Questo lavoro descrive il processo completo di fabbricazione dei dispositivi fotovoltaici di cassiedi di cadmio seleziono/cadmium sottili assorbenti per una maggiore efficienza. Il processo utilizza un sistema automatico di vuoto in linea per una deposizione di sublimazione dello spazio ravvicinato scalabile, dalla fabbricazione di dispositivi di ricerca su piccola area e moduli su larga scala.
È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Articolo metodologico
Celle solari CdSeTe/CdTe ultrasottili a sublimazione a distanza ravvicinata per una maggiore densità e fotoluminescenza di corrente a corto circuito
In questo articolo
Sommario
Abstract
Gli sviluppi nelle architetture dei dispositivi fotovoltaici sono necessari per rendere l'energia solare una fonte di energia rinnovabile economica e affidabile tra le crescenti richieste energetiche globali e il cambiamento climatico. La tecnologia "Thin Film CdTe" ha dimostrato la competitività dei costi e l'aumento dell'efficienza dovuta in parte atempi di fabbricazione rapidi, all'utilizzo minimo dei materiali e all'introduzione di una lega CdSeTe in uno strato di assorbimento di 3 m. Questo lavoro presenta la fabbricazione di sublimazione dello spazio ravvicinato di dispositivi bilori sottili, 1,5 m CdSeTe/CdTe, utilizzando un sistema automatico di deposizione a vuoto in linea. La struttura e la tecnica di fabbricazione thin bilayer riducono al minimo i tempi di deposizione, aumentano l'efficienza del dispositivo e facilitano lo sviluppo futuro dell'architettura di dispositivi basata sull'assorbitore sottile. Tre parametri di fabbricazione sembrano essere i più impattanti per l'ottimizzazione dei sottili dispositivi assorbitori CdSeTe/CdTe: temperatura di preriscaldamento del substrato, rapporto di spessore CdSeTe:CdTe e passività CdCl2. Per una corretta sublimazione del CdSeTe, la temperatura del substrato prima della deposizione deve essere di 540 gradi centigradi (superiore a quella per CdTe) come controllato dal tempo di dimora in una fonte di preriscaldamento. Variazione nel rapporto di spessore CdSeTe:CdTe rivela una forte dipendenza delle prestazioni del dispositivo da questo rapporto. Gli spessori ottimali dell'assorbitore sono 0,5 m CdSeTe/1,0 m CdTe, e i rapporti di spessore non ottimizzati riducono l'efficienza attraverso effetti di barriera posteriore. Gli assorbitori sottili sono sensibili alla variazione di passività di CdCl2; un trattamento CdCl2 molto meno aggressivo (rispetto agli assorbitori più spessi) per quanto riguarda sia la temperatura che il tempo produce prestazioni ottimali del dispositivo. Con condizioni di fabbricazione ottimizzate, CdSeTe/CdTe aumenta la densità di corrente del corto circuito del dispositivo e l'intensità della fotoluminescenza rispetto al CdTe a singolo assorbitore. Inoltre, un sistema di deposizione del vuoto a sublimazione in linea consente di ridurre materiali e tempi, scalabilità e raggiungibilità delle future architetture assorbenti ultrasottili.
Introduzione
La domanda globale di energia sta rapidamente accelerando e il 2018 ha dimostrato il più veloce (2,3%) tasso di crescita nell'ultimo decennio1. Abbinato alla crescente consapevolezza degli effetti del cambiamento climatico e della combustione di combustibili fossili, la necessità di energia economica, pulita e rinnovabile è diventata abbondantemente chiara. Delle molte fonti di energia rinnovabile, l'energia solare si distingue per il suo potenziale totale, poiché la quantità di energia solare che raggiunge la Terra supera di gran lunga il consumo energetico globale2.
I dispositivi fotovoltaic....
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Protocollo
IMPOSTA: I guanti devono essere indossati quando si maneggiano i substrati per evitare la contaminazione della pellicola e il contatto materiale-pelle. Questo processo di fabbricazione richiede la gestione di strutture contenenti composti di cadmio; pertanto, un cappotto da laboratorio e guanti devono essere indossati in laboratorio in ogni momento.
1. Pulizia substrati
- Collocare i substrati in vetro rivestito in TCO (9,1 cm x 7,8 cm) in un rack in acciaio inox con ampia spaziatura in modo che la soluzione di pulizia e l'aria compressa possano essere applicate ad ogni faccia di vetro.
- Soffiare qualsiasi polvere fuori i s....
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Risultati
L'aggiunta di CdSeTe a un sottile assorbitore CdTe migliora l'efficienza del dispositivo attraverso una qualità superiore del materiale assorbitore e una maggiore densità di corrente a corto circuito (JSC). La figura 3A e la figura 3B, (adattata da Bothwell et al.8) mostrano rispettivamente PL e TRPL per i singoli dispositivi assorbitori CdTe e assorbitori bistrato CdSeTe/CdTe. Entrambe le misurazioni PL e TRPL mostrano chiaram.......
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Discussione
I dispositivi fotovoltaici CdSeTe/CdTe a biostrato dimostrano miglioramenti nell'efficienza rispetto alle loro controparti CdTe grazie alla migliore qualità del materiale e all'aumento della raccolta delle correnti. Tali efficienze migliorate sono state dimostrate negli assorbitori di biostrato superiori a 3 m5,7e ora con condizioni di fabbricazione ottimizzate, è stato dimostrato che un aumento dell'efficienza è realizzabile anche per gli assorbitori di bistrato.......
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Gli autori desiderano ringraziare il professor W.S. Sampath per l'uso dei suoi sistemi di deposizione, Kevan Cameron per il supporto del sistema, il dottor Amit Munshi per il suo lavoro con celle bistrato più spesse e filmati supplementari del sistema di deposizione del vuoto CSS automatizzato in linea, e il dottor Darius Kuciauskas per assistenza con le misurazioni TRPL. Questo materiale si basa sul lavoro supportato dall'Office of Energy of Energy EERE (Office of Energy Efficiency and Renewable Energy Energy" del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti nell'ambito del numero di accordo SETO (Solar Energy Technologies Office) DE-EE0007543.
....Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Profilometro di superficie Alpha Step | Tencor Instruments | 10-00020 | Strumento per la misura dello spessore del film |
| Materiale CdCl2 | 5N Plus | N/A | Materiale per il trattamento di passivazione dell'assorbitore |
| CdSeTe Materiale semiconduttore | 5N Plus | N/A | semiconduttore di tipo P per lo strato assorbente |
| CdTe Materiale semiconduttore | 5N Plus | N/A | Materiale semiconduttore di tipo P per lo strato assorbente |
| Generatore di energia RF CESAR Advanced | Energy | 61300050 | Generatore di energia per deposizione di MgZnO Sputter |
| Materiale CuCl | Sigma Aldrich | N/A | Materiale per il drogaggio dell'assorbitore |
| Materiale di delineazione | Kramer Industries Inc. | Melamina Tipo 3 60-80 mesh | Materiale di perline in plastica per la delineazione del film |
| Glovebox Enclosure | Vaniman Manufacturing Co. | Problast 3 | Custodia per scatola a guanti per la delineazione del film |
| Cristallo d'oro | Kurt J. Lesker Company | KJLCRYSTAL6-G10 | Cristallo per il monitor dello spessore di evaporazione |
| HVLP e standard Gravity Feed Spray Gun Gun Kit | Husky | HDK00600SG | Pistola a spruzzo applicatore per l'applicazione del contatto posteriore della vernice |
| Ni MgZnO Sputter Target | Plasmaterials, Inc. | PLA285287489 | Materiale dello strato dell'emettitore di tipo N |
| Soluzione per la pulizia del vetro Micro 90 | Cole-Parmer | EW-18100-05 | Soluzione per la pulizia iniziale del vetro |
| Substrati NSG Tec10 | Pilkington | N/A | Vetro all'ossido conduttore trasparente per contatto elettrico frontale |
| Super Shield Ni Rivestimento conduttivo | MG Chemicals | 841AR-3.78L | Vernice conduttiva per lo strato di contatto posteriore |
| Materiale | Te Sigma Aldrich | MKBZ5843V | Materiale per lo strato di contatto posteriore |
| Monitor di spessore | R.D. Mathis Company | TM-100 | Strumento per la programmazione e il monitoraggio delle condizioni di evaporazione Te |
| Diluente 1 | MG Chemicals | 4351-1L | Diluente per vernici da miscelare con Ni per lo strato di contatto posteriore |
| Pulitore ad ultrasuoni 1 | L & R Electronics | Q28OH | Pulitore ad ultrasuoni 1 per la pulizia del vetro |
| Pulitore ad ultrasuoni 2 | Ultrasonic Clean | 100S | Pulitore ad ultrasuoni 2 per la pulizia |
| del vetro Spettrometro UV/VIS Lambda 2 Spettrometro | PerkinElmer | 166351 | utilizzato per misure di trasmissione su film CdSeTe |
Riferimenti
- Global energy demand rose by 2.3% in 2018, its fastest pace in the last decade. , Available from: https://www.iea.org/newsroom/news/2019/march/global-energy-demand-rose-by-23-in-2018-its-fastest-pace-in-the-last-decade.html (2019).
- Morton, O. Solar energy: A new day dawning?: Silicon valley sunrise. Nature. 443
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Ristampe e permessi
