Celle in silicio policristallino solari a film sottile con plasmoniche-enhanced Light-trapping

In silicio policristallino a film sottile celle solari su vetro sono fabbricati dalla deposizione di strati di silicio drogati con boro e fosforo, seguita da cristallizzazione, passivazione difetto e metallizzazione. Plasmonici luce trapping viene introdotto formando nanoparticelle Ag sulla superficie cellulare di silicio ricoperto con un riflettore diffuso conseguente miglioramento fotocorrente ~ 45%.

L'obiettivo generale del seguente esperimento è dimostrare come la diffusione della luce da parte delle nanoparticelle plasmoniche migliori l'intrappolamento della luce nelle celle solari a film sottile e migliori le loro prestazioni. Ciò si ottiene depositando un film d'argento precursore sulla superficie posteriore della cella solare a film sottile, e quindi inginocchiandolo per fabbricare un array di nanoparticelle d'argento casuale a dispersione di luce. Come secondo passo, la cella solare con un array di nanoparticelle è rivestita con uno strato dielettrico di fluoruro di magnesio seguito da una vernice bianca per aggiungere un riflettore posteriore diffuso, che cattura la luce trasmessa attraverso l'array di nanoparticelle Per migliorare ulteriormente la corrente fotografica della cella, la luce che entra nella cella solare e che non viene assorbita nel primo passaggio, viene dispersa alle celle sia dall'array di nanoparticelle che dal riflettore diffuso posteriore ad angoli obliqui, che migliora lo spessore ottico della cella e quindi migliora l'assorbimento della luce Si ottengono risultati che mostrano che la corrente di cortocircuito della cella solare aumenta del 45% in presenza del riflettore di diffusione della luce plasmonica.

Il vantaggio principale di questa tecnica di un approccio convenzionale di intrappolamento della luce basato sulla testurizzazione è che può essere applicata a pianificatori e dispositivi completamente fabbricati, evitando così complicazioni impossibili dovute a difetti legati alla trama o incompatibilità con i processi di fabbricazione del dispositivo. Sebbene questo metodo sia applicato alle celle cellulari della sindrome del silicio cristallino, può essere applicato anche ad altri tipi di celle solari e dispositivi optoelettronici per migliorarne le prestazioni come celle amorose, silicio e film microm, celle solari organiche e persino diodi emettitori di luce. Inizia questo protocollo con la fabbricazione di celle solari in silicio policristallino come descritto nel protocollo scritto che accompagna questo video.

Questa vista ravvicinata di una cella risultante dal processo di fabbricazione di due settimane mostra la superficie del silicio della cella tra il modello di metallizzazione in cui si formeranno le nanoparticelle di silicio. Soffiare la superficie metallizzata della cella con azoto secco per rimuovere la polvere e caricare il campione in un evaporatore termico contenente una barchetta di tungsteno riempita con 0,3-0,5 grammi di granuli d'argento. Pompare la camera dell'evaporatore alla pressione di base di due o tre per 10 al meno cinque per il programma successivo.

Il monitor a cristalli di quarzo abbreviato QCM con parametri per l'argento. Assicurarsi che l'otturatore del campione sia chiuso e accendere il riscaldatore della barca in tungsteno. Aumentare la corrente abbastanza lentamente da evitare un aumento di pressione superiore a otto per 10 fino a meno cinque fino a quando i granuli d'argento non si sciolgono come osservato attraverso una finestra Dopo che la pressione si è stabilizzata, impostare la corrente al punto di regolazione che corrisponde alla velocità di deposizione dell'argento da 0,1 a 0,2 angstrom al secondo.

Aprire l'otturatore per avviare il processo di deposizione. Un aspetto critico nella fabbricazione di un riflettore mono plus è quello di controllare con precisione lo spessore del film d'argento e le condizioni del ginocchio. Per formare gli array di nanoparticelle più performanti.

Monitorare lo spessore crescente del film d'argento utilizzando QCM e chiudere l'otturatore quando viene raggiunto uno spessore di 14 nanometri, lasciare raffreddare la barca di tungsteno per circa 15 minuti e quindi scaricare il campione, la cella con un film d'argento appena depositato viene posta in un forno spurgato con azoto preriscaldato a 230 gradi Celsius e inginocchiato per 50 minuti. Dopo un inginocchiamento, è evidente un cambiamento nell'aspetto della superficie a causa della presenza di nanoparticelle. Il riflettore posteriore è costituito da un rivestimento dielettrico al fluoruro di magnesio di circa 300 nanometri di spessore con uno strato di vernice bianca commerciale per soffitti.

Prima di fabbricare il catarifrangente posteriore, proteggere i contatti delle celle applicando su di essi inchiostro nero per pennarelli. Ciò consente l'esposizione dei contatti da sotto il dielettrico mediante un processo di liftoff. Utilizzare una pistola ad azoto per soffiare l'array di nanoparticelle e i contatti verniciati per rimuovere la polvere.

Utilizzare una pressione moderata dell'azoto per evitare di rimuovere le nanoparticelle aderenti settimanalmente. Posizionare il campione nell'evaporatore termico contenente una barchetta di tungsteno riempita di magnesio. Pezzi di fluoro.

Pompare l'evaporatore a una pressione di due o tre per 10 rispetto al set di meno cinque tor. Parametri QCM per il fluoruro di magnesio, assicurarsi che l'otturatore del campione sia chiuso e accendere la barca. Il riscaldatore aumenta lentamente la corrente per evitare un'eccessiva pressurizzazione fino a quando il fluoruro di magnesio non si scioglie come visto attraverso una finestra.

Dopo che la pressione si è stabilizzata, impostare la corrente sul set point che corrisponde alla velocità di deposizione del fluoruro di magnesio di 0,3 nanometri al secondo e aprire l'otturatore del campione. Monitorare lo spessore depositato utilizzando QCM e chiudere l'otturatore quando vengono raggiunti i 300 nanometri, spegnere il riscaldatore dopo che la barca di tungsteno si è raffreddata per circa 15 minuti, scaricare il campione. Si noti il cambiamento nell'aspetto della cella con il rivestimento in fluoruro di magnesio.

Per rimuovere la maschera di inchiostro dai contatti della cella, immergere la cella con il rivestimento dielettrico nell'acetone. Attendere che il dielettrico sopra l'inchiostro inizi a rompersi e a sollevarsi. Mantenere la cella nell'acetone fino a quando tutto l'inchiostro con il dielettrico non viene rimosso e i contatti metallici sono completamente esposti.

Rimuovere il campione dall'acetone. Prova con una pistola ad azoto. Applicare uno strato di vernice bianca con un pennello morbido e fine su tutta la superficie cellulare.

Evitando accuratamente i contatti metallici, lo strato di vernice deve essere abbastanza spesso da essere completamente opaco in modo che non si possa vedere la luce quando si guarda attraverso la cella verniciata una fonte di luce intensa, lasciare asciugare la vernice per un giorno. La corrente di cortocircuito della cella solare viene calcolata integrando l'efficienza quantistica esterna o la curva EQE sullo spettro solare globale standard. Sia la corrente della cella che il suo aumento dovuto all'intrappolamento della luce dipendono dallo spessore dello strato assorbente della cella.

La corrente stessa è più alta per le celle più spesse, ma l'aumento di corrente è maggiore per i dispositivi più sottili. Le celle originali spesse due micron senza intrappolamento della luce hanno una densità di corrente di cortocircuito misurata a circa 15 milliampere per centimetro quadrato con riflettore posteriore diffuso. La corrente può essere di circa 20 milliampere per centimetro quadrato o dal 25 al 31% più alta dopo la fabbricazione di un array di nanoparticelle sulla superficie posteriore della cella.

La densità di corrente di cortocircuito aumenta fino a circa 20 milliampere per centimetro quadrato, che è un miglioramento del 32%, leggermente migliore dell'effetto di miglioramento del riflettore posteriore diffuso. Solo dopo aver aggiunto il riflettore diffuso posteriore sul rivestimento in fluoruro di magnesio alla cella con l'array di nanoparticelle plasmoniche, la densità di corrente di cortocircuito viene ulteriormente aumentata a 22,3 milliampere per centimetro quadrato o circa il 45% di miglioramento. Si noti che per la cella spessa tre micron, tutte le correnti sono più alte fino a 25,7 milliampere per centimetro quadrato, mentre il miglioramento relativo è leggermente inferiore al 42% L'intrappolamento della luce ha un effetto relativamente maggiore nei dispositivi più sottili Una volta padroneggiato.

Questa procedura può essere eseguita entro quattro o cinque ore se eseguita correttamente. Escludendo, unire la vernice riflettente che impiegherà circa 12 ore e temperatura ambiente. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona idea di come funziona l'intrappolamento dell'argilla plasmonica per le celle solari.

Inoltre, dovresti avere una buona comprensione di come fabbricare un riflettore di dispersione plasmonico sulle celle solari per migliorare l'intrappolamento della luce nella corrente fotografica della cella.