Name: 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 (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-31T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 14 s
Description: חקור שיטת AP-SALD לסינתזת heterojunctions של Zn₁₋ₓMgₓO/Cu₂O בטמפרטורות נמוכות. אופטימיזציית תנאי ההשקעה מגבירה פי שישה את יעילות התא הסולרי ומשפרת את איכות הממשק האלקטרוני.

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

המחברים מודים על תמיכתם של קרן קיימברידג' מעבר לים וחבר העמים, קרן רתרפורד של ניו זילנד, גירטון קולג' קיימברידג'. עבודה זו מומנה על ידי מענק החוקר המתקדם של ERC, Novox, ERC-2009-adG247276 ועל ידי EPSRC (תחת RGS3717).

1. הכנת מצעי cuprous אוקסיד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חמצון של רדיד נחוש <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך 0.127 מ&quot;מ רדיד Cu עבה לתוך 13 מ&quot;מ x 13 מ&quot;מ ריבועים ונקיים ידי sonicating אצטון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חמם רדיד נחוש 1,000 מעלות צלזיוס כאשר הוא זורם Ar גז ברציפות דרך הכבשן. לפקח על סביבת הגז בכבשן עם נתח גז ברחבי החמצון. כאשר הטמפרטורה של 1,000 מעלות צלזיוס הוא הגיע, להציג חמצן התנור בקצב זרימה להשיג 10,000 עמודים לדקת חמצן לחץ חלקי ולשמור כי במשך שעה לפחות 2. אחרי שעה 2, לכבות את החמצן אלא לשמור על גז Ar זורם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקרר את התנור ל -500 מעלות צלזיוס (לשמור על גז Ar זורם). להרוות את דגימות חמצון על ידי נסיגה מהירה של כורי היתוך מכבשן. טובל את המצעים לתוך מי deionized כדי לקרר אותם מהר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחריט של Cu 2 O <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Etch צד אחד של המצעים ידי החלה שוב ושובירידה של חומצה חנקתית לדלל (1: 1 תערובת של H 2 O ו 70% HNO 3) כדי להסיר כל תחמוצת Cupric מפני השטח. המשך תחריט עד לא סרט אפור גלוי על פני השטח Cu 2 O. זהירות: הליך זה מבוצע במנדף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מיד לאחר תחריט, ולשטוף כל המצע במים deionized ו sonicate ב isopropanol. יבש עם רובה אוויר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיקדון 80 ננומטר של זהב על הצד החרוט של מצעי Cu 2 O על ידי מתאדה גלול זהב 1 גרם להציב סירת טונגסטן בתוך מאייד התנגדות. השתמש בסיס הלחץ 8 x 10 -6 mbar ועדכני של 4 להגיע שיעור האידוי של 0.8 A / sec. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Etch בצד השני של מצעים חומצה חנקתית לדלל ידי החלת טיפת חומצה על פני השטח. ודא החומצה לא לחרוט את סרט הזהב בצד השני. שטפו sonicate כמפורט בסעיף 1.2.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכסה את המצעים עם צבע בידוד שחור (משתמש בדואר בטמפרטורה גבוהאמייל ngine) באמצעות מברשת צבע, עוזב שטח ללא מסיכה של כ 0.1 ס&quot;מ 2 כאזור פעיל של תאים סולריים. מכסה את האלקטרודה זהב על הצד האחורי עם עט סימון לחלוטין. </li></ol></li></ol> 2. הפקדה Zn 1-x Mg x O Reactor AP-SALD שימוש הערה:.. הפקדת Zn 1-x Mg x O סרטים בצד המסיכה של Cu 2 O מצעים 13 בעבודה זו, כור מחוייט AP-SALD שמש, מותאמים מן התכנון המקורי פותח על ידי קודאק 11,12 פרטים של התאמה אישית הכור ניתנים Ref. 12. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת מערכת AP-SALD כדלקמן: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש diethylzinc (Dez) כמבשר ו bis Zn (ethylcyclopentadienyl) מגנזיום כמבשר Mg. אלו הם סימנים מקדימים נוזלים כל כלול bubblers הזכוכית הנפרד. המבשרים הם pyrophoric ו לא צריך לבוא במגע עם אוויר או מים. המערכת בתצהיר הוא גז חזק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקדה תחמוצת אבץ, להתאים את קצב מבעבע של גז חנקן דרך diethylzinc ל -25 מ&quot;ל / דקה, אשר נכלל ב RT (20 מעלות צלזיוס). להפקדה תחמוצת מגנזיום ואבץ, ומתאימים את נתח הגז של כל מבשר על ידי קביעת שיעור מבעבע דרך diethylzinc עד 6 מ&quot;ל / דקה ו -200 מ&quot;ל / דקה דרך bis (ethylcyclopentadienyl) מגנזיום (שהוא מחומם ל -55 מעלות צלזיוס) כדי לשלוט על Zn יחס Mg ב Zn 1-x Mg x O. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את קצב זרימת הגז המוביל חנקן עבור תערובת מבשר מתכת 100 מ&quot;ל / דקה. גז חנקן הבועה ב 100 מ&quot;ל / דקה באמצעות מים ללא יונים, אשר מועסק כמו חמצון. אדי זה מדולל הגז המוביל חנקן זורם ב 200 מ&quot;ל / דקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זרימת הגז חנקן ב 500 מ&quot;ל / דקה סעפת גז. בשנת סעפת גז AP-SALD, גז חנקן זה מפוצל לארבעה ערוצים נפרדים. כל ערוץ משמש מרחבית להפריד את ערוצי חמצון שני מערוץ שילוב מתכת המבשר ביניהם. </li></ol&gt; </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור סעפת הגז בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס באמצעות במחזור מים. חממו את הבמה (העברת Platen) לטמפרטורה הרצויה (50 - 150 ° C). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע את המרחק מדגם אל ראש הרצוי, גודל המדגם, מהירות platen (50 מ&quot;מ / sec) ומספר תנודות (מחזורי) עם תוכנת שליטה על המסגרת. שיעור בתצהיר ZnO הוא 1.1 ננומטר / sec (או למחזור) והמחיר Zn 1-x Mg x O בתצהיר הוא כ 0.54 ננומטר / sec ב 150 מעלות צלזיוס. מספר טיפוסי של מחזורים בתצהיר הוא 200. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד את התחמוצת הרצויה בשקופית זכוכית עבור 400 תנודות או עד סרט הומוגנית עבה ברור ניתן לראות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את המצע על מסכת זכוכית במידת צורך, ולאחר מכן למקם אותו מתחת סעפת הגז. התאם את הראש (סעפת גז) בגובה עד 50 מיקרומטר מעל המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד את Zn 1-x Mg x O סרטים על ידי פתיחת השסתומים הראשון עבור bubbler מבשר Mg, אז bubbler מבשר Zn, ולאחר מכן להתחיל moving גליל הזנת הנייר תחת סעפת גז על ידי לחיצה על &quot;התחל בתצהיר&quot; בתוכנה. פתח את bubbler O H 2 רק לאחר סריקת המצע עם 5 תנודות של מבשרי מתכת על מנת להימנע מחשיפת המשטח Cu 2 O ל החמצון תוך מחומם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר בתצהיר נגמר, להסיר את מצעי Cu 2 O מן platen מחומם במהירות אפשרית ולסגור את שסתומי bubbler של מבשרי המתכת. נקה את ערוצי גז הסעפת עם להב כדי להסיר כל אבקת תחמוצת שהופקדה. הפעל את המחזור בתצהיר הבא כמתואר 2.6. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בסיום, לטהר את המערכת למשך 30 דקות לפני סגירת שסתומי החנקן. </li></ol> 3. המקרטעת של איטו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גמגום 175 ננומטר של תחמוצת אינדיום בדיל (איטו) על ידי magnetron זרם ישר מקרטע 20 על התנאים הבאים:. כוח 20 ואט, לחץ בסיס &lt;10 -9 mbar, לחץ Ar 2.5 Pa בקצב מקרטע של 35 ננומטר / דקה, גמגום ITO למשך 5 דקות עבור סרט איטו עבה 175 ננומטר. וכתוצאה מכך איטו / ZnO / Cu 2 O heterojunction מוצג באיור 3. </li></ol> גימור 4. של התקנים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקו את בטוש מן האלקטרודה זהב עם אצטון כדי לחשוף את האלקטרודה הזהב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל מגעים חשמליים על ידי דבק 2 חוטים דקים עם רסק Ag על אלקטרודות איטו ו- Au. </li></ol>

<ol><li>Meyer, B. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Binary+copper+oxide+semiconductors%3A+From+materials+towards+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Status+Solidi+%28B%29%22%5BJournal%5D)">Binary copper oxide semiconductors: From materials towards devices.</a> Phys. Status Solidi (B). 249 (8), 1487-1509 (2012).</li>
<li>Mittiga, A., Salza, E., Sarto, F., Tucci, M., Vasanthi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterojunction+solar+cell+with+2%25+efficiency+based+on+a+Cu2O+substrate%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Heterojunction solar cell with 2% efficiency based on a Cu2O substrate.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (16), 163502(2006).</li>
<li>Minami, T., Miyata, T., Nishi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cu2O-based+heterojunction+solar+cells+with+an+Al-doped+ZnO%2Foxide+semiconductor%2Fthermally+oxidized+Cu2O+sheet+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy%22%5BJournal%5D)">Cu2O-based heterojunction solar cells with an Al-doped ZnO/oxide semiconductor/thermally oxidized Cu2O sheet structure.</a> Solar Energy. 105, 206-217 (2014).</li>
<li>Duan, Z., Du Pasquier, A., Lu, Y., Xu, Y., Garfunkel, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Mg+composition+on+open+circuit+voltage+of+Cu2O-MgxZn1%E2%88%92xO+heterojunction+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Sol.+Energ.+Mat.+Sol.+C%22%5BJournal%5D)">Effects of Mg composition on open circuit voltage of Cu2O-MgxZn1−xO heterojunction solar cells.</a> Sol. Energ. Mat. Sol. C. 96, 1-6 (2011).</li>
<li>Minami, T., Nishi, Y., Miyata, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-efficiency+Cu2O-based+heterojunction+solar+cells+fabricated+using+a+Ga2O3+thin+film+as+n-type+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Express%22%5BJournal%5D)">High-efficiency Cu2O-based heterojunction solar cells fabricated using a Ga2O3 thin film as n-type layer.</a> Appl. Phys. Express. 6 (4), 044101(2013).</li>
<li>Lee, Y. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+layer+deposited+gallium+oxide+buffer+layer+enables+1.2+v+open-circuit+voltage+in+cuprous+oxide+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Atomic layer deposited gallium oxide buffer layer enables 1.2 v open-circuit voltage in cuprous oxide solar cells.</a> Adv. Mater. 26 (27), 4704-4710 (2014).</li>
<li>Pavan, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TiO2%2FCu2O+all-oxide+heterojunction+solar+cells+produced+by+spray+pyrolysis%5BTitle%5D)+AND+%22Sol.+Energ.+Mat.+Sol.+C%22%5BJournal%5D)">TiO2/Cu2O all-oxide heterojunction solar cells produced by spray pyrolysis.</a> Sol. Energ. Mat. Sol. C. 132, 549-556 (2015).</li>
<li>Ievskaya, Y., Hoye, R. L. Z., Sadhanala, A., Musselman, K. P., MacManus-Driscoll, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+ZnO%2FCu2O+heterojunctions+in+atmospheric+conditions%3A+Improved+interface+quality+and+solar+cell+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Sol.+Energ.+Mat.+Sol.+C%22%5BJournal%5D)">Fabrication of ZnO/Cu2O heterojunctions in atmospheric conditions: Improved interface quality and solar cell performance.</a> Sol. Energ. Mat. Sol. C. 135, 43-48 (2015).</li>
<li>Minami, T., Nishi, Y., Miyata, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterojunction+solar+cell+with+6%25+efficiency+based+on+an+n-type+aluminum-gallium-oxide+thin+film+and+p-type+sodium-doped+Cu2O+sheet%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Express%22%5BJournal%5D)">Heterojunction solar cell with 6% efficiency based on an n-type aluminum-gallium-oxide thin film and p-type sodium-doped Cu2O sheet.</a> Appl. Phys. Express. 8, 022301(2015).</li>
<li>Munoz-Rojas, D., MacManus-Driscoll, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+Atmospheric+Atomic+Layer+Deposition%3A+A+new+laboratory+and+industrial+tool+for+low-cost+photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Horiz%22%5BJournal%5D)">Spatial Atmospheric Atomic Layer Deposition: A new laboratory and industrial tool for low-cost photovoltaics.</a> Mater. Horiz. , (2014).</li>
<li>Hoye, R. L. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Research+Update%3A+Atmospheric+pressure+spatial+atomic+layer+deposition+of+ZnO+thin+films%3A+Reactors%2C+doping%2C+and+devices%5BTitle%5D)+AND+%22APL+Mat%22%5BJournal%5D)">Research Update: Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition of ZnO thin films: Reactors, doping, and devices.</a> APL Mat. 3 (4), 040701(2015).</li>
<li>Hoye, R. L. Z., Muñoz-Rojas, D., Musselman, K. P., Vaynzof, Y., MacManus-Driscoll, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+Modeling+of+Uniform+Complex+Metal+Oxides+by+Close-Proximity+Atmospheric+Pressure+Chemical+Vapor+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl.+Mater.+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Synthesis and Modeling of Uniform Complex Metal Oxides by Close-Proximity Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 7, 10684-10694 (2015).</li>
<li>Hoye, R. L. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+open-circuit+voltage+in+ZnO-PbSe+quantum+dot+solar+cells+by+understanding+and+reducing+losses+arising+from+the+ZnO+conduction+band+tail%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Energy+Mat%22%5BJournal%5D)">Improved open-circuit voltage in ZnO-PbSe quantum dot solar cells by understanding and reducing losses arising from the ZnO conduction band tail.</a> Adv. Energy Mat. 4 (8), 1301544(2014).</li>
<li>Hoye, R. L. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Performance+in+Fluorene-Free+Organometal+Halide+Perovskite+Light-Emitting+Diodes+using+Tunable%2C+Low+Electron+Affinity+Oxide+Electron+Injectors%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Enhanced Performance in Fluorene-Free Organometal Halide Perovskite Light-Emitting Diodes using Tunable, Low Electron Affinity Oxide Electron Injectors.</a> Adv. Mater. 27, 1414-1419 (2014).</li>
<li>Hoye, R. L. Z., Musselman, K. P., MacManus-Driscoll, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Research+Update%3A+Doping+ZnO+and+TiO2+for+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22APL+Mat%22%5BJournal%5D)">Research Update: Doping ZnO and TiO2 for solar cells.</a> APL Mat. 1 (6), 060701(2013).</li>
<li>Ohtomo, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MgxZn1-xO+as+a+II-VI+widegap+semiconductor+alloy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">MgxZn1-xO as a II-VI widegap semiconductor alloy.</a> Appl. Phys. Lett. 72 (19), 2466-2468 (1998).</li>
<li>Su, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Valence+band+offset+of+ZnO4H-SiC+heterojunction+measured+by+x-ray+photoelectron+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Valence band offset of ZnO4H-SiC heterojunction measured by x-ray photoelectron spectroscopy.</a> Appl. Phys. Lett. 92 (19), 1-4 (2008).</li>
<li>Lee, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+Cu2O-based+solar+cells+using+atomic+layer+deposition+to+control+the+Cu+oxidation+state+at+the+p-n+junction%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Energy+Mat%22%5BJournal%5D)">Improved Cu2O-based solar cells using atomic layer deposition to control the Cu oxidation state at the p-n junction.</a> Adv. Energy Mat. 4 (11), 1301916(2014).</li>
<li>Brandt, R. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Band+offsets+of+n-type+electron-selective+contacts+on+cuprous+oxide+%28Cu2O%29+for+photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Band offsets of n-type electron-selective contacts on cuprous oxide (Cu2O) for photovoltaics.</a> Appl. Phys. Lett. 105 (26), 263901(2014).</li>
<li>Hakimi, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Magnetism+and+spin+transport+studies+on+indium+tin+oxide%22">Magnetism and spin transport studies on indium tin oxide</a>. , University of Cambridge. Doctoral Thesis, Department of Materials Science and Metallurgy
 <a target="_blank" href="http://www.dspace.cam.ac.uk/handle/1810/239351">http://www.dspace.cam.ac.uk/handle/1810/239351</a> (2011).</li>
<li>Biccari, F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Defects+and+doping+in+Cu2O%22">Defects and doping in Cu2O</a>. , University of Rome, Department of Physics. Doctoral Thesis
 <a target="_blank" href="http://server2.phys.uniroma1.it/DipWeb/dottorato/DOTT_FISICA/MENU/03DOTTORANDI/TesiFin22/Biccari.pdf">http://server2.phys.uniroma1.it/DipWeb/dottorato/DOTT_FISICA/MENU/03DOTTORANDI/TesiFin22/Biccari.pdf</a> (2009).</li>
<li>Schmidt-Whitley, R., Martinez-Clemente, M., Revcolevschi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+and+microstructural+control+of+single+crystal+cuprous+oxide+Cu2O%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cryst.+Growth%22%5BJournal%5D)">Growth and microstructural control of single crystal cuprous oxide Cu2O.</a> J. Cryst. Growth. 23 (2), 113-120 (1974).</li>
<li>Laughlin, D. E., Hono, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predominance+phase+diagram+for+the+Cu-O2+system%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Metallurgy%22%5BJournal%5D)">Predominance phase diagram for the Cu-O2 system.</a> Physical Metallurgy. 1, 219(2014).</li>
<li>Kronemeijer, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-dimensional+carrier+distribution+in+top-gate+polymer+field-effect+transistors%3A+correlation+between+width+of+density+of+localized+states+and+Urbach+energy%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Two-dimensional carrier distribution in top-gate polymer field-effect transistors: correlation between width of density of localized states and Urbach energy.</a> Adv. Mater. 26 (5), 728-733 (2014).</li>
<li>Hoye, R. L. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perspective%3A+Maintaining+surface-phase+purity+is+key+to+efficient+open+air+fabricated+cuprous+oxide+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22APL+Mat%22%5BJournal%5D)">Perspective: Maintaining surface-phase purity is key to efficient open air fabricated cuprous oxide solar cells.</a> APL Mat. 3, 020901(2015).</li>
<li>Poodt, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+atomic+layer+deposition%3A+A+route+towards+further+industrialization+of+atomic+layer+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.%2C+A%22%5BJournal%5D)">Spatial atomic layer deposition: A route towards further industrialization of atomic layer deposition.</a> J. Vac. Sci. Technol., A. 30 (1), 010802(2012).</li>
</ol>

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

צעדים קריטיים בתוך הפרוטוקול נקבעו על ידי O Cu 2 לחמצון פני מצע CuO. אלה כוללים תחריט של מצעים חומצה חנקתית לדלל כדי להסיר כל CuO לאחר חמצון וכן לאחר אידוי של האלקטרודה הזהב, מזעור מצעים זמן לבלות באוויר הפתוח לפני בתצהיר Zn 1-x Mg x O ולבסוף, בתצהיר של Zn 1-x Mg x O על Cu 2 O מצעים ידי AP-SALD. היתרון של AP-SALD לעומת אלד מקובל הוא כי סרטים יכולים להיות מבוגרים מחוץ ואקום עם שיעור צמיחה כי הוא אחד שני סדרי גודל גבוה. עם זאת, זה מרמז כי מצעי Cu 2 O יש להיחשף אוקסידנטים אוויר בטמפרטורה גבוהה לפחות רק לפני בתצהיר, אשר מספקים שכבת CuO דקה להיוצר על פני השטח. זה לכאורה מגביל את יישום שיטת AP-SALD לכמה מאטריית חמצון רגישls. עם זאת, על ידי אופטימיזציה בתנאים AP-SALD כגון טמפרטורה וזמן, כמו גם צמצום החשיפה Cu 2 O אוויר ורטיבות, גידול פי שישה ב יעילות ההמרה של ZnO / Cu 2 O התקנים מבוצעים באמצעות AP-SALD הושג . השיפור בא מתוך הבנה כי Cu 2 O לחמצון CuO הוא הגורם המגביל העיקרי של תחמוצת נחושת כחומר בתאים סולאריים heterojunction ושינוי פרוטוקול ייצור בהתאם. על מנת למנוע חמצון לחלוטין של תחמוצת cuprous, המצעים צריכים להישמר באווירה אינרטי או בחלל ריק כל הזמן, אשר יכולה להיות מאתגר כאשר העסיקו טכניקה בתצהיר באוויר פתוח כגון AP-SALD. בעוד החמצון של Cu 2 O הוא נמנע בטכניקות מבוססות ואקום 3,18, לייצור בקנה מידה גדולה, חשוב כי בעיה זו ניתן למזער בתהליכי ייצור אטמוספרי. ב AP-SALD, פני המצע יכול להיחשףצמצום סוכנים לפני ההיווצרות של heterointerface, על ידי איזון החמצון של Cu 2 O עם הירידה של CuO באמצעות גז להרכיב במהלך בתצהיר של תחמוצת מסוג n. 25 סוכן הצמצום בשימוש AP-SALD יכול להיות תערובת של גז אינרטי עם גז צמצום (למשל, N 2 + 5% H 2 25), או מספר מחזורי עם מבשר הפחתה לפני בתצהיר, כלומר, מחזורים ללא מים, על מנת לצמצם CuO חזרה Cu 2 O רק לפני תחמוצת ZnO מתחיל לצמוח על פני השטח שלו. בעבודה זו, פרוטוקול סטנדרטי פותחה הממזער היווצרות CuO אופטימיזציה צעדים בדיה מעיבוד O Cu 2 ותחריט להיווצרות צומת pn ידי AP-SALD in-באוויר הפתוח. ההצלחה של עבודה זו ממחישה את הפוטנציאל של AP-SALD כשיטה מבטיח ליישום התקנים פוטו זולים וניתן להרחבה. הטכניקה יכולה לשמש depos מהרition של מגוון תחמוצות מתכת מוליכים למחצה n- ו מסוג p וכן חסימה, חיץ שכבות מכשול תאים סולריים על מצעים רגישים לחום כולל פלסטיק.

תחמוצת cuprous (Cu 2 O) הוא חומר מוליך למחצה ארץ-בשפע רעיל מסוג p 1. עם פער הלהקה של 2 eV, תחמוצת cuprous יכול למלא את התפקיד של בולם אור בתאים סולאריים heterojunction או טנדם. בתאים סולאריים heterojunction, Cu 2 O ידוע להיות משויך מוליכים למחצה הפער הלהקה מגוון מסוג n גדול כגון ZnO 2 ווריאציות מסוממים שלה 3,4, Ga 2 O 3 5,6 ו Tio 2 7 (במשך יותר סקירה מפורטת על Cu 2 O photovoltaics ראו נ&quot;צ. 8). התפתחות Cu 2 O מבוסס תאים סולריים heterojunction מוצג באיור 1, שבו שיטת סינתזה של heterojunction מותווה ליד כל נקודה נתונים. אפשר לציין כי שיטות המבוססות ואקום כגון בתצהיר לייזר פעמו (PLD) או בתצהיר שכבה אטומית (ALD) מותר יעילות ההמרה כוח עליון להיות מושגת (עד 6.1% 9). בשנת שיתוףntrast, את היעילות של שיטות סינתזה הלא ואקום כגון בתצהיר אלקטרוכימיים (ECD) נותרה נמוכה. עם זאת, עבור photovoltaics בעלות נמוכה עדיף לסנתז את heterojunction מחוץ ואקום. בעוד ואקום ללא, טכניקה להרחבה של היווצרות heterojunction היא חלופה מתאימה יותר, זה עדיין עומד אתגר לייצר ממשק באיכות גבוהה על ידי שיטות כאלה. בעבודה זו אנו לנצל באוויר פתוח, בתצהיר תהליך סרט דק להרחבה בשם בלחץ אטמוספרי בתצהיר שכבת מרחבית האטומית (AP-SALD) לגדול תחמוצות מסוג n עבור Cu 2 O מבוססות תאים סולריים. קידומם של AP-SALD מעל אלד מקובל הוא כי לשעבר, מבשרים מופרד בחלל ולא בזמן 10. במהלך תהליך ההדחה, מצע נע קדימה ואחורה על platen מחומם תחת סעפת גז המכילה ערוצי גז מבשר מופרדות ערוצי גז אינרטי, כפי שמוצג באיור 2. גז החנקן נושא את precursORS זורם אנכי דרך סעפת הגז לכיוון העברת Platen הרוחבית. בשל תנודות של גליל הדיו כל נקודה על פני המצע חשופה ברצף כדי מבשרי חמצון ומתכת, כפי שמודגם באיור 2. דבר זה מאפשר הסרט תחמוצת מתכת לגדול שכבה אחר שכבה. תיאור מפורט של עיצוב כור AP-SALD ותפעול ניתן למצוא במקום אחר. 11,12 גישה זו מאפשרת בתצהיר להתרחש אחד שני סדרי גודל יותר מהר מאשר תלד קונבנציונלי ואקום בחוץ, אשר תואמו עם רול ל-רול עיבוד . תחמוצת קונפורמי באיכות גבוהה סרטים שהופקו על ידי AP-SALD ניתן להפקיד בטמפרטורות נמוכות (&lt;150 ° C) על מגוון מצעים כולל פלסטיק, המאפשר סרטים AP-SALD לחול על מכשירים פונקציונליים בעלות נמוכה כגון תאים סולריים 13 , דיודות פולטות אור 14 וטרנזיסטורים סרט דק 15. סעפת גז בהתאמה אישית AP-SALDהמשמש בעבודה זו נשמר באופן מכאני על מצע דגש על המסגרת. זו אפשרה שליטה על עצמאית ריווח-סעפת המצע של ספיקות גז. מרווח גדול של 50 מיקרומטר שמש, אשר הביא וערבוב בין מבשר מתכת החמצון בשלב הגז. לכן, כור AP-SALD הופעל שיקוע כימי מצב (CVD). זו נמצאה להיות יתרון על פני הפעלה במצב ילד כי הסרטים גדלו בשיעור גבוה, אך עדיין עם אחידות עובי גבוה היו גבישים כאשר שהופקדו בטמפרטורה הזהה סרטים ילדו. 12 בזאת, אנו עדיין מתייחסים הכור כמו כור AP-SALD כי יש לו את אותם עקרונות עיצוב בסיסיים כמו כורים AP-SALD אחרים. 11 השתמשנו הכור שלנו להפקיד את השכבה מסוג n עבור התאים הסולריים שלנו, תחמוצת אבץ בפרט ותחמוצת מגנזיום ואבץ (Zn 1-x Mg x O 16,17). שילוב Mg into ZnO מאפשר פס ההולכה להיות מכוון, וזה חשוב לצמצום הפסדים בשל thermalization זנב הלהקה 13 ו רקומבינציה interfacial. 18,19 כאן אנו מראים כיצד כוונון התנאים להפקדת סרטים תחמוצת מגנזיום אוקסיד ואבץ אבץ על מצעים תחמוצת cuprous חמצון תרמית מותר איכות ממשק משופר ולכן ביצוע תאים סולאריים טוב כדי להתקבל. שיפור זה התאפשר באמצעות זיהוי של הגורם המגביל העיקרי ב Cu 2 O תאים סולריים המבוססים: רקומבינציה על הממשק heterojunction עקב היווצרות יתר של תחמוצת Cupric (CuO) על פני השטח Cu 2 O.

<table><tbody><tr><td>רדיד נחושת</td><td>אבוקדו מחקר כימיקלים בע"מ T / A Alfa Aesar</td><td>13380</td><td>0.127 מ"מ עובי, 99.9% (בסיס מתכות),</td></tr><tr><td>חישול Rapidox מנתח חמצן</td><td>Rapidox</td><td>דגם 2100</td><td></td></tr><tr><td>סירת אלומינה</td><td>Almath Crucibles LTD</td><td>6121203</td><td>מידות 20 מ"מ x 50&nbsp; מ"מ x 5&nbsp; מ"מ</td></tr><tr><td>כדורי זהב</td><td>KJLC</td><td>EVMAUXX40G</td><td>99.99% טהור, 1/8 אינץ' x 1/8 אינץ', נמכר על ידי הגרם</td></tr><tr><td>Diethylzinc</td><td>Aldrich</td><td>256781</td><td>&ge; 52 wt. % Zn בסיס</td></tr><tr><td>Bis(ethylcyclopentadienyl) מגנזיום</td><td>Strem Chemicals UK</td><td>12-0510</td><td>5 גרם</td></tr><tr><td>ITO יעד</td><td>GoodFellow Cambridge Limited</td><td>LS 427438</td><td>תחמוצת אינדיום/תחמוצת פח (ב<תת>2O3 90 / SnO2 10). מצב: כבישה חמה. עובי: 2.0&nbsp; מ"מ &#177; 0.5&nbsp;מ"מ. גודל: 35.5&nbsp; מ"מ x 55.5&nbsp; מ"מ &#177; 0.5&nbsp; </td></tr><tr><td>צבע אמייל מנוע VHT</td> מ"מ <td>Halfords</td><td>325019</td><td>צבע שחור אמייל מנוע בטמפרטורה גבוהה מאוד</td></tr><tr><td>חומצה חנקתית HNO3, מגיב ACS 70%&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich Co Ltd</td><td>438073-2.5L</td><td>מזיק, מגרה</td></tr><tr><td>2% חמצן/ארגון 200 בר</td><td>BOC Limited</td><td>225757-L</td><td>תערובת גז לחמצון נייר כסף Cu, לדילול עם Ar</td></tr></tbody></table>

איכות heterojunction משופר ב cu<sub&gt; 2</sub&gt; o מבוסס תאים סולריים באמצעות אופטימיזציה של לחץ האטמוספרה אטומי שכבת מרחבים שהופקדה<br /&gt; zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; mg<sub&gt; x</sub&gt; o

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

תצהיר שכבה אטומית מרחבית בלחץ אטמוספרי (AP-SALD) שימש להפקדת סרטים דקים מסוג ZnOו-Zn 1-xMgxO על מצעי Cu2O מחומצנים תרמית מסוג p מחוץ לוואקום בטמפרטורה נמוכה. הביצועים של מכשירים פוטו-וולטאיים הכוללים צומת ZnO/Cu2O המיוצר באטמוספירה היו תלויים בתנאים של שקיעת סרט AP-SALD, כלומר, טמפרטורת המצע וזמן השקיעה, כמו גם בחשיפת המצע Cu2O לחומרים מחמצנים לפני ובמהלך שקיעת ZnO. חמצון שטחי של Cu2O ל-CuO זוהה כגורם מגביל לאיכות ההטרו-צומת עקב רקומבינציה בממשק ZnO/Cu 2O. אופטימיזציה של תנאי AP-SALD כמו גם הרחקת Cu2O מאוויר ולחות על מנת למזער את חמצון פני השטח של Cu2O הובילו לשיפור ביצועי המכשיר. עלייה של פי שלושה במתח המעגל הפתוח (עד 0.65 וולט) ועלייה של פי שניים בצפיפות זרם הקצר מייצרים תאים סולאריים עם יעילות שיא של 2.2% בהמרת הספק (PCE). PCE זה הוא הגבוה ביותר שדווח עבור צומת Zn1-xMgxO/Cu2O שנוצר מחוץ לוואקום, המדגיש ALD מרחבי בלחץ אטמוספרי כטכניקה מבטיחה לייצור זול וניתן להרחבה של פוטו-וולטאים מבוססי Cu2O.

מבחינה תרמודינמית, CuO הוא השלב היציב רק של תחמוצת נחושת באוויר ב RT, כמו בתרשים יציבות שלב Cu-O מגלה 21 - 23. כדי לאמת את הנוכחות של CuO על פני השטח של Cu 2 O, ספקטרום הקליטה של חרוט ו unetched חמצון תרמית Cu 2 O מצעים נלקחו עם ספקטרוסקופיה סטיה photothermal (PDS) - טכניקה רגישה מאוד המאפשר למדידת ספיגת הפער תת-band 24 (איור 4). שני הספקטרום הראה קליטה מעל 1.4 eV, אשר עולה בקנה אחד עם פער הלהקה של CuO, לפני להרוות ב 2 eV (פער הלהקה Cu 2 O). מצע unetched היה קליטה גבוהה מתחת ל -2 eV, דבר המצביע על שכבה עבה של CuO על פני השטח של unetched Cu 2 O מאשר על פני המצע החרוט. הבלעה באיור 4 מראה שכבה אפורה של CuO על פני המצע כמו-חמצון (unetched) Cu 2 O. בזמןשום סרט אפור ניתן היה לזהות ויזואלית על פני המצע חרוט, כמה CuO היה עדיין קיים על פני השטח שלו, כמו מדידות PDS מרמז. הנוכחות של סרט CuO דק מאוד על פני השטח של Cu 2 O מצעים אושר גם עם ספקטרוסקופיה photoelectron רנטגן (XPS) 19,25. נוכח תחמוצת Cupric על פני שטח Cu 2 O מציג מדינות מלכודות ברמה העמוקה (Cu 2+) 18 על ממשק heterojunction שיכול לפעול כמרכזי רקומבינציה, ולכן נוכחות CuO בצומת pn אינה רצויה. חימום Cu 2 O מצעים בנוכחות חמצון (למשל, אוויר ולחות) הופך לפשוט יותר את החמצון של Cu 2 O CuO. על מנת לקבל ZnO polycrystalline ידי AP-SALD, מצעים מחוממים ל -150 מעלות צלזיוס. כמו המצע מוחזק בטמפרטורה גבוהה באוויר פתוח או מתחת גז החמצון במהלך בתצהיר, CuO טפסים במהירות על Cu <sub&gt; 2 O פני שטח. איור 5 מראה מיקרוסקופיית אלקטרונים (SEM) תמונות של Cu 2 O מצע חרוט לפני ואחרי הוצאות 3 דקות על platen AP-SALD ב 150 מעלות צלזיוס מתחת לזרם של חנקן. בצמחים CuO מרובים ניתן לראות על פני המצע annealed, עם הרכב שלהם להיות קרוב לזה של CuO כשם מאומת על ידי ספקטרוסקופיה רנטגן אנרגיה נפיצה (EDX). מכשירי פוטו נעשו עם ZnO שהופקד על ידי AP-SALD ב 150 מעלות צלזיוס למשך 400 שניות על גבי מצעי Cu 2 O חמצון תרמית החרוט. איור 6 א מראה את פני השטח של מכשיר תקן זה. אפשר להבחין rod- רב בצמחים דמוי פרח נוכח המכשיר. כפי שאושרו קודם לכן עם EDX ו PDS, בצמחים אלה תחמוצת Cupric ו להתרחש עקב Cu 2 O חשיפה לאוויר וחומרים מחמצנים. טבלה 1 ואיור 7 ( &#39;ZnO / Cu 2 O תקן&#39; גurve) להדגים את הישגיהם הנמוכים באופן יחסי של המכשיר הזה. על מנת למנוע היווצרות CuO על פני השטח Cu 2 O, התנאים להפקדת ZnO ידי AP-SALD על מצעי Cu 2 O חמצון תרמית החרוט היו אופטימיזציה. הצעדים הבאים נלקחו על מנת למזער צמיחה CuO: הפחתת הטמפרטורה בתצהיר (איור 8 א); הפחתה של זמן בתצהיר (איור 8b); סריקת פני המצע במשך כמה תנודות ללא חשיפה לגז חמצון, כלומר, עם סימנים מקדימים מתכת רק וערוצי אינרטי פתוח (8C איור); ולבסוף, הימנעות חימום מיותר של עירום Cu 2 O מצעים באוויר רק לפני תחילת בתצהיר. הפרמטרים האופטימליים של בתצהיר ZnO על Cu 2 O נמצאו 100 ° C, 100 שניות ו -5 מחזורים ללא מים. פני השטח של המכשיר המותאם היה חינם של outgrowt CuOhs, כפי שעולה באיור 6B. בעל מתח צפיפות זרם (JV) מאפיין של המכשיר ZnO אופטימיזציה / Cu 2 O מושווה עם מכשיר סטנדרטי באיור 7. המופע פוטו של שני המכשירים סטנדרטיים מותאם ZnO / Cu 2 O מוצג בטבלה 1. זה יכול לראות כי על ידי ביצוע הצעדים הארבעה הנזכרים לעיל, יעילות המר פי שישה גידול הכח של התקני הושג. כדי להמשיך להבהיר את השפעת אופטימיזציה של תנאי AP-SALD על ההפחתה של CuO ואיכות heterojunction, יעילות קוונטית חיצונית (EQE) מדידות בוצעו על מכשירים עם ZnO שהופקדו ב 150 ° C ו -100 ° C (איור 9). ספקטרה EQE של שני המכשירים, תוך דומה באורכי גל מעל 475 ננומטר, שונה משמעותית באורכי גל מתחת ל -475 ננומטר, המהווה את הטווח של אורכי גל<html> הים נספג קרוב לממשק. עבור קרינה באורך גל קצר יותר, EQE של המכשיר עם ZnO עשה בטמפרטורה גבוהה היה פחות ממחצית מזה של המכשיר עם ZnO עשה בטמפרטורה נמוכה. הדבר מצביע על כך יותר תחמוצת Cupric נכחה ממשק ZnO / Cu 2 O עשה בטמפרטורה גבוהה, אשר הקטין אוסף תשלום מהאזור הקרוב heterointerface עקב רקומבינציה מוגברת. Mg שולב AP-SALD ZnO סרטים כדי להעלות את פס ההולכה של ZnO וכדי להקטין רקומבינציה עוד 15. Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O תאים סולריים נעשו עם הסרטים Zn 0.8 Mg 0.2 O אופטימיזציה, וכתוצאה מכך PCE התקן 2.2% - הגבוהה ביותר עד כה עבור Cu 2 מבוסס O תאים סולריים עם באוויר הפתוח מפוברק heterojunctions (ראה את ביצועי המכשיר באיור 7 ולוח 1). התוכן &quot;FO: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53501/53501fig1.jpg" /> איור 1. Cu 2 יעילות תאים סולריות מבוססות O לפי שנת פרסום (נתון זה יש הבדל בין Ref. 8). מרקרים לציין אם הממשק הוקם בשנת ואקום או אווירה (לא ואקום) ותוויות לציין את השיטה היווצרות heterojunction. MSP - מקרטעת magnetron, IBS - מקרטעת אלומת יונים, VAPE - ואקום אידוי פלזמת קשת. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53501/53501fig2.jpg" /> איור 2. סכמטי של תהליך הדחת AP-SALD (לעומת אלד קונבנציונלי) ואת ההגדרה להפקת שור מתכת multicomponentאידו. (א) חשיפה סדרתית של כל שלב מבשר ויקיא ב ALD הקונבנציונלי (דלתא-סימום) (נתון זה שוחזר מן Ref. 11). בהקשר של כתב היד הזה, M1 הוא אדי diethylzinc, bis M2 (ethylcyclopentadienyl) אדי מגנזיום, ואדי מים O1 ו- O2. (ב) חשיפה סדרתית של תערובת מבשר מתכת (שיתוף הזרקה), ערוצי גז אינרטי (שווה ערך ל צעד &#39;הטיהור&#39;) ו חמצון ב AP-SALD (נתון זה שוחזר מן Ref. 11). (ג) סכמטי של כור AP-SALD כללית, המציג את מבשרי מופרדים מרחבית על ידי ערוצי גז אינרטי, עם המצע oscillated מתחת הערוצים השונים (נתון זה שוחזר מן Ref. 11, המהווה שינוי מאחד נ&quot;צ. 26). (ד) סכמטי סקירה כללית של המרכיבים החשובים של מערכת AP-SALD עם מיקרוסקופ כוח אטומי תמונות (AFM) מראה את המורפולוגיה שלהמצע לפני ואחרי Zn 1-x Mg x O בתצהיר (נתון זה שוחזר מן Ref. 13). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig2large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53501/53501fig3.jpg" /> איור 3. חתך SEM תמונה של איטו / ZnO / Cu 2 O heterojunction (נתון זה שוחזר מן Ref. 8). ציפוי קונפורמי של Cu 2 O המצע עם סרטים ZnO ו איטו ניתן לצפות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53501/53501fig4.jpg" /> איור 4. PDS ספקטרום של חרוט ו unetched (כמו-oxi<html> dized) Cu 2 O מצעים (נתון זה יש הבדל בין Ref. 8). את ריבועי להראות צילומי מצעי תחמוצת cuprous החרוטים ו unetched. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/53501/53501fig5.jpg" /> איור 5. SEM תמונות של פני השטח של מצע Cu 2 O כאשר (א) חקוק טרי (ב) לאחר החישול ב 150 מעלות צלזיוס באוויר במשך 3 דקות (נתון זה שוחזר מן Ref. 8). שטח צג ריבועים הרכב נרכש עם EDX. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <html> 501 / 53501fig6.jpg &quot;/&gt; איור 6. תמונות SEM של פני השטח של ZnO / Cu 2 O תאים סולריים עשויים באמצעות (א) תנאים סטנדרטיים (B) תנאים אופטימיזציה של AP-SALD ZnO (נתון זה שוחזר מן Ref. 8). בצמחים שונים יכול להיות לראות את המכשיר הסטנדרטי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/53501/53501fig7.jpg" /> איור 7. מאפיינים JV אור עבור Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O תאים סולריים מפוברק בתנאים סטנדרטיים מותאם AP-SALD (נתון זה יש הבדל בין Ref. 8). העיקולים JV להפגין שיפור ביצועים תאים סולריים כאשר תנאי רכב AP-SALD של Zn 1-x Mg x סרטי O מותאמים.s: //www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig7large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="הספרה 8" src="/files/ftp_upload/53501/53501fig8.jpg" /> איור 8. השפעת פרמטרים AP-SALD על הביצועים של ZnO / Cu 2 O תאים סולריים. (א) ו- (ב) ההשפעה של זמן בתצהיר AP-SALD ZnO וטמפרטורה על המתח הפתוח במעגל (OC V) של המכשירים (נתון זה שוחזר מן Ref. 8), (ג) מתאם אספקת המים מחזורי חינם עם OC V של המכשירים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 9" src="/files/ftp_upload/53501/53501fig9.jpg" /> איור 9. EQE spectrא תאים סולריים ZnO / Cu 2 O עם ZnO שהופקדו ב 100 מעלות צלזיוס ו 150 מעלות צלזיוס. (נתון זה שוחזר מן Ref. 8). מתח להרחיב במעגל אחד מההתקנים המצוין האגדה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig9large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table fo:keep-together.within-page="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> תא סולרי </td><td> טמפרטורת הפקדה, ° C </td><td> זמן בתצהיר, שניות </td><td> J SC, mA / 2 ס&quot;מ </td><td> V OC, V </td><td> FF,% </td><td> PCE,% </td></tr><tr><td> ZnO / Cu 2 O רגיל </td><td> 150 </td><td> 400 </td><td> 3.7 </td><td> 0.18 </td><td> 35 </td><td> 0.23 </td></tr><tr><td> ZnO / Cu 2 O אופטימליים </td><td> 100 </td><td> 100 &lt;/ Td&gt; <td> 7.5 </td><td> 0.49 </td><td> 40 </td><td> 1.46 </td></tr><tr><td> Zn 0.8 Mg 0.2 / Cu 2 O אופטימליים </td><td> 150 </td><td> 100 </td><td> 6.9 </td><td> 0.65 </td><td> 49 </td><td> 2.20 </td></tr></tbody></table> טבלה 1. תקן אופטימיזציה AP-SALD Zn 1-x Mg x O פרמטרים בתצהיר וביצועים של איטו המקביל הכי טוב / Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O תאים סולריים (טבלה זו יש הבדל בין Ref. 8) . SC J - לקצר צפיפות זרם, FF - למלא גורם.

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.

איכות heterojunction משופר ב Cu<sub&gt; 2</sub&gt; O מבוסס תאים סולריים באמצעות אופטימיזציה של לחץ האטמוספרה אטומי שכבת מרחבים שהופקדה<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; x</sub&gt; O

Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (AP-SALD) was used to deposit n-type ZnO and Zn1-xMgxO thin films onto p-type thermally oxidized Cu2O ...

המטרה הכוללת של פרוצדורה זו היא להשיג ממשק באיכות גבוהה בצומת הטרוגנאית של תחמוצת אבץ ותחמוצת נחושת (I) שסונתזה מחוץ לוואקום. דבר זה מושג באמצעות שיקוע שכבות אטומיות מרחבי בלחץ אטמוספרי (AP-SALD) של שכבות תחמוצת אבץ על תחמוצת נחושת (I) שעברה חמצון תרמי. AP-SALD הוא טכניקת הדפסת תחמוצות המאפשרת שיקוע של שכבות תחמוצת קונפורמליות עם בקרת עובי מדויקת בתהליך כפול תואם בלחץ אטמוספרי ובטמפרטורה נמוכה.מערכת ה-ALD המרחבית בלחץ אטמוספרי שלנו אידיאלית עבור סינתזה מהירה של תחמוצות מתכת רב-מרכיביות, גבישיות, אחידות ובאיכות גבוהה עבור אלקטרוניקה, כפי שהודגם עבור תחמוצת אבץ ומגנזיום בעבודה זו. ראשית, חתוך רדיד נחושת בעובי 0.127 millimeter לריבועים של 13 על 13 millimeter ונקה אותם באמצעות סוניקציה באצטון. ייבש את ריבועי רדיד הנחושת בעזרת רב-אוויר כדי להסיר את שאריות האצטון.לאחר מכן, הניחו את התשתיות המיובשות בתוך כורסaluminum (כורס אלומיניום) והכניסו את הכורס לתנור. חממו את ריבועי רדיד הנחושת ל-1,000 °C תחת זרימה רציפה של ארגון. עקבו אחר סביבת הגז בתנור באמצעות מנתח גז לאורך כל תהליך החמצון.כאשר הגעתם לטמפרטורה של 1,000 °C, הכניסו חמצן לתנור בקצב זרימה שיבטיח לחץ חלקי של חמצן בשיעור של 10,000 ppm, ושמרו על מצב זה למשך שעתיים לפחות. לאחר שעתיים, הפסיקו את זרימת החמצן. בעוד גז הארגון זורם, קררו את התנור ל-500 °C.קררו בבת אחת את התשתיות המחוסנות באמצעות הוצאה מהירה של כ crucibles מהכבש. לאחר מכן, טבלו אותן במים דה-יוניים לקירור. בשלב הבא, בצעו תסריס (etching) לצד אחד של התשתיות על ידי יישום חוזר של טיפת חומצה חנקית מהולה להסרה של כלה של נחושת(II) תחמוצת מהפני השטח.המשיכו בתהליך התעשייה עד שלא יהיה נראה סרט אפור על פני השטח של נחושת תחמוצת (cupric oxide). מיד לאחר התעשייה, שטפו כל מצע במים דאיוניים ובצעו סוניקציה באיזופרופנול, ולאחר מכן ייבשו את המצעים באמצעות נשף אוויר. לאחר השקעת זהב בצדו התעשייתי של המצעים, תעשיו את הצד השני של המצעים בחומצה חנקית מדוללת על ידי הנחת טיפה של חומצה על פני השטח, תוך הקפדה לא לתעש את אלקטרודת הזהב שבצד השני.לאחר שטיפת וייבוש התשתיות, כסו אותן בצבע בידוד שחור באמצעות מברשת צבע, והשאירו שטח שאינו ממוסך של כ-0.1 סנטימטר רבוע כשטח הפעיל של התא הסולארי. כסו את אלקטרודת הזהב בצד האחורי באמצעות טוש. לאחר הגדרת הכור של ה-AP-SALD, כווןו את קצב הבעבוע דרך חומר המוצא diethyl zinc ל-6 מיליליטר לדקה ו-200 מיליליטר לדקה דרך חומר המוצא מגנזיום כדי לשקיע zinc magnesium oxide.בשלב הבא, הגדירו את קצב הזרימה של גז החנקן הנושא עבור תערובת הפרקורסור המתכתי ל-100 milliliters per minute, והעבירו בועות של חנקן דרך מים דאיוניים, המשמשים כחומר מחמצן, המדוללים בחנקן הזורם בקצב של 200 milliliters per minute. כעת, העבירו חנקן בקצב של 500 milliliters per minute אל סבון הגזים (gas manifold). שמרו על טמפרטורת סבון הגזים ב-40 degrees Celsius באמצעות מים במעגל סירקולציה.לאחר מכן, חממו את הבמה או את המשטח הנע לטמפרטורה הרצויה. הגדירו את גודל הדגימה, מהירות המשטח ומספר התנודות באמצעות התוכנה השולטת במשטח. שקיעו את התחמוצת הרצויה על עלית זכוכית למשך 400 תנודות או עד שניתן יהיה לראות שכבה הומוגנית, עבה וצלולה.לאחר השקיעה, הנח את התשתית על מסכת זכוכית והצב אותה תחת סבב הגזים. כוון את גובה הראש, או גובה סבב הגזים, למרחק של 50 micrometers מעל התשתית. שקיע את שכבות תחמוצת האבץ ומגנזיום על ידי פתיחה תחילה של השסתום עבור בועבוע סמן המגנזיום, ולאחר מכן של השסתום עבור בועבוע סמן האבץ.לאחר מכן, התחל להניע את המשטח (platen) תחת סבון הגז על ידי לחיצה על Start Deposition בתוכנה. פתח את בוער המים (water bubbler) רק לאחר סריקת התשתית עם חמש תנודות של חומרי מוצא מתכתיים, וזאת כדי למנוע חשיפה של פני השטח של נחושת(I) תחמוצת (cuprous oxide) למחמצן בזמן החימום. כאשר השקיעה מסתיימת, הוצא את התשתיות מהמשטח המחומם במהירות האפשרית וסגור את שסתומי הבוערים של חומרי המוצא המתכתיים.נקו את תעלות הגז במניפולטור בעזרת להב כדי להסיר אבקת תחמוצת שהשקיעה. חשוב למזער את הזמן שבו מצעי נחושת(I) תחמוצת (cuprous oxide) שנחרטו נשארים בחשיפה לאוויר על הפלטה המחוממת, כיוון שהצמיחה של נחושת(I) תחמוצת על הפני השטח מואצת עם עליית הטמפרטורה. לאחר התזה (sputtering) של אינדיום-בדיל-תחמוצת (indium tin oxide) על המצעים, הסירו את הסימון מאלקטרודת הזהב באמצעות אצטון כדי לחשוף את האלקטרודה.לבסוף, יש להוסיף מגעים חשמליים על ידי הדבקת שני חוטים דקים באמצעות משחת כסף על אלקטרודות האינדיום-בדיל-תחמוצת (indium tin oxide) והזהב. ספקטרי הסטייה הפוטו-תרמית של מצעי נחושת(I)-תחמוצת (cuprous oxide) שנחרטו ואלו שלא נחרטו מראים בליעה מעל 1.4 electron volts לפני רכיב רוויה ב-two electron volts, דבר שניתן לייחס לנוכחות של cuprous oxide על פני השטח של המצע. למצע שלא נחרט יש בליעה גבוהה יותר מתחת ל-two electron volts, מה שמעיד על שכבת נחושת(II)-תחמוצת (cupric oxide) עבה יותר על פני השטח.נוכחותם של נבטי נחושת(II) תחמוצת (cupric oxide) על מצעי נחושת(I) תחמוצת (cuprous oxide) אומתה באמצעות ספקטרוסקופיית קרני X בדיספרסיה אנרגטית (EDX). תמונת ה-SEM של פני שטח של תא פוטו-וולטאי סטנדרטי מראה נבטי נחושת(II) תחמוצת שנוצרו עקב חשיפה של נחושת(I) תחמוצת לאוויר ולחומרים מחמצנים. לעומת זאת, פני השטח של ההתקן המופעל (optimized device) נקיים מנבטי נחושת(II) תחמוצת.עלייה פי שישה ביעילות ההתקן הושגה באמצעות אופטימיזציה של תנאי שיקוע תחמוצת האבץ. התקנים עם שכבות אופטימיזליות של תחמוצת אבץ ומגנזיום הניבו יעילות גבוהה עוד יותר של 2.2 אחוזים. ספקטראי הנצילות הקוונטית החיצונית של שני ההתקנים שונים מתחת ל-475 ננומטר, שהוא טווח אורכי הגל הנספגים קרוב לממשק.הנצילות הקוונטית החיצונית של ההטרו-צומת שהוכנה בטמפרטורה גבוהה יותר נמוכה ממחצית מזו של ההטרו-צומת בטמפרטורה הנמוכה יותר, מה שמעיד על ממשק באיכות נמוכה יותר עקב כמות גדולה יותר של נחושת(II) תחמוצת. אופטימיזציה של תנאי הצמיחה של אבץ תחמוצת באמצעות ALD אטמוספרי על נחושת(I) תחמוצת שחומצנה תרמית אפשרה שיפור באיכות ממשק ההטרו-צומת ובביצועי התא הסולארי. ניתן להחיל את אותה אסטרטגיית אופטימיזציה על תאים סולאריים של נחושת(I) תחמוצת שהופקדו אלקטרוכימית.ביצענו שיקוע אטמוספרי של אבץ מגנזיום אוקסיד גבישי על נחושת אוקסיד כדי להגביר את מתח המעגל הפתוח בתאי סולאריים בעלי צומת הטרוגנית. עבודה זו דיווחה על נצילות של 2.2 אחוזים, הגבוהה ביותר עד כה עבור צומתים הטרוגניים של נחושת (I) אוקסיד שהושגו מחוץ לוואקום.

improved-heterojunction-quality-cu2o-based-solar-cells-through

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

בעבודה זו, אנו מתארים את השימוש בטכניקת טומוגרפיה אטום החללית לחקר גבולות הגרעין של שכבת בולם בתא סולרי סיגריות. גישה חדשנית כדי להכין את הטיפים הבדיקה אטום המכילים דגן גבול הרצוי עם מבנה ידוע מוצגת גם כאן.

Atom לימודי Probe טומוגרפיה על Cu (ב, GA) Se<sub&gt; 2</sub&gt; גבולות גרעין

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

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לסינתזה של CH3NH3אני ו- CH3NH3Br מבשרי ואת היווצרות נטולת חריר, רציף CH3NH3מפ ל3-xBrx דק סרטים עבור הבאים יישום של תאים סולריים יעילות גבוהה והתקנים אחרים מעגל.

תהליך הפתרון בסיוע אדי לחץ נמוך הלהקה Tunable הפער חריר נטול עופרת Methylammonium הליד פרוביסקיט הסרטים

כיוונוני 'בדיקת המאמץ משולבים עם מדידת בחיי עיר' שני, אשר מאפשרים ניטור בזמן אמת של השפלה מואצת של תאים סולריים ומודולים, תוכנן, נבנה. כיוונונים אלה מאפשרים את השימוש בו זמנית לחות, טמפרטורה, הטיות חשמל, תאורה עצמאי נשלט גורמי הלחץ. את הכיוונונים וניסויים שונים להורג מוצגים.

בחיי עיר פיקוח על הפגיעה בביצועים מואצת של תאים סולריים מודולים: חקר מקרה של תאים סולריים2 Se Cu (ב, Ga)

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

הפרי באיכות גבוהה Schottky אנשי קשר הכרחי להשגת שער יעיל אפנון ב heterostructure השדה אפקט טרנזיסטורים (HFETs). אנו מציגים את מתודולוגיית ייצור ומאפיינים של דיודות Schottky על heterostructures BeMgZnO Zn-הקוטב/ZnO בגז בצפיפות גבוהה שני אלקטרונים תלת-ממדי (2DEG), מיוצרת על ידי פלזמה בסיוע קרן מולקולרית epitaxy על גן תבניות.

ייצור של דיודות Schottky על Heterostructure BeMgZnO/ZnO Zn-הקוטב גדלה פלזמה בסיוע קרן מולקולרית Epitaxy

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

מוצגת טכניקת סינתזה להכנת ה-ZnCoS/ZnCdS המגיב לאור הנראה עם פוטו-קטליזטור במבנה גבישי תאום וטכניקת בדיקת תגובת הפוטו-רדוקס של הפעילות הפוטו-קטליטית והסלקטיביות שלו באבולוציה של H2 וייצור בנזלדהיד.

סינתזה והערכות ביצועים של ZnCoS/ZnCdS עם מבנה גביש תאום עבור פוטו-קטליזה רב-תכליתית של חמצון חיזור ביישומי אנרגיה

חקור שיטת AP-SALD לסינתזת heterojunctions של Zn₁₋ₓMgₓO/Cu₂O בטמפרטורות נמוכות. אופטימיזציית תנאי ההשקעה מגבירה פי שישה את יעילות התא הסולרי ומשפרת את איכות הממשק האלקטרוני.

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 (וידאו) | JoVE Journal

איכות heterojunction משופר ב Cu

גלה סרטונים נוספים