce que de nombreuses fois l’exposition atmosphérique n’est pas souhaitable.Comme avec n’importe quel système de fabrication, la surveillance initiale d’un utilisateur expérimenté est fortement conseillée. Puisque la fabrication de ces dispositifs photovoltaïques d’absorbeur de bicouche exige beaucoup d’étapes, la visualisation de l’échantillon après chaque étape est essentielle pour comprendre quelles qualités visuelles de film sont exigées. Commencez par utiliser un souffleur d’air portatif pour enlever délicatement les particules de poussière d’un substrat enrobé d’oxyde transparent propre marqué d’un marqueur permanent et utilisez une paire de pinces à épiler en caoutchouc pour charger le substrat propre sur le support de l’échantillon transparent côté oxyde conducteur vers le bas.Une fois la porte de verrouillage de charge fermée, pompez le verrou de charge jusqu’à ce que la jauge de pression de verrouillage de charge se lit en dessous de cinq fois 10 au torr négatif de deux et éteignez la pompe de verrouillage de charge. Ouvrez la porte de verrouillage de charge et attendez que la pression se niveler avant d’insérer manuellement le bras de transfert de sorte que l’échantillon se trouve au-dessus de la cathode obturée. Réglez le temps de dépôt désiré sur une insurité et commencez à chronométrer lorsque l’obturateur est ouvert manuellement.Fermez immédiatement l’obturateur au fur et à mesure que la insurgée s’éteint et rétractez complètement le bras de transfert avant de fermer la porte de verrouillage de chargement et de décharger l’échantillon. Pour obtenir le taux de dépôt d’oxyde de zinc de magnésium, utilisez un applicateur à pointe de coton trempé dans du méthanol pour enlever le marqueur de l’échantillon témoin et mesurer l’épaisseur à l’aide d’un profilomètre. Pour la sublimation à l’espace rapproché des couches absorbantes, placez les sources supérieures et inférieures du système de dépôt avec un différentiel de température pour une sublimation appropriée des matériaux.Utilisez un souffleur d’air portatif pour enlever délicatement les particules de poussière de l’oxyde de zinc de magnésium propre et transparent enduire l’oxyde conducteur substrat enduit et charger le substrat propre sur le côté d’oxyde de zinc de magnésium titulaire de l’échantillon vers le bas. Après avoir fermé la porte de verrouillage de charge, allumez le commutateur de rugosité de verrouillage de charge pour pomper le verrou de charge. Pendant le pompage vers le bas, réglez la recette de dépôt pour l’échantillon témoin de telluride de cadmium à 110 secondes habitent le temps dans la source de préchauffage pour soulever le verre à approximativement 480 degrés Celsius, 110 secondes dans la source de telluride de cadmium pour le dépôt de telluride de cadmium, 180 secondes dans la source de chlorure de cadmium pour la passivisation du telluride de cadmium de polycrystalline, 240 secondes dans la source anneale pour conduire le chlorure de cadmium dans l’absorbeur , et 300 secondes dans la source de refroidissement.Lorsque le verrou de charge est pompé en dessous de 40 millitorr, ouvrez la vanne de porte et démarrez la recette de dépôt dans le logiciel. Le bras de transfert se déplacera automatiquement dans les positions prédéfinises de retour à la position d’accueil une fois terminé. Lorsque le dépôt est terminé, éventez le verrou de charge à l’atmosphère et ouvrez la porte de verrouillage de charge.Lorsque l’échantillon est suffisamment frais pour être manipulé, retirez-le avec un chiffon sans peluche. Utilisez de l’eau déionisée pour rincer les résidus visibles de chlorure de cadmium de la surface du film dans un bécher gradué et sécher le film avec de l’azote comprimé. Ensuite, utilisez une lame de rasoir pour gratter une petite zone de matériau telluride de cadmium hors du substrat et utilisez un profilomètre de surface pour mesurer l’épaisseur du film telluride de cadmium pour déterminer le taux de dépôt.Lorsque la pression de verrouillage de charge est inférieure à 40 millitorr, exécutez une recette de bakeoff dans le logiciel. Lorsque le bakeoff est terminé, définir la recette de dépôt pour l’échantillon témoin de telluride de sélénium de cadmium pour établir l’épaisseur. Réglez 140 secondes de temps de vie dans la source de préchauffage pour élever le verre à environ 540 degrés Celsius, 300 secondes dans la source telluride de sélénium de cadmium pour le dépôt de telluride de sélénium de cadmium, et 300 secondes dans la source de refroidissement.Lorsque la pression de verrouillage de charge atteint moins de 40 millitorr, exécutez la recette de dépôt. Lorsque le dépôt de film telluride de sélénium de cadmium est terminé, déchargez l’échantillon refroidi avec un chiffon sans peluche et grattez une petite section de matériau pour déterminer le taux de dépôt de telluride de sélénium de cadmium avec un profilomètre comme démontré précédemment. Pour fabriquer un absorbeur unique de telluride de cadmium de 1,5 micron, réglez la recette de dépôt basée sur le taux de dépôt de telluride de cadmium et un traitement au chlorure de cadmium précédemment optimisé pour les absorbeurs ultra minces.Utilisez un temps de préchauffe de 110 secondes, un temps de vie telluride cadmium de 60 secondes, un temps de vie de chlorure de cadmium de 150 secondes, et un temps anneal de 240 secondes, et un temps de refroidissement de 300 secondes. Lorsque la pression de verrouillage de charge atteint moins de 40 millitorr, ouvrez la vanne de verrouillage de charge et sélectionnez démarrer. Le programme exécutera automatiquement la recette de dépôt sélectionnée pour revenir à la position de la maison à la fin de l’étape de refroidissement.Pour fabriquer un telluride de sélénium de 0,5 micron et un absorbeur de bicouche telluride de 1,0 micron, définir la recette de dépôt en fonction du taux de dépôt de l’absorbeur avec un temps de préchauffage de 140 secondes, un temps de vie telluride de sélénium de cadmium de 231 secondes, un temps de vie telluride cadmium de 50 secondes, un temps de vie de chlorure de cadmium de 150 secondes, un temps anneal de 240 secondes , et un temps de refroidissement de 300 secondes. Lorsque la pression de verrouillage de charge atteint moins de 40 millitorr, exécutez la recette de dépôt. Déchargez ensuite l’échantillon à l’achèvement de la recette et de l’échantillon de refroidissement tel que démontré.Lorsque les sources supérieure et inférieure ont atteint la température de fonctionnement, chargez l’échantillon sur le support de l’échantillon et déplacez séquentiellement le bras de transfert dans le chlorure de cuivre préchauffé et les positions anneales conformément à une mise à jour fixée pour le temps de dépôt de chaque position. La recette de cuivre de ce protocole a été optimisée pour 1,5 micron. Lorsque la dernière mise à jour s’éteint, retournez manuellement le bras de transfert à la position d’accueil et fermez la vanne de verrouillage de la charge.Pour le dépôt d’évaporation du tellurium mince, chargez le côté film échantillon vers le bas sur le support de l’échantillon et fermez le dessus de la chambre. Déplacez manuellement le levier dans la position de rugosité. Lorsque la pression descend en dessous de 10 millitorr, tournez le levier vers la position de la ligne avant et attendez environ 30 secondes pour qu’un pic momentané de pression soit résolu avant d’ouvrir la valve à vide élevé.Lorsque le lecteur de pression de chambre s’est basé, la pression de dépôt appropriée d’une fois 10 au cinquième torr négatif a été atteinte. Allumez l’interrupteur d’alimentation, ouvrez l’obturateur et activez le contrôle actuel pour commencer le dépôt. Lorsque l’écran de moniteur en cristal de quartz montre l’épaisseur souhaitée du tellurium, tournez rapidement et simultanément le courant à zéro, éteignez le commutateur d’alimentation et fermez l’obturateur.Avant d’appliquer le contact arrière de la peinture, secouez la solution de contact arrière pour assurer un mélange complet. Pulvériser la solution sur l’échantillon dans un mouvement latéral lent pour appliquer un contact uniforme de retour de nickel sur l’échantillon. Après avoir laissé sécher légèrement le contact arrière, répétez l’application autant de fois que nécessaire pour une couverture complète.Pour terminer la structure fine du film en dispositifs contactables électriquement, placez l’échantillon chargé dans un masque métallique dans une boîte à gants et utilisez un tuyau de siphon pour appliquer un milieu perlé en verre sur les parties non masquées de l’échantillon. Répétez l’application avec un deuxième masque de sorte qu’une fois la délimitation, 25 périphériques carrés de petite surface apparaissent dans un modèle de cinq par cinq sur l’échantillon. Nettoyez ensuite le côté film des échantillons à l’aide d’un applicateur à pointe de coton trempé dans de l’eau déionisée.Pour minimiser la résistance latérale dans les mesures électriques des appareils finis, soudure un modèle de grille entre les dispositifs avec une soudure d’indium. L’ajout de telluride de sélénium de cadmium à un absorbeur mince de telluride de cadmium améliore l’efficacité de dispositif par la qualité supérieure de matériel d’absorbeur démontrée par la photoluminescence plus élevée et les durées de vie résolues plus longues de décomposition de photoluminescence. De plus grandes efficacités sont également réalisées avec une densité de courant de court-circuit plus élevée.Le déplacement vers le bas de la courbe de tension de densité de courant léger le long de l’axe de densité de courant correspond à une augmentation de la densité de courant de court-circuit pour le dispositif d’absorbeur de bicouche le plus performant comparé au dispositif unique le plus performant d’absorbeur de telluride de cadmium. Les mesures d’efficacité quantique des dispositifs telluride cadmium telluride et cadmium sélénium telluride/cadmium telluride montrent la conversion supplémentaire de photons dans la longue plage de longueur d’onde du dispositif de cale et corroborent l’augmentation de la densité de courant de court-circuit pour cet appareil. L’importance d’optimiser le telluride de sélénium de cadmium au rapport d’épaisseur de telluride de cadmium est démontrée par une comparaison des résultats actuels de tension de densité.Les données d’un rapport de 0,5 à 1,0 micron et d’un rapport de 1,25 à 0,25 micron montrent un pli significatif dans ce dernier dispositif non optimal et une diminution conséquente de l’efficacité photovoltaïque. La chose la plus importante à retenir est que le rapport d’épaisseur entre le telluride de sélénium de cadmium et le telluride de cadmium est impératif pour la performance respectable de dispositif et devrait être optimisé pour chaque épaisseur d’absorbeur de cale. Après cette procédure, une couche matérielle supplémentaire peut être déposée après la cale pour agir comme réflecteur d’électrons.L’introduction de cette couche peut minimiser l’obstacle de déficit de tension dans les dispositifs à base de telluride de cadmium. L’incorporation d’un alliage de telluride de sélénium de cadmium dans les cellules solaires de bicouche a été utile non seulement pour les cellules solaires, mais pour développer les propriétés de cet alliage dans d’autres applications photovoltaïques. Les composés de cadmium peuvent être dangereux.Lorsque nous utilisons de tels composés et lorsque nous rinçons les résidus des films, il est important de porter des gants, un manteau de laboratoire, puis d’utiliser les procédures appropriées pour éliminer les déchets dangereux.

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