Name: סיליקון polycrystalline תאים סולאריים סרט דק עם plasmonic משופרת אור השמנה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:03:00.000+00:00
Duration: 9 min 32 s
Description: חקור שיטת לכידת אור פלסמונית בתאים סולאריים סיליקון רב-גבישי דקי-סרט באמצעות מערך ננו-חלקיקי כסף ומשקע מפוזר. שיטה זו מגבירה את הזרם הקצר ב-45% ללא פגמים בייצור.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

פרויקט המחקר נתמך על ידי המועצה למחקר אוסטרלי באמצעות מענק הקשר עם CSG השמש סוד בע&quot;מ ג&#39;ינג ראו מכיר אוניברסיטת לה המלגה סגנית הנשיא NSW דוקטורים. התמונות צולמו על ידי SEM Jongsung פארק באמצעות הציוד המסופק על ידי היחידה למיקרוסקופיה אלקטרונית מאוניברסיטת NSW.

1. ייצור של סיליקון לתאים סולאריים polycrystalline (אנימציה 3) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסיליקון בתצהיר הסרט <ol class="lalpha" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להכין את הכלי הקורה אלקטרוני על ידי אידוי אפייה זה ב ~ 100 מעלות צלזיוס למשך הלילה כדי להגיע ללחץ בסיס Torr 3E-8 &lt;. תנור קבוע מראש מדגם הטמפרטורה 150 ° C המתנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש המצע עשוי 5x5 ס&quot;מ 2 (או 10 X10 ס&quot;מ 2) המצע ההתכה של זכוכית בורו (שוט Borofloat33), 1.1 או 3.3 מ&quot;מ עובי, מצופים ~ 80 ננומטר של סיליקון ניטריד (שהוכן על ידי PECVD מ N 2 ו SIH 4 תערובת). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפוצץ את פני השטח של המצע עם חנקן יבש כדי להסיר אבק למקם אותו בעל המדגם. לפרוק את המנעול עומס, טען את המדגם, לשאוב את עומס לנעול ללחץ &lt;Torr 1E5, ולהעביר מדגם לתא הראשי. הפעל את החימום עד כדי סט של 250 ° C. לשאוב דקות על 20 כאשר הלחץ מגיע 8E-8 Torr או נמוכה יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק dopantהמקור סיליקון תריסים מקור סגורים. מראש בטמפרטורות המקור dopant על טמפרטורות המתנה, כלומר הטמפרטורה מקור זרחן על 700 ° C ומקור הטמפרטורה בורון ב 1250 ° C. התחל דואר אקדח להמיס סיליקון בכור ההיתוך של לאט הגדלת הנוכחי דואר אקדח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר הזרם הנדרש הוא הגיע (מ הכיול הקודם: זרם זה יכול להשתנות בהתאם הרובה אלקטרוני ותנאי מקור SI) להתאדות שכבות סיליקון מסוממים עם הריכוזים הנדרשים של P ו-B: 35 ננומטר פולט ב -3 ס&quot;מ 1E20 של P : 2 ~ 3 בולם מיקרומטר ב -3 ס&quot;מ 5E15 ב &#39;, 100 גב פני השדה ננומטר (BSF) בשעה 4E19 -3 ס&quot;מ של ב&#39; הריכוזים המדויקים dopant מושגות על ידי התאמת מסוימים שיעורי סי בתצהיר, כפי שנמדד על ידי קוורץ קריסטל צג (QCM), עם טמפרטורות מסוימות מקור dopant, באמצעות מערכות יחסים מבוססות מן כיול סימס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר אידוי מתבצע לעבור את דוד, לצנן את המדגם עבור 10 דקות ~. טרנסfer מדגם למנעול עומס, לסגור את השער שסתום, לפרוק את המנעול לטעון ולפרוק את המדגם עם הסרט סיליקון. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסיליקון גבישים אם המדגם הוא 10x10 ס&quot;מ 2, אותו ניתן לחתוך לארבעה 5x5 ס&quot;מ 2 חתיכות בגודל התא לפני התגבשותה. מניחים סרט סיליקון שהופקדו על זכוכית (Si את הסרט) על בעל עשוי מחוספס סיליקון מצופה ניטריד שוט Robax זכוכית (כדי למנוע דבק). טען לתנור שחומם מראש ל חנקן מטוהר 200-300 ° C. כבש את הטמפרטורה עד 600 מעלות צלזיוס ב 3 ~ 5 ° C / min ו לחשל עבור שעות 30. הפעל את התנור של דוד ולתת לתנור להתקרר באופן טבעי ~ 200 ° C (2 ~ 3 שעות) לפני ההסרה, לדוגמה. לדוגמה יכול להיות בעל צורה קעורה בשל הצטמקות סיליקון במהלך התגבשותה. זה יהיה לרדד במהלך עיבוד הבאה תרמית מהירה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעלת פגם dopant חישול (להרכבה עצמית) מניחים את המדגם עם הסרט התגבש על בעל עשוי גרפיט אני פירוליטי וoad למעבד תרמית מהירה מטוהר עם ארגון. כבש את הטמפרטורה עד 600 מעלות צלזיוס בשעה 1 ° C / S, אז עד 1000 מעלות צלזיוס ב 20 ° C / S, החזק דקות 1 מגניב ואז למטה באופן טבעי ~ 100 ° C ולפרוק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחמוצת פני סילוק מיד לפני הידרוגנציה תחמוצת פני השטח נוצרו על הסרט סיליקון במהלך התגבשותה ו RTA יש להסיר על מנת להבטיח כי השטח החשוף הסרט סיליקון חשוף מימן. לטבול את המדגם annealed בפתרון HF 5% עד משטח סיליקון הופך הידרופובי (30 ~ 100 ים). לשטוף עם מים ולייבש deionised עם אקדח חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פגם פסיבציה טען את המדגם לתוך תא ואקום מצויד מקור המימן מרחוק פלזמה. לשאוב עד &lt;1E-4 Torr, לחמם את המדגם עד ~ 620 ° C, להפעיל את ארגון / תערובת זרימת המימן (50:150 SCCM), קבע הלחץ 50-100 mTorr, הפעל את מקור הפלזמה על 3.5 קילוואט של כוח מיקרוגל להמשיך בתהליך דקות 10 ~. הפעל את התנור בזמן maintaining פלזמה 10-15 דקות אחר עד שהטמפרטורה יורדת למטה 350 מעלות צלזיוס לפני הפעלת הפלזמה את והפסקת זרימת הגז. לפרוק את המדגם כאשר הטמפרטורה היא מתחת 200 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תא metallisation Metallisation תא מתנהל בסדרה של דפוסים photolithographic ברציפות, בתצהיר אל הסרט ותחריט צעדים שיפורטו פרטים ב 11. התא הסופי נראה כמו שמוצג השקופית האחרונה של אנימציה 3. מבט מקרוב של התא metallised מוצג באיור 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד EQE של התא metallised. </li></ol> 2. ייצור של Nanoparticle Ag plasmonic (אנימציה 4) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפוצץ את שטח פני התא metallised עם חנקן יבש כדי להסיר אבק נטען מדגם לתוך המאייד תרמית המכילה סירה W מלא גרגרי AG (0.3-0.5 גרם). לשאוב את תא המאייד ללחץ בסיס של 2 ~ 3E-5 Torr. תוכנית QCM עם פרמטרים עבור Ag: צפיפות 10.50ו-Z יחס 0.529. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא תריס מדגם סגור, להפוך את הסירה דוד W על ולהגדיל הנוכחי לאט מספיק כדי למנוע עליית הלחץ מעל Torr 8E 5 עד גרגרי שמייצרת חברת נמס (כפי שנצפה דרך נמל השקפת). לאחר לחץ מייצב להגדיר הנוכחית עד כדי להגדיר המקביל שיעור בתצהיר Ag של 0.1-0.2 A / S (מ כיול), לפתוח את התריס כדי להתחיל את תהליך הדחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפקח על עובי הסרט גדל Ag באמצעות QCM ולסגור את התריס כאשר עובי של 14 ננומטר הוא הגיע. לאפשר את הסירה W להתקרר במשך 15 דקות בערך, לפרוק את המדגם. הסרט צריך להיות מרותק אל יוצרים חלקיקים מיד לאחר בתצהיר ככל האפשר, כדי למנוע חמצון Ag. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תא עם הסרט Ag שהופקדו טרי מכניסים לתנור שחומם מראש ל חנקן מטוהר 230 0.1-0.2 מעלות צלזיוס, מרותק דקות 50, ופרק אחר. הערה שינוי מראה פני השטח בשל חלקיקים. תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של חלקיקים AG היא shoWN באיור. 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד EQE של התא עם מערך nanoparticle. </li></ol> 3. ייצור של רפלקטור אחורי רפלקטור אחורי כולל של ~ 300 ננומטר עבים MGF 2 (RI 1.38) חיפוי דיאלקטרי עם המעיל של צבע התקרה מסחרי לבן (Dulux). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני בודה רפלקטור אחורי המגעים התא צריך להיות מוגן על ידי יישום דיו שחור סמן עליהם, המאפשר לחשוף את המגעים מתחת דיאלקטרי בתהליך ההמראה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש באקדח החנקן לפוצץ את המדגם עם מערך NP ואנשי הקשר צבועים להסרת אבק. להפעיל לחץ חנקן צנוע טיפול תרגיל לא לפוצץ את חלקיקי משם. מניחים את המדגם לתוך המאייד תרמית המכילה סירה W מלא MGF 2 יחידות. לשאוב את המאייד ללחצים של Torr 2 3E-5 ~. הגדרת פרמטרים QCM עבור MGF 2: צפיפות 3.05 יחס Z 0.637. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא shutte מדגםR סגורה, להפעיל את דוד הסירה ולאט לאט להגביר את הזרם, כדי למנוע עלייה בלחץ מוגזם עד MGF 2 נמס לראות דרך יציאת השקפת. לאחר לחץ מייצב להגדיר הנוכחית עד כדי להגדיר המקביל שיעור 2 MGF בתצהיר של 0.3 ננומטר / ים ופתח את תריס מדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפקח על עובי שהופקדו באמצעות QCM ולסגור את התריס כאשר 300 ננומטר הוא הגיע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכבים את התנור. לאפשר את הסירה W להתקרר במשך 15 דקות בערך, לפרוק את המדגם. הערה שינוי מראה את התא עם חיפוי 2 MGF. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להסיר את המסכה דיו אנשי הקשר סלולריים לטבול את התא עם דיאלקטרי חיפוי לתוך אצטון. המתן עד דיאלקטרי מעל הדיו מתחיל פיצוח ממריא. שמור על תא אצטון עד שכל הדיו עם דיאלקטרי יוסר אנשי הקשר מתכת חשופים לחלוטין. הסר את המדגם מ אצטון, לשטוף עם אצטון טרי ויבש עם אקדח חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למרוח שכבה שלצבע לבן (Dulux אחד מעיל בצבע התקרה) עם מברשת רכה יפה על פני התא כולו בזהירות למנוע את מגעי המתכת. שכבת הצבע צריך להיות עבה מספיק כדי להיות אטום לגמרי (~&gt; 0.5 מ&quot;מ), כך אין אור ניתן לראות כאשר מסתכלים דרך התא צבוע במקור אור חזק. בואו לצייר יבש ליום אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד EQE של התא עם רפלקטור אחורי בצבע לבן. </li></ol> 4. נציג תוצאות הנוכחי השמש לקצר תא מחושב על ידי שילוב עקומת EQE על פני ספקטרום תקן השמש העולמי (מסת אוויר 1.5). גם התא הנוכחי ושיפור שלה בשל אור השמנה תלוי בעובי שכבת בולם התא: הנוכחי עצמו הוא גבוה יותר תאים עבים יותר אבל שיפור הנוכחי גבוה עבור מכשירים דקים יותר, ראה טבלה מס &#39;1 עבור הנתונים המתאימים ואנימציה 5 עבור EQE עקומות. המקוריים 2 מיקרומטר תאים עובי, בלי אור, השמנה, Hשד &#39;JSC נמדד צעד 1.7.) של ~ 15 mA / cm 2. לאחר ייצור של מערך nanoparticle, JSC מגדילה עד כ - 20 mA / cm 2, שהוא שיפור של 32%. הוא קצת יותר השפעה שיפור של 25-30% על ידי רפלקטור מפוזר האחורי בלבד. לאחר הוספת רפלקטור האחורי מפוזר על MGF 2 חיפוי לתא עם מערך nanoparticle plasmonic, JSC הוא גדל עוד יותר עד 2 22.3 mA / cm, או שיפור על 45%. שימו לב לתא מיקרומטר 3 עבה זרמים בכל גבוהות יותר, עד 25.7 mA / 2 ס&quot;מ תוך שיפור יחסי הוא מעט נמוך יותר, 42%: אור ההשמנה יש השפעה יחסית גדולה יותר של מכשירים דקים יותר. <table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> התא עובי: </td><td colspan="2"> 2 מיקרומטר </td><td colspan="2"> 3 מיקרומטר </td></tr><tr><td></td><td> JSC, mA / cm 2 </td><td><s<html> טרונג&gt; +% </td><td> JSC, mA / cm 2 </td><td> +% </td></tr><tr><td> התא המקורי </td><td> 15.4 </td><td></td><td> 18.1 </td><td></td></tr><tr><td> מפוזר רפלקטור אחורי (R) </td><td> 20.1 </td><td> 30.5 </td><td> 21.5 </td><td> 18.8 </td></tr><tr><td> חלקיקים (NP) </td><td> 20.3 </td><td> 31.8 </td><td> 21.9 </td><td> 21.0 </td></tr><tr><td> NP / MGF 2 / R </td><td> 22.3 </td><td> 45.3 </td><td> 25.7 </td><td> 42.0 </td></tr></tbody></table> טבלה 1. תא plasmonic לקצר הנוכחי ושיפור שלה בהשוואה לתא המקורי. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/4092/4092fig1.jpg" /> 1. איור מקרוב לאור תא פולי-Si סרט דק השמש עם רשת metallisation. / Ftp_upload/4092/4092fig2.jpg &quot;/&gt; איור 2. סריקת תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים של חלקיקים שמייצרת חברת על משטח סיליקון. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/4092/4092fig3.jpg" /> איור 3. תצוגה סכמטית של תא plasmonic גבישי סרט דק סיליקון השמש (לא בקנה מידה). <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/4092/4092fig4.jpg" /> איור 4 חיצוני היעילות הקוונטית ו לקצר הנוכחי על סיליקון polycrystalline סרט דק תאים עם רפלקטור מפוזר חלקיקים plasmonic: מקווקו שחור - האוסף 2 מיקרומטר עבה תא ללא אור השמנה, JSC 15.36 mA / cm 2, כחול - התא. עם רפלקטור צבע דיפוזי, JSC 20.08 mA / cm 2, אדום - תא עם חלקיקים plasmonic AG, JSC 20.31 mA / cm 2, ירוק - תא עם חלקיקים, MGF 2, המשקף צבע דיפוזי, JSC </eמ &#39;&gt; 22.32 mA / cm 2. סגול - 3 תאים מיקרומטר עבה (על זכוכית בעובי 3 מ&quot;מ) עם חלקיקים, MGF 2, המשקף מפוזר, JSC 25.7 mA / cm 2 (לציין בתגובה כחול נמוך בשל הבדלים לא מכוונות בשכבות AR ואת עובי פולט). מוצק שחור - 2 מיקרומטר מרקם עבה תא שהוכן על ידי בתצהיר פלזמה משופרת אדים כימיים (על זכוכית 3 מ&quot;מ עובי), JSC 26.4 mA / cm 2, הראו להשוואה. אנימציה 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4092/4092animation1.pptx" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג אנימציה</a> . אנימציה 2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4092/4092animation2.pptx" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג אנימציה</a> . אנימציה 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4092/4092animation3.pptx" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג אנימציה</a>. 4 אנימציה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4092/4092animation4.pptx" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג אנימציה</a> . אנימציה 5. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4092/4092animation5.pptx" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג אנימציה</a> .

<ol><li>Kerf-free wafering. Henley, F. J. Proc. 35th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Honolulu, USA, , 1184-1192 (2010).</li>
<li>Kunz, O., Wong, J., Janssens, J., Bauer, J., Breitenstein, O., Aberle, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shunting+problems+due+to+sub-micron+pinholes+in+evaporated+solid-phase+crystallised+poly-Si+thin-film+solar+cells+on+glass%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+Photovoilt.%3A+Res.+Appl%22%5BJournal%5D)">Shunting problems due to sub-micron pinholes in evaporated solid-phase crystallised poly-Si thin-film solar cells on glass.</a> Progress Photovoilt.: Res. Appl. 17, 35-46 (2009).</li>
<li>Kunz, O., Ouyang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((5%25+Efficient+evaporated+solid-phase+crystallised+polycrystalline+silicon+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+Photovolt.%3A+Res.+Appl%22%5BJournal%5D)">5% Efficient evaporated solid-phase crystallised polycrystalline silicon solar cells.</a> Progress Photovolt.: Res. Appl. 17, 567-573 (2009).</li>
<li>Van Nieuwenhuysen, K., Payo, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epitaxially+grown+emitters+for+thin+film+silicon+solar+cells+result+in+16%25+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Epitaxially grown emitters for thin film silicon solar cells result in 16% efficiency.</a> Thin Solid Films. 518, S80-S82 (2008).</li>
<li>Lee, B. G., Stradin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-trapping+by+a+dielectric+nanoparticle+back+reflector+in+film+silicon+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Light-trapping by a dielectric nanoparticle back reflector in film silicon solar cells.</a> Appl. Phys. Lett. 99, 064101(2011).</li>
<li>Catchpole, K. R., Polman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Plasmonic solar cells.</a> Optics Express. 16, 21793-21800 (2008).</li>
<li>Ouyang, Z., Zhao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticle+enhanced+light-trapping+in+thin-film+silicon+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+Photovolt.%3A+Res.+Appl%22%5BJournal%5D)">Nanoparticle enhanced light-trapping in thin-film silicon solar cells.</a> Progress Photovolt.: Res. Appl. 19, 917-926 (2011).</li>
<li>Catchpole, K. R., Polman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+principle+for+particle+plasmon+enhanced+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Design principle for particle plasmon enhanced solar cells.</a> Appl. Phys. Lett. 93, 191113(2008).</li>
<li>Beck, F. J., Mokkapati, S., Polman, A., Catchpole, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Asymmetry+in+photocurrent+enhancement+by+plasmonic+nanoparticle+arrays+located+on+the+front+or+on+the+rear+of+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Asymmetry in photocurrent enhancement by plasmonic nanoparticle arrays located on the front or on the rear of solar cells.</a> Appl. Phys. Lett. 96, 033113(2008).</li>
<li>Beck, F. J., Verhagen, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resonant+SPP+modes+supported+bt+discrete+metal+nanoparticles+on+high+index+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Resonant SPP modes supported bt discrete metal nanoparticles on high index substrates.</a> Optics Express. 19, 146-156 (2010).</li>
<li>Kunz, O., Ouyang, Z., al, at <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((5%25+Efficient+evaporated+solid-phase+crystallised+polycrystalline+silicon+thin-film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+Photovolt%22%5BJournal%5D)">5% Efficient evaporated solid-phase crystallised polycrystalline silicon thin-film solar cells.</a> Progress Photovolt. 17, 567-573 (2009).</li>
<li>10% Efficient CSG minimodules. Keevers, M. J., Young, T. L. Proc. 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan, Italy, , 1783-1790 (2007).</li>
</ol>

אין ניגוד עניינים הצהיר.

התאדו polycrystalline סיליקון לתאים סולאריים פיזור האור חלקיקים plasmonic שותפים אידיאליים אור השמנה. תאים אלה הם מישוריים, ולכן הם לא יכולים להסתמך על פיזור אור ממשטחים בעלי מרקם, או חלקיקים plasmonic יכול להיווצר בקלות על משטחים בעלי מרקם. התאים אחת בלבד, השטח האחורי עם סיליקון חשוף ישירות, אשר במקרה גם את המיקום הטוב ביותר עבור nanoparticle plasmonic היעיל ביותר לאור פיזור. יתר על כן, השיטה הקלה ביותר ליצירת nanoparticle ידי חישול תרמית הוא גם המתאים ביותר עבור אור השמנה בגלל ה...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם מגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> תגובות </td></tr><tr><td> כסף גרעינית </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 303372 </td><td> 99.99% </td></tr><tr><td> MGF 2, גבישים אקראיים, כיתה אופטי </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 378836 </td><td> &gt; = 99.99% </td></tr><tr><td> Dulux חד מעיל התקרה בצבע </td><td> Dulux </td><td></td><td> R&gt; 90% (500-1100 ננומטר) </td></tr></tbody></table>

סיליקון polycrystalline תאים סולאריים סרט דק עם plasmonic משופרת אור השמנה

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

אחת הגישות המרכזיות להפחתת עלויותיהם של תאי סולאריים היא צמצום כמות חומר המישממי (semiconductor) המשמש לייצורם והפחתת עובי התאים. כדי לפצות על ספיגת אור נמוכה יותר, התקנים דקים פיזית שכאלו חייבים להטמיע מנגנוני לכידת אור המגדילים את העובי האופטי שלהם. פיזור אור על ידי משטחים בעלי טקסטורה הוא טכניקה נפוצה, אך לא ניתן להחילה באופן גורף על כל טכנולוגיות התאים הסולאריים. חלק מהתאים, למשל אלו העשויים מסיליקון מאופרא, הם מישוריים בעת ייצורם והם דורשים אמצעי לכידת אור חלופי המתאים להתקנים מישוריים. גישה יעילה לכך היא שימוש בננו-חלקיקים מתכתיים הנוצרים על פני השטח של תא סיליקון מישורי ומסוגלים להפחית אור הודות לתהודה פלסמונית של פני השטח (surface plasmon resonance).
המאמר מציג הליך ייצור של תאי סולאריים מסיליקון פוליקריסטלי מאויד עם לכידת אור פלסמונית, ומדגים כיצד יעילות הקוונטום של התא משתפרת עקב נוכחותן של ננו-חלקיקי מתכת.
כדי לייצר את התאים, שכבה המורכבת משכבות סיליקון לסירוגין מסוממות בבורון ובזרחן מורספת על מצע זכוכית באמצעות אידוי באלומה אלקטרונית. שכבה שהייתה אמורפית בתחילה עוברת התגבשות, ופגמים אלקטרוניים מומתנים על ידי חישול ופסיבציה במימן. מגשרי מגעים ממתכת מיושמים על השכבות בעלות הקוטביות הנגדית כדי להוציא את החשמל הנוצר בתא. בדרך כלל, לתא כזה בעובי של ~2 μm יש צפיפות זרם קצר (Jsc) של 14-16 mA/cm2, אותה ניתן להעלות עד ל-17-18 mA/cm2 (גבוהה ב-~25%) לאחר יישום של מחזיר אור אחורי מפוזר פשוט העשוי מצבע לבן.
כדי ליישם לכידת אור פלסמונית, נוצר מערך של ננו-חלקיקי כסף על פני השטח של הסיליקון המטלי של התא. שכבת כסף ראשונית מורגשת על התא באמצעות אידוי תרמי ומעובדת בחום ב-23°C כדי ליצור ננו-חלקיקי כסף. ניתן לכוון את גודל ונחיתות הננו-חלקיקים, המשפיעים על פיזור האור הפלסמוני, לצורך שיפור ביצועי התא על ידי שינוי עובי השכבה הראשונית ותנאי החמימה שלה. מערך ננו-חלקיקים מותאם בלבד מוביל לשיפור של ה-Jsc של התא בכ-28%, בדומה להשפעה של מחזיר אור מפוזר. ניתן להגביר את זרם הפוטו-אלקטרונים עוד יותר על ידי ציפוי הננו-חלקיקים בדיאלקטריק בעל מקדם שבירה נמוך, כגון MgF2, והחלת מחזיר האור המפוזר. מבנה התא הפלסמוני המלא מורכב משכבת סיליקון פוליקריסטליני, מערך ננו-חלקיקי כסף, שכבת MgF2 ומחזיר אור מפוזר. ה-Jsc עבור תא כזה הוא 21-23 mA/cm2, גבוה בעד 45% מה-Jsc של התא המקורי ללא לכידת אור, או גבוה בכ-25% מה-Jsc עבור תא עם מחזיר אור מפוזר בלבד.
מבוא
לכידת אור בתאי סיליקון סולאריים מושגת בדרך כלל באמצעות פיזור אור בממשקים בעלי טקסטורה. אור מפוזר נע בתוך התא בזוויות אלכסוניות למרחק ארוך יותר, וכאשר זוויות אלו עולות על הזווית הקריטית בממשקי התא, האור נלכד באופן קבוע בתא על ידי החזרה פנימית מלאה (Animation 1: Light-trapping). למרות שסכימה זו פועלת היטב עבור רוב התאים הסולאריים, קיימות טכנולוגיות מתפתחות שבהן שכבות Si דקות במיוחד מיוצרות באופן מישורי (למשל, טכנולוגיות העברת שכבות ושכבות epitaxial c-Si) 1 או כאשר שכבות אלו אינן תואמות למצעים בעלי טקסטורה (למשל, סיליקון מאודה) 2. עבור שכבות Si מישוריות במקור אלו, הוצעו גישות חלופיות ללכידת אור, כגון מחזיר אור בצבע לבן מפוזר 3, טקסטורציה של סיליקון באמצעות פלזמה 4 או מחזיר אור מננו-חלקיקים בעלי מקדם שבירה גבוה 5.
ננו-חלקיקי מתכת יכולים לפזר ביעילות אור פגוע לתוך חומר בעל מקדם שבירה גבוה יותר, כגון סיליקון, הודות לאפקט תהודה של פלזמונים פניים 6. ניתן גם ליצור אותם בקלות על פני השטח המישוריים של תא סיליקון, ובכך להציע גישה ללכידת אור כחלופה לטקסטורציה. עבור ננו-חלקיק הממוקם בממשק האוויר-סיליקון, חלק האור המפוזר המצומד לסיליקון עולה על 95%, וחלק גדול מאור זה מפוזר בזוויות שמעל הזווית הקריטית, מה שמספק תנאי לכידת אור כמעט אידיאליים (Animation 2: Plasmons on NP). ניתן לכוונן את התהודה לאזור אורך הגל החשוב ביותר עבור חומר ותכנון ספציפיים של תא, על ידי שינוי הגודל הממוצע של הננו-חלקיקים, כיסוי פני השטח והסביבה הדיאלקטרית המקומית 6,7. עקרונות תכנון תיאורטיים של תאי סולאריים המבוססים על ננו-חלקיקים פלסמוניים הוצעו במחקרים 8. בפועל, מערך של ננו-חלקיקי Ag הוא שותף אידיאלי ללכידת אור עבור תאי סולאריים של שכבה דקה של poly-Si, מכיוון שרוב עקרונות התכנון הללו מתמלאים באופן טבעי. הדרך הפשוטה ביותר ליצירת ננו-חלקיקים באמצעות התבססות תרמית (thermal annealing) של שכבת מקור דקה של Ag מביאה למערך אקראי עם התפלגות גודל וצורה רחבה יחסית, דבר המתאים במיוחד ללכידת אור כיוון שמערך כזה הוא בעל פס תהודה רחב, המכסה את טווח אורכי הגל של 700-900 nm, החשוב לביצועי תאי סולאריים של poly-Si. ניתן למקם את מערך הננו-חלקיקים רק על פני השטח האחוריים של תא ה-poly-Si, ובכך למנוע התאבכות הרסנית בין האור הפגוע לאור המפוזר, המתרחשת עבור ננו-חלקיקים הממוקמים בחלק הקדמי 9. יתרה מכך, תאי שכבה דקה של poly-Si אינם דורשים שכבת פסיבציה, והננו-חלקיקים בעלי הבסיס השטוח (שנוצרים באופן טבעי מהתבססות תרמית של שכבת מתכת) יכולים להונח ישירות על הסיליקון, מה שמגביר עוד יותר את יעילות הפיזור הפלסמוני בשל תהודת פלזמון-פולריטון פני 10.
לתא עם מערך הננוחלקיקים הפלסמוניים כפי שמתואר לעיל יכול להיות זרם פוטו-אלקטרי הגבוה בכ-28% מזה של התא המקורי. עם זאת, המערך עדיין מעביר כמות משמעותית של אור הבורחת דרך גב התא ואינה תורמת לזרם. ניתן לצמצם הפסד זה על ידי הוספת מחזיר אור אחורי כדי לאפשר לכידה של האור המועבר והפניתו בחזרה אל התא. במידה ויישמר מרחק מספיק בין המחזיר לננוחלקיקים (כמה מאות ננומטרים), האור המוחזר יעבור אירוע פיזור פלסמוני נוסף בעת מעברו דרך מערך הננוחלקיקים עם כניסתו מחדש לתא, וניתן להפוך את המחזיר עצמו למפיץ (diffuse) - שני אפקטים אלו מקלים עוד יותר על פיזור האור ובכך על לכידת האור. חשוב לציין כי יש לאג encapsulating את ננוחלקיקי ה-Ag בדיאלקטרי אינרטי בעל מקדם שבירה נמוך, כגון MgF2 או SiO2, מהמחזיר האחורי כדי למנוע נזק מכני וכימי 7. מקדם שבירה נמוך עבור שכבת הציפוי (cladding) זו נדרש כדי לשמור על שבר צימוד גבוה לתוך הסיליקון ועל זוויות פיזור גדולות יותר, המובטחות על ידי הניגודיות האופטית הגבוהה בין התווכים משני צדדי הננוחלקיק, הסיליקון והדיאלקטרי 6. הזרם הפוטו-אלקטרי של התא הפלסמוני עם המחזיר האחורי המפיץ יכול להיות גבוה בעד 45% מהזרם של התא המקורי, או גבוה בעד 25% מהזרם של תא שווה-ערך עם מחזיר מפיץ בלבד.

סיליקון polycrystalline סרט דק תאים סולריים על זכוכית מיוצרים על ידי הפקדת שכבות בורון וזרחן סיליקון מסוממים ואחריו פסיבציה, פגם גבישים ו metallisation. Plasmonic אור השמנה הוא הציג על ידי יצירת חלקיקים שמייצרת חברת על משטח סיליקון תא כתרים עם רפלקטור מתפזרת וכתוצאה מכך שיפור ~ פוטוני 45%.

אחת מהגישות המרכזיות להוזלת תאי סולאריים היא הפחתת כמות חומר המוליך למחצה המשמש לייצורם והפיכת התאים לדקים יותר. כדי...

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא להדגים כיצד פיזור אור על ידי ננו-חלקיקים פלסמוניים מגביר את לכידת האור בתאי סולאריים בעלי קרום דק ומשפר את ביצועיהם. דבר זה מושג על ידי השקעת סרט חומר מקדים של כסף על פני השטח האחוריים של התא הסולארי בעל הקרום הדק, ולאחר מכן חימומו כדי לייצר מערך אקראי של ננו-חלקיקי כסף המפזרים אור. כשלב שני, התא הסולארי עם מערך הננו-חלקיקים מצופה בשכבת דיאלקטרי של מגנזיום פלואוריד, ולאחריה בצבע לבן להוספת מחזיר אור אחורי מפוזר, אשר לוכד את האור המועבר דרך מערך הננו-חלקיקים. כדי להגביר עוד יותר את זרם הפוטו של התא, האור שנכנס לתא הסולארי ושאינו נספג במעבר הראשון, מפוזר בחזרה אל התאים הן על ידי מערך הננו-חלקיקים והן על ידי המחזיר המפוזר האחורי בזוויות אלכסוניות, מה שמגביר את העובי האופטי של התא ובכך משפר את ספיגת האור. התוצאות שהתקבלו מראות שזרם קצר של התא הסולארי עולה ב-45% בנוכחות המחזיר הפלסמוני המפזר אור.היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני גישות קונבנציונליות ללכידת אור המבוססות על טקסטורציה הוא שניתן להחילה על התקנים שטוחים ומיוצרים במלואם, ובכך להימנע מסיבוכים בלתי אפשריים הנובעים מפגמים הקשורים לטקסטורציה או מחוסר תאימות עם תהליכי ייצור ההתקנים. אף ששיטה זו מיושמת על תאי סיליקון גבישיים, ניתן להחילה גם על סוגים אחרים של תאי שמש והתקנים אופטואלקטרוניים לשיפור ביצוע

polycrystalline-silicon-thin-film-solar-cells-with-plasmonic-enhanced

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

פינצטה Plasmonic ננו גבישים פוטוניים מוצגים לייצר שיפורים שימושיים בשליטה היעילות ואת האוריינטציה של אופטית השמנה מיקרו ו ננו חלקיקים.

ניצול של ננו גבישים פוטוניים Plasmonic ו מניפולציה מיקרו ו Nanoparticle משופרת

אסטרטגיה כללית לפיתוח של הפרדת תשלום מרוכבים מוליכים למחצה ננו פריסה לייצור אנרגיה סולארית מוצגת. אנו מראים כי הרכבה של תחומי התורם acceptor ננו בגיאומטרית nanoparticle אחת מעורר פונקצית הפוטו, בעוד בתפזורת-heterojunctions של-acceptor תורם ננו סרטים יכול לשמש להמרת אנרגית פוטו.

קצירת אנרגיה סולארית באמצעות תשלום פרדת Nanocrystals והמוצק שלהם

מודגם ייצור סורגים בעלי ניגודיות גבוהה כאלמנט מפזר הספקטרום המקביל במערכת פוטו-וולטאית מרוכזת. מתוארים תהליכי ייצור הכוללים ליתוגרפיה של ננו-טביעה, התזת TiO2 ותחריט יונים תגובתי. תוצאות מדידת השתקפות משמשות לאפיון הביצועים האופטיים.

המצאה של Gratings ניגודיות הגבוה לפיצול הספקטרום Dispersive האלמנט במערכת פוטוולטאית מרוכזת

מתוארת מתודולוגיה מבוססת הדפסת העברה בת קיימא להכנסת ננו-מבני מתכת פלזמוניים בתאים סולאריים.  באמצעות חותמות פולי ננו-עמודים (דימתילסילוקסן), מערך ננו-דיסק מסודר מבוסס Ag שולב עם תאים סולאריים מיקרו-קריסטליים מוקשים סטנדרטיים, מה שהוביל לשיפור ביצועי המכשיר עקב לכידת אור פלזמונית.

שילוב של אור ננו-מבני כסף השמנה בתאים סולריים המוקשה Microcrystalline הסיליקון ידי העברת הדפסה

פרוטוקול זה מתאר את בתצהיר סינתזת פתרון של שכבת nanocrystals אורגנית אחר שכבה לייצר אלקטרוניקת סרט דקה על משטחים שאינם מוליכים. דיו מרכך מיוצב יכול לייצר התקנים פוטו מלאים על מצעי זכוכית באמצעות ציפוי ספין ומרסס בעקבות הדיאלוג ליגנד sintering שלאחר בתצהיר.

המצאה של התקנים פוטו ננו אורגניים לגמרי פתרון מעובד

שיטת תאים סולריים להדפסה, פולרן-חינם לחלוטין, מאוד אוויר-יציב, בתפזורת-heterojunction מבוססים על Ti alkoxides כמו acceptor האלקטרון לבין ייצור הפולימרים לתרום אלקטרונים מתוארת כאן. יתר על כן, שיטה לשליטה על המורפולוגיה של שכבת photoactive דרך bulkiness המולקולרי של יחידות Ti-alkoxide מדווח.

בקרת מורפולוגיה עבור תאים סולריים מילוי heterojunction אורגני-אורגניים להדפסה מלא מבוסס על מולקולה פולימרית Ti-alkoxide ו מוליכים למחצה

אנו מציגים מחקר מקיף על ההשפעות של שיטות ייצור שונות עבור שכבות דקות perovskite אורגניות / אורגניות על ידי השוואת מבנים גבישיים, צפיפות מצבים, רמות אנרגיה, ובסופו של דבר ביצוע תאים סולאריים.

השפעת שיטות ייצור perovskite היברידיות על יצירת סרט, מבנה אלקטרוני, ואת ביצוע תאים סולאריים

כתב יד זה מתאר כיצד לעצב, הרכיבו יעיל SMPV1:PC הפוכה71מוניטור השמש תאים עם ZnO nanorods (NRs) גדל על שכבת זרע ZnO באל-מסטול (אזו) באיכות גבוהה. מיושר היטב באופן אנכי אוריינטציה ZnO NRs נספח מאפייני גבישי גבוהה. המרת כוח יעילות תאים סולריים יכולים להגיע 6.01%.

היטב מיושר אנכית מונחה ZnO Nanorod מערכים ויישומם ב הפוך קטן מולקולה תאים סולריים

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפתח ביצועים גבוהים פער/Si heterojunction השמש תאים עם חיים גבוהה של המיעוט-המוביל סי.

פיתוח תאים סולריים ביצועים גבוהים פער/סי Heterojunction

עבודה זו מתארת את תהליך הייצור המלא של מכשירים פוטו-וולטאי קדמיום לשיפור יעילות מוגברת. התהליך מנצל מערכת ואקום אוטומטית בתוך שורה לקבלת מרחב הסובלימציה המראה מדרגי, מתוך הייצור של מכשירים מחקר שטח קטן, כמו גם מודולים בקנה מידה גדול.

מרחב המראה הופקד במיוחד CdSeTe/CdTe תאים סולריים עבור משופר במעגל קצר מעגל צפיפות ופוטוטולוט

נייר זה הוא הדגמה והנחיה לבצע ולנתח בתוך הבית (עם מכשיר רנטגן מעבדה) בניסויים GISAXS situ של ייבוש דיו על רול לגלגול חריץ למות מצופה, לא פולרן אורגני פוטו וולטאי.

באתרו שכיחות מרעה פיזור רנטגן זווית קטנה על ציפוי רול לגלגול של תאים סולריים אורגניים עם מכשור רנטגן מעבדה

חקור שיטת לכידת אור פלסמונית בתאים סולאריים סיליקון רב-גבישי דקי-סרט באמצעות מערך ננו-חלקיקי כסף ומשקע מפוזר. שיטה זו מגבירה את הזרם הקצר ב-45% ללא פגמים בייצור.

סיליקון polycrystalline תאים סולאריים סרט דק עם plasmonic משופרת אור השמנה

גלה סרטונים נוספים