איכות heterojunction משופר ב Cu ₂ O מבוסס תאים סולריים באמצעות אופטימיזציה של לחץ האטמוספרה אטומי שכבת מרחבים שהופקדה
Zn _1-x Mg _x O

כאן אנו מציגים פרוטוקול סינתזה Zn _1-x Mg _x O / Cu ₂ O heterojunctions ב-באוויר הפתוח בטמפרטורה נמוכה באמצעות בתצהיר שכבה אטומית מרחבית בלחץ אטמוספרי (AP-SALD) של Zn _1-x Mg _x O על תחמוצת cuprous. כזה תחמוצות מתכת באיכות גבוהה קונפורמי ניתן לגדל על מגוון מצעים כולל פלסטיק בשיטה זולה וניתן להרחבה זו.

המטרה הכוללת של הליך זה היא להשיג ממשק באיכות גבוהה בצמתים של תחמוצת אבץ תחמוצת קופרוס המסונתזים מחוץ לוואקום. זה מושג על ידי תצהיר שכבה אטומית מרחבית בלחץ אטמוספרי או AP-SALD של סרטי תחמוצת אבץ על תחמוצת קופרוס מחומצנת תרמית. ALD מרחבי אטמוספרי היא טכניקת הדפסת תחמוצת המאפשרת תצהיר של סרטי תחמוצת קונפורמיים עם בקרת עובי מדויקת בתהליך תואם כפול משלהם בלחץ אטמוספרי ובטמפרטורה נמוכה.

מערכת ה-ALD המרחבית שלנו בלחץ אטמוספרי אידיאלית לסינתזה מהירה של תחמוצות מתכת איכותיות, אחידות, גבישיות, רב-רכיביות לאלקטרוניקה, כפי שהודגם עבור תחמוצת מגנזיום אבץ בעבודה זו. ראשית, חותכים רדיד נחושת בעובי 0.127 מילימטר לריבועים בגודל 13 על 13 מילימטר ומנקים על ידי סוניקציה באצטון. יבש את ריבועי נייר הנחושת בעזרת אקדח אוויר כדי להסיר את שאריות האצטון.

לאחר מכן, הניחו את המצעים המיובשים בכור היתוך מאלומיניום והניחו את כור ההיתוך בתנור. מחממים את ריבועי רדיד הנחושת ל -1, 000 מעלות צלזיוס עם זרימה רציפה של ארגון. עקוב אחר סביבת הגז בתנור עם מנתח הגז לאורך כל החמצון.

כאשר מגיעים לטמפרטורה של 1,000 מעלות צלזיוס, הכניסו חמצן לתנור בקצב זרימה כדי להשיג לחץ חלקי של 10,000 חלקים למיליון חמצן ושמרו לפחות שעתיים. לאחר שעתיים, כבה את זרימת החמצן. כשגז הארגון זורם, יש לקרר את התנור ל -500 מעלות צלזיוס.

מרסקים את המצעים המחומצנים על ידי נסיגה מהירה של כור ההיתוך מהתנור. לאחר מכן, טובלים אותם במים נטולי יונים להתקררות. לאחר מכן, חרטו צד אחד של המצעים על ידי מריחה חוזרת ונשנית של חומצה חנקתית מדוללת כדי להסיר כל תחמוצת נחרצת מהמשטח.

המשך בתחריט עד שלא נראה סרט אפור על פני תחמוצת הנחושת. מיד לאחר התחריט יש לשטוף כל מצע במים נטולי יונים וסוניקט באיזופרופנול, ולאחר מכן לייבש את המצעים בעזרת אקדח אוויר. לאחר הפקדת זהב על הצד החרוט של המצעים, יש לחרוט את הצד השני של המצעים בחומצה חנקתית מדוללת על ידי מריחת טיפת חומצה על פני השטח, תוך הקפדה לא לחרוט את אלקטרודת הזהב בצד השני.

לאחר שטיפה וייבוש המצעים, מכסים אותם בצבע מבודד שחור בעזרת מברשת, ומשאירים שטח ללא מסכה של כ-0.1 סנטימטרים בריבוע כשטח הפעיל של התא הסולארי. מכסים את אלקטרודת הזהב בצד האחורי בטוש. לאחר הגדרת כור AP-SALD, כוונן את קצב הבעבוע דרך מבשר האבץ דיאתיל ל-6 מיליליטר לדקה ו-200 מיליליטר לדקה דרך מבשר המגנזיום כדי להפקיד תחמוצת מגנזיום אבץ.

לאחר מכן, הגדר את קצב הזרימה של הגז נושא החנקן עבור תערובת מבשר המתכת ל-100 מיליליטר לדקה ומבעבע חנקן דרך מים נטולי יונים, המשמשים כמחמצן, מדולל בגז חנקן הזורם במהירות של 200 מיליליטר לדקה. כעת, הזרמת חנקן במהירות של 500 מיליליטר לדקה לסעפת הגז. שמור על סעפת הגז בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס באמצעות מים במחזור.

לאחר מכן, מחממים את הבמה או מזיזים את הפלטה לטמפרטורה הרצויה. הגדר את גודל הדגימה, מהירות המשטח ומספר התנודות באמצעות התוכנה השולטת במשטח. הפקידו את התחמוצת הרצויה על מגלשת זכוכית למשך 400 תנודות או עד שניתן לראות סרט ברור, עבה והומוגני.

לאחר התצהיר, הניחו את הסובטראט על מסכת זכוכית והניחו אותו מתחת לסעפת הגז. כוונן את הראש, או גובה סעפת הגז, ל-50 מיקרומטר מעל המצע. הפקידו את סרטי תחמוצת המגנזיום של האבץ על ידי פתיחת השסתום של מבעבע המגנזיום, ואחריו השסתום למבעבע האבץ.

לאחר מכן, התחל להזיז את משטח ההדפסה מתחת לסעפת הגז על ידי לחיצה על התחל תצהיר בתוכנה. פתח את מבעבע המים רק לאחר סריקת המצע בחמש תנודות של מבשרי מתכת על מנת למנוע חשיפה של משטח תחמוצת הקופרו למחמצן בזמן החימום. בסיום התצהיר, הסר את המצעים מהפלטה המחוממת במהירות האפשרית וסגור את שסתומי המבעבע של מבשרי המתכת.

נקה את תעלות הגז בסעפת בעזרת להב כדי להסיר כל אבקת תחמוצת שהופקדה. חשוב למזער את הזמן שמצעי תחמוצת הקופרו החרוטים מבלים באוויר הפתוח על המשטח המחומם, מכיוון שצמיחת תחמוצת הקופרו על פני השטח מואצת עם הטמפרטורה. לאחר התזת תחמוצת פח אינדיום על המצעים, הסר את הסמן מאלקטרודת הזהב עם אצטון כדי לחשוף את האלקטרודה.

לבסוף, החל מגעים חשמליים על ידי הדבקת שני חוטים דקים עם משחת כסף על תחמוצת הפח של האינדיום ואלקטרודות הזהב. ספקטרום הסטייה הפוטותרמית של מצעי תחמוצת קופרוס חרוטים ולא חרוטים מראה ספיגה מעל 1.4 אלקטרון וולט לפני רוויה בשני וולט אלקטרונים, מה שניתן לייחס לנוכחות תחמוצת קופרוס על פני המצע. למצע הלא חרוט יש ספיגה גבוהה יותר מתחת לשני וולט אלקטרונים, מה שמרמז על שכבת תחמוצת נחושתיות עבה יותר על פני השטח.

נוכחותם של גידולי תחמוצת נחושתיות על מצעי תחמוצת קופרוס אומתה על ידי ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן מפזרת אנרגיה. תמונת ה-SEM של משטח תא פוטו-וולטאי סטנדרטי מציגה גידולים של תחמוצת נחושתיות שנוצרו עקב חשיפה של תחמוצת הקופרי לאוויר ולמחמצנים. לעומת זאת, פני השטח של המכשיר המותאם נקיים מגידולי תחמוצת נחושתית.

עלייה של פי שישה ביעילות המכשיר הושגה באמצעות אופטימיזציה של תנאי שקיעת תחמוצת האבץ. מכשירים עם שכבות תחמוצת מגנזיום אבץ אופטימליות הניבו יעילות גבוהה עוד יותר של 2.2 אחוזים. ספקטרום היעילות הקוונטית החיצוני של שני המכשירים שונה מתחת ל-475 ננומטר, שהוא טווח אורכי הגל הנספגים קרוב לממשק.

היעילות הקוונטית החיצונית של ההטרו-צומת שנעשה בטמפרטורה גבוהה יותר היא פחות ממחצית מזו של ההטרו-צומת בטמפרטורה נמוכה יותר, מה שמרמז על ממשק באיכות נמוכה יותר עקב יותר תחמוצת קופרית. אופטימיזציה של התנאים לגידול תחמוצת אבץ על ידי ALD אטמוספרי עבור תחמוצת קופרוס מחומצנת תרמית אפשרה שיפור באיכות הממשק ההטרוגני וביצועי התאים הסולאריים. ניתן ליישם את אותה אסטרטגיית אופטימיזציה על תאים סולאריים של תחמוצת קופרוס שהופקדו אלקטרוכימית.

הפקדנו אטמוספירה תחמוצת מגנזיום אבץ גבישית על תחמוצת נחושת כדי להגביר את מתח המעגל הפתוח בתאים סולאריים הטרו-צומתיים. עבודה זו דיווחה על היעילות הגבוהה ביותר עד כה של 2.2 אחוזים עבור הטרו-צמתים של תחמוצת קופרוס שהושגו מחוץ לוואקום.