Name: Rendere record efficienza SnS celle solari per evaporazione termica e Atomic Layer Deposition (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-05-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 1 s
Description: Scopri la fabbricazione di celle solari a solfuro di stagno (SnS) mediante deposizione termica e atomic layer deposition. Questo metodo raggiunge efficienze del 4,36% e 3,88%, offrendo una piattaforma affidabile per lo sviluppo di materiali fotovoltaici non tossici.

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Gli autori desiderano ringraziare Paul Ciszek e Keith Emery dal National Renewable Energy Laboratory (NREL) per misure JV certificati, Riley Brandt (MIT) per photoelectron misure di spettroscopia, e Jeff Cotter (ASU) per l&#39;ispirazione per la sezione verifica di ipotesi. Questo lavoro è supportato dal Dipartimento dell&#39;Energia degli Stati Uniti attraverso l&#39;iniziativa SunShot sotto contratto DE-EE0005329, e da Robert Bosch LLC attraverso la Bosch Energy Research Network sotto concessione 02.20.MC11. V. Steinmann, R. Jaramillo, e K. Hartman riconoscono il sostegno, la fondazione Alexander von Humboldt, una DOE EERE Postdoctoral Research Award, e Intel PhD Fellowship, rispettivamente. Questo uso lavoro fatto del Center for Nanoscale Sistemi dell&#39;Università di Harvard, che è sostenuto dalla National Science Foundation sotto award ECS-0.335.765.

1. Supporto di selezione e taglio <ol><li> Acquisto lucido wafer silicio con un ossido termico spessore. Per i dispositivi qui riportati, utilizzare 500 micron di spessore con un wafer nm 300 o ossido termico spessore. I criteri di selezione del substrato sono discussi nella sezione di discussione. </li><li> Spin rivestire il lato lucido di wafer con una tipica photoresist positivo (SPR 700 o PMMA A. 495) e cuocere morbido (30 sec a 100 ° C). Nota: Questo è uno strato protettivo per impedire danni o contaminazione durante la successiva fase di taglio. </li><li> Utilizzare una sega per tagliare il dado fetta in 1 &quot;× 1&quot; (25,4 x 25,4 millimetri 2) substrati quadrati. </li></ol> 2. Substrato di pulizia <ol><li> Rimuovere particolato e altri residui che derivano dalla fase di taglio utilizzando una pistola azoto compresso, seguito da un bagno ad ultrasuoni in (DI) acqua deionizzata per 5 min a 45 - 60 ° C. </li><li> Rimuovere lo strato di resina fotosensibile con un ba ultrasuonith in acetone per 5 minuti a 45 - 60 ° C. </li><li> Pulire il substrato esposto con 3 successive bagni ad ultrasuoni, il tutto per 5 min a 45 - 60 ° C: acetone, etanolo, e alcol isopropilico. Terminare asciugatura con una pistola azoto compresso, mentre i substrati rimangono nel supporto di quarzo. </li></ol> 3. Mo Sputtering <ol><li> Caricare i puliti Si / SiO 2 substrati in un sistema di sputtering alto vuoto. Assicurarsi che la piastra di supporto è riscaldata e la rotazione del substrato è abilitato. Per i dispositivi qui riportati, processo in un sistema commerciale con le pistole magnetron inclinati con 2 &quot;obiettivi e una distanza di proiezione di circa 4&quot;. </li><li> Depositare il primo strato (lo strato di adesione) a pressione relativamente alta di fondo come 10 mTorr di Ar. Per i dispositivi qui riportati, processo con una potenza di 180 W sputtering (DC), che dà un tasso di crescita del 2,6 Å / sec, e un primo strato di Mo che è a 360 nm di spessore. </li><li> Depositare il secondostrato (strato conduttore) ad una pressione relativamente bassa di fondo come 2 mTorr di Ar. Utilizzare la stessa potenza sputtering del primo strato (180 W) e depositare lo stesso spessore. Nota: I dispositivi qui riportati hanno avuto un secondo strato di Mo che era 360 nm di spessore, uguale al primo strato. </li><li> Dopo la deposizione Mo, memorizzare i substrati sotto vuoto fino alla fase di deposizione SnS. </li></ol> 4. SnS Deposizione Nota: La tecnica di deposizione ALD è descritta al comma 4.1, e la deposizione TE è descritta nella sottosezione 4.2. Il sistema ALD deposizione è mostrato nella Figura 2, e il sistema di deposizione TE è mostrato in figura 3. <ol><li> Deposito SnS di ALD <ol><li> Prima di caricare nel reattore, mettere substrati Mo in un pulitore di ozono UV per 5 minuti per rimuovere le particelle organiche. Poi posizionare i substrati sulla porta substrato e inserire nella zona di deposizione. </li><li> Stabilizzare la tempe fornotura a 200 ° C prima di iniziare la deposizione. </li><li> Grow SnS film sottili dalla reazione di bis (N, N &#39;-diisopropylacetamidinato) -tin (II) [Sn (MEC (N -DPI) 2) 2, qui definito Sn (AMD) 2] e solfuro di idrogeno (H 2 S) 4. <ol><li> Mantenere la Sn (AMD) 2 precursore ad una temperatura costante di 95 ° C. Utilizzare puro N 2 gas per aiutare la consegna di Sn (AMD) 2 vapore dal contenitore nel forno per la zona di deposizione. Durante ogni ciclo ALD, fornitura di tre dosi di Sn (AMD) 2 precursore per l&#39;esposizione totale di 1.1 Torr secondo. </li><li> Utilizzare una miscela gassosa di 4% H 2 S in N 2 come fonte di zolfo. Assicurarsi che l&#39;esposizione al vapore di idrogeno solforato è di 1,5 Torr secondo per dose. Assicurarsi che la pressione parziale di H 2 S e la pressione totale di H 2 S in N 2 sono 0,76 Torr e 19 Torr, rispettivamente. </li></ol></li><li> Set tha tempo di pompaggio tra dose precursore Sn e H 2 S dosaggio sia solo 1 sec (breve rispetto alla maggior parte delle procedure convenzionali ALD) al fine di accelerare la deposizione. Nota: Poiché il precursore Sn non viene completamente rimosso da questo tempo di pompaggio breve, qualche precursore residuo Sn rimane quando l&#39;H 2 S arriva. Così il processo potrebbe essere descritto come un processo CVD pulsata. Il tasso di crescita di film di SNS è 0,33 Å / ciclo, o 0,04 Å / sec. </li></ol></li><li> Deposito SnS di TE <ol><li> Assicurarsi che la pressione della camera di processo è di 2 x 10 -7 Torr o inferiore. Substrati di carico nella camera attraverso la serratura carico. Tenere i substrati alla piastra con un singolo clip, o con un supporto substrato personalizzato con tasche opportunamente dimensionati che è avvitata alla piastra substrato. </li><li> Rampa la fonte e riscaldatori substrato ai loro valori di riferimento. Per il dispositivo qui riportato la temperatura del substrato è di 240 ° C e la velocità di crescita è 17; / sec; per ottenere questo tasso di crescita impostare la temperatura della sorgente nel range 550-610 ° C (le richieste fonte temperatura aumenta con il tempo per un solo carico di polvere di origine). Lo spessore del film di destinazione è di 1.000 nm. </li><li> Misurare velocità di deposizione utilizzando il monitor a cristalli di quarzo (QCM) prima e dopo la deposizione di film SnS muovendo il braccio QCM nella camera di processo. Per questa misurazione il substrato viene sollevato in modo che la QCM può essere spostato nella posizione di crescita substrato. Nota: il tasso di deposizione rimane abbastanza costante per tutto un tempo di deposizione di 3 ore (± 0,05 Å / sec deviazione). </li><li> Dopo la deposizione, trasferire i campioni indietro nella serratura carico prima sfiato all&#39;aria. Trasportare rapidamente i campioni attraverso l&#39;aria in deposito sia sotto vuoto o in atmosfera inerte portaoggetti prima della successiva fase di lavorazione. Nota: Il tempo di esposizione all&#39;aria tipico involontaria è di circa 3 minuti. Il tempo di conservazione tipico è tra un giorno e aweek. </li></ol></li></ol> 5. SnS ricottura Nota: Questa operazione viene eseguita in modo leggermente diverso per le celle solari ALD e TE. La procedura di ricottura per celle solari ALD è descritto al comma 5.1, e la procedura per le celle solari TE è descritta nella sottosezione 5.2. Lo scopo di ricottura è discusso nella sezione di discussione. <ol><li> Ricottura i ALD coltivati ​​SnS film in H 2 S gas. Nota: Questo passo viene eseguito nello stesso sistema utilizzato per la crescita ALD. <ol><li> Utilizzare puro H 2 S gas (99,5% puro) ad una portata di 40 sccm e pressione di 10 Torr. </li><li> Riscaldare il film SnS ad una temperatura di 400 ° C e mantenere per 1 ora in ambiente H 2 S gas. Assicurarsi che il gas sta fluendo in tutto il processo, tra cui la temperatura rampa su e giù. </li></ol></li><li> Ricottura film SnS TE-coltivate in gas H 2 S. Eseguire questo passaggio in un forno tubolare dedicato. <ol><li> Carica the campioni su una piastra di quarzo pulito e scorrevole nella regione hot-zone del forno. </li><li> Dopo il forno viene sigillato, spurgare tre volte con puro N 2 e consentire a pompare fino a pressione di base. </li><li> Stabilire flusso di gas a 100 sccm del 4% H 2 S a 28 Torr. </li><li> Rampa la temperatura a 400 ° C in 10 min. Tenere a 400 ° C per 1 ora, quindi consentire ai campioni di raffreddare senza assistenza nella vasca zona. Mantenere costante H 2 flusso e la pressione del gas S fino a quando i campioni raffreddare sotto i 60 ° C. Rimuovere i campioni e sia procedere immediatamente alla fase successiva, o metterli in deposito in un vano portaoggetti gas inerte. </li></ol></li></ol> 6. SnS passivazione della superficie con un ossido nativo Nota: Questa operazione viene eseguita in modo leggermente diverso per le celle solari ALD e TE. Nell&#39;Africa sub-paragrafo 6.1 la procedura passivazione della superficie per le celle solari ALD è descritto, e la procedura per le celle solari TE è descritta nella sottosezione6.2. La funzione di questa fase è ulteriormente discusso nella sezione di discussione. <ol><li> Per i campioni ALD coltivate, crescere un sottile strato di SnO 2 da ALD. Nota: Usiamo un reattore diverso da quello utilizzato per la crescita SnS. <ol><li> Grow SnO 2 dalla reazione di ammide ciclica di stagno [(1,3-bis (1,1-dimetiletil) -4,5-dimetil- (4R, 5R) -1,3,2-diazastannolidin-2-ilidene) Sn (II)] e perossido di idrogeno (H 2 O 2). Conservare il ciclico precursore ammide stagno in stufa a 43 ° C, e l&#39;H 2 O 2 in un gorgogliatore a RT. </li><li> Mantenere la temperatura del substrato a 120 ° C per la deposizione. </li><li> Esporre il precursore stagno e H 2 O 2 utilizzando 0,33 e 1,5 Torr secondo per ciclo, rispettivamente, per un totale di 5 cicli. Verificare che lo spessore del risultante SnO 2 è di 0,6 0,7 nm, come misurato mediante spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) analisi 10. </li></ol></li><li> Per i campioni TE-coltivate, formare un thin strato di SnO 2 di esposizione all&#39;aria. <ol><li> Esporre i campioni di aria ambiente di laboratorio per 24 ore. Verificare che lo spessore del risultante SnO 2 è di circa 0,5 nm, come misurato mediante analisi XPS. Nota: Il tipico RT è di 24 ± 1 ° C, e l&#39;umidità tipica è del 45% ± 13% (più alta in estate); per i dispositivi riportati qui, i valori erano 24,6 ° C e &lt;30%, rispettivamente. </li></ol></li></ol> 7. Deposizione della Zn (O, S) / strato ZnO Buffer Nota: Questa operazione viene eseguita nella stessa camera ALD che viene utilizzata per la crescita SnS da ALD. <ol><li> Crescere un Zn (O, S): N strato ALD. <ol><li> Mantenere la temperatura del substrato a 120 ° C. </li><li> Grow Zn (O, S): N dalla ALD dalla reazione di dietilzinco (Zn (C 2 H 5) 2, DEZ), acqua deionizzata (H 2 O), 4% H 2 S in N 2, e l&#39;ammoniaca (NH 3) 11. Conservare le contai gorgogliatorening DEZ a temperatura ambiente. Usare una sequenza del ciclo di [DEZ-H 2 O-DEZ-NH 3] 14 - [DEZ-H 2 S] 1, e ripetere questo ciclo eccellente 12 volte. Assicurarsi che l&#39;esposizione di ammoniaca è di 11 Torr secondo. </li><li> Verificare che il rapporto S / Zn nel film risultante è 0,14, misurata mediante spettroscopia Rutherford backscattering 12, e che lo spessore della pellicola è di circa 36 nm. </li></ol></li><li> Crescere uno strato ZnO da ALD. <ol><li> Mantenere la temperatura del substrato a 120 ° C. </li><li> Crescere ZnO con 50 cicli di ALD DEZ-H 2 O. Nota: Lo spessore del film di ZnO risultante è di circa 18 nm. </li></ol></li></ol> 8. Deposizione della ossido conduttore trasparente (TCO), Indium Tin Oxide (ITO) <ol><li> Tagliare ITO ombra maschere da un 0.024 &quot;(610 micron) 6061 fogli con un taglio laser di laboratorio. Nota: Le maschere definiscono 11 dispositivi rettangolari che sono 0,25 centimetri 2size e un pad più grande in un angolo che viene utilizzato per le misure di riflettività ottica, vedi figura 4. </li><li> Montare i dispositivi e le maschere in un assetto maschera. Nota: Si tratta di una piastra di alluminio con tasche nidificati per il substrato e maschere e clip per fissare le maschere a posto. </li><li> Deposito ITO da reattiva magnetron sputtering. <ol><li> Riscaldare il substrato di circa 80-90 ° C e abilitare la rotazione del substrato. </li><li> Utilizzare un bersaglio del diametro ITO 2 pollici (In 2 O 3 / SnO 2 90/10 in peso.%, 99,99% puro) a 65 W di potenza RF sputtering con Ar / O flusso 2 gas 40 / 0,1 SCCM a 4 mTorr pressione totale. </li><li> Crescere un film ITO spessa 240 nm. Nota: Con questi parametri, i tassi di crescita di 0,5 A / sec e foglio resistenze nel range 40 - 60 Ω / mq si ottengono. </li></ol></li></ol> 9. Metallizzazione <ol><li> Maschere Cut metallizzazione ombra di un 127 micron di spessore austenlamiera di acciaio inox ITIC. Nota: Queste maschere vengono tagliati con + 10 / -5 tolleranza micron da una società commerciale. Il modello di metallo composta da 2 dita separate da 1,5 millimetri, ogni lungo 7 mm e un contatto pad 1 x 1 mm 2, vedere Figura 4. </li><li> Montare i dispositivi e le maschere in un assetto maschera, come nel passo 8.2. </li><li> Deposito Ag (per dispositivi TE) o Ni / Al (per dispositivi ALD) per evaporazione a fascio elettronico. <ol><li> Mount maschera allineatore sulla piastra substrato di un sistema di metalli di evaporazione a fascio di elettroni. Pompare fino ad una pressione di base al di sotto di 1 x 10 -6 Torr. </li><li> Far evaporare metallo ad una velocità di 2 Å / sec. Deposita 500 spessore del metallo totale nm. </li></ol></li></ol> Caratterizzazione 10. Dispositivo <ol><li> Eseguire corrente-tensione (&quot;J - V&quot;) misurazioni su tutti i dispositivi alla luce solare buio e in AM1.5 simulato. <ol><li> Calibrare il simulatore solare attraverso la raccolta di J - dati V from una cella solare di silicio calibrata e regolando la potenza della lampada simulatore solare ed altezza fino a raggiungere il valore corrente tarati per AM1.5 insolazione. </li><li> Contattare i dispositivi in ​​modalità a quattro fili utilizzando berillio rame doppie punte delle sonde di contattare sia l&#39;alto (anodo, Ag o Al) e inferiore (catodo, Mo) strati. Contatta lo strato inferiore graffiando via gli strati di buffer e SnS con una lama di bisturi. </li><li> Luce Misurare e J scuri - dati V utilizzando una sorgente di metri da una tensione di sourcing e la corrente di misura. Nota: I dispositivi sono normalmente misurati all&#39;interno dell&#39;intervallo ± 0,5 V. I dispositivi non sono sensibili alla direzione o la velocità delle scansioni di tensione. Per i test di routine un&#39;apertura area light-definizione non viene utilizzato, vedere la sezione di discussione per ulteriori dettagli. </li></ol></li><li> Eseguire efficienza quantica esterna (EQE) misure su tutti i dispositivi, con la luce variabile e tensione di polarizzazione. <ol><li> Calibrare il sistema EQE misurando la respoNSE un fotodiodo calibrazione Si. Nota: Il software confronta questi dati alle misurazioni effettuate con uno standard NIST garantiti per regolare il livello di luce di conseguenza. </li><li> Contattare i dispositivi che utilizzano il metodo a quattro fili, come al punto 10.1.2. </li><li> Misurare EQE utilizzando un sistema commerciale che illumina il campione con luce monocromatica tritato a 100 Hz in un intervallo di lunghezza d&#39;onda di 270 nm e 1100 misura la corrente risultante. Eseguire questa misurazione secondo procedura operativa standard del produttore. </li><li> Ripetere la misura EQE con tensione variabile e la polarizzazione della luce bianca. Utilizzare un SourceMeter per fornire la tensione di polarizzazione, e una lampada alogena per fornire la polarizzazione della luce. Misurare i dispositivi sia in avanti che in retromarcia tensione di polarizzazione, e sotto la variabile intensità della luce bianca fino a ~ 1 Suns. </li><li> Misurare riflettanza ottica (% R) della superficie superiore ITO utilizzando uno spettrofotometro con una sfera di integrazione per convertire dall&#39;esterno all&#39;internoefficienza quantica (IQE). Eseguire questa misurazione secondo procedura operativa standard del produttore. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Substrato pulizia selezione Wafer di Si ossidati sono utilizzati come substrati. I substrati sono il supporto meccanico per le celle solari risultanti, e le loro proprietà elettriche non sono importanti. Wafer di Si sono preferiti al vetro perché wafer di silicio commercialmente acquistati sono in genere più pulito di wafer di vetro commerciali acquistati, e questo consente di risparmiare tempo nella pulizia del substrato. Si substrati devono anche alta conducibilità termica...

Il fotovoltaico a film sottile (PV) continuano ad attrarre l&#39;interesse e notevole attività di ricerca. Tuttavia, l&#39;economia del mercato fotovoltaico si stanno spostando rapidamente e in via di sviluppo di successo commerciale fotovoltaico a film sottile è diventata una prospettiva più impegnativo. Vantaggi di costo di produzione rispetto alle tecnologie basate su wafer non possono più essere dato per scontato, e vanno ricercate miglioramenti in efficienza e costi su un piano di parità. 1,2 Alla luce di questa realtà abbiamo scelto di sviluppare SnS come materiale assorbente per fotovoltaico a film sottile. SnS ha vantaggi pratici intrinseci che potrebbero tradursi in basso costo di produzione. Se elevati rendimenti possono essere dimostrati, potrebbe essere considerato come una sostituzione drop-in per CdTe in commerciale fotovoltaico a film sottile. Qui, la procedura di fabbricazione per la cronaca SnS celle solari recentemente segnalati è dimostrata. Ci concentriamo sugli aspetti pratici quali la scelta del substrato, condizioni di deposizione, il layout del dispositivo, e protocolli di misura. SnS è composto da elementi non tossici, Terra abbondanti e poco costoso (stagno e zolfo). SNS è un semiconduttore solido (nome minerale Herzenbergite) inerte ed insolubile con un bandgap indiretta di 1,1 eV, forte assorbimento della luce per fotoni con energia sopra 1,4 eV (α&gt; 10 4 cm -1), e intrinseco conducibilità p tipo di concentrazione dei portatori nell&#39;intervallo 15 ottobre-17 ottobre cm 3 3 -. 7 Importante, SnS evapora congruente ed è fase stabile fino a 600 ° C 8,9 Ciò significa che SnS può essere depositato per evaporazione termica (TE) e la sua alta. cugino -speed, sublimazione spazio chiuso (CSS), come impiegato nella fabbricazione di celle solari CdTe. Significa anche che il controllo di fase SnS è molto più semplice rispetto alla maggior parte dei materiali fotovoltaici a film sottile, che prevedono in particolare Cu (In, Ga) (S, Se) 2 (CIGS) e Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS). Pertanto, ef cellularecienza si pone come il maggiore ostacolo alla commercializzazione di SnS PV, e SnS potrebbe essere considerato un rimpiazzo per CdTe una volta elevati rendimenti sono dimostrate alla scala di laboratorio. Tuttavia questa barriera efficienza non può essere sopravvalutata. Si stima che l&#39;efficienza record deve aumentare di un fattore di quattro, dal ~ 4% al ~ 15%, al fine di stimolare lo sviluppo commerciale. Sviluppare SnS come crescita richiederà anche rimpiazzo per CdTe di SnS alta qualità film sottili da CSS, e lo sviluppo di un materiale socio n tipo su cui SnS possono essere coltivate direttamente. Di seguito viene descritta la procedura passo-passo per la realizzazione di celle solari SnS registrare utilizzando due diverse tecniche di deposizione, deposizione di strati atomici (ALD) e TE. ALD è un metodo di crescita lenta ma aggiornata ha prodotto i più alti dispositivi di efficienza. TE è più veloce e scalabile industrialmente, ma ritardi ALD in efficienza. Oltre ai diversi metodi di deposizione SnS, il TEe celle solari ALD divergenti nella ricottura, passivazione della superficie, e passi di metallizzazione. Le fasi di fabbricazione del dispositivo sono elencate in Figura 1. Dopo aver descritto la procedura, i risultati dei test per i dispositivi di registrazione certificati e campioni correlati sono presentati. I risultati record sono stati segnalati in precedenza. Qui l&#39;attenzione è rivolta alla diffusione dei risultati di una tipica corsa di elaborazione.

<table><tbody><tr><td>Portawafer di quarzo</td><td>AM Quartz, Gainesville, TX</td><td></td><td>design su misura</td></tr><tr><td>Sistema di sputtering</td><td>PVD Prodotti</td><td></td> Sistema <td>di sputtering ad alto vuoto con blocco del carico</td></tr><tr><td>4% H2S in N2</td><td>Airgas Inc.</td><td></td><td></td>X02NI96C33A5626</tr><tr><td>99,5% H2S</td><td>Matheson Trigas</td><td>G1540250</td><td></td></tr><tr><td>SnS polvere</td><td>Sigma</td><td>Aldrich 741000-5G</td><td></td></tr><tr><td>Cella di effusione</td><td>Veeco</td><td>35-LT</td><td>Cella di effusione a filamento singolo a bassa temperatura</td></tr><tr><td>dietilzinco (Zn(C2H5)2)</td><td>Strem Chemicals</td><td>93-3030</td><td></td></tr><tr><td>Taglierina laser</td><td>Electrox</td><td>Scorpian G2</td><td>Utilizzato per maschere d'ombra ITO</td></tr><tr><td>Bersaglio sputtering ITO (In2O3/SnO2 90/10 in peso%, 99,99% puro)</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EJTITOX402A4</td><td></td></tr><tr><td>Maschere d'ombra per metallizzazione</td><td>MicroConnex</td><td></td><td>design su misura</td></tr><tr><td>Evaporatore a fascio di elettroni</td><td>Denton</td><td></td><td>Evaporatore di metalli ad alto vuoto con blocco del carico</td></tr><tr><td>Simulatore solare AM1.5</td><td>Newport Oriel</td><td>91194</td><td>1.300 W Xe-lamp con filtro AM1.5G</td></tr><tr><td>Spettrofotometro</td><td>Perkin Elmer</td><td>Lambda 950 UV-Vis-NIR</td><td>150 mm Sfera integratrice rivestita in Spectralon</td></tr><tr><td>Cella solare Si calibrata</td><td>Misure fotovoltaiche Vetro</td><td></td><td>della finestra BK-7</td></tr><tr><td>Doppie punte della sonda</td><td>Accuprobe</td><td></td><td></td>K1C8C1F</tr><tr><td>Souce-meter</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Sistema di misurazione dell'efficienza quantistica</td><td>Misure fotovoltaiche</td><td>QEX7</td><td></td></tr><tr><td>Fotodiodo Si calibrato</td><td>Misurazioni</td><td></td><td></td>fotovoltaiche</tr> Stazione <tr><td>di prova di celle solari ad alto rendimento</td><td>Misurazioni PV Design</td><td></td><td>su misura</td></tr><tr><td>Olio per pompe inerti</td><td>DuPont</td><td>Krytox</td><td>olio PFPE, grado 1514; fornitore: Eastern Scientific</td></tr><tr><td>O-ring in elastomero resistente H2S</td> Composto <td>DuPont</td><td>Kalrez</td><td>7075; venditore: Marco Rubber</td></tr><tr><td>O-ring in elastomero resistente H2S O-ring in elastomero resistente</td> Marco <td>Rubber</td><td>Markez</td><td>Z1028</td></tr><tr><td>O-ring in elastomero resistente H2S</td><td>Seals Eastern, Inc.</td><td>Venditore Aflas</td><td>: Marco Rubber</td></tr></tbody></table>

rendere record efficienza sns celle solari per evaporazione termica e atomic layer deposition

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin solfuro (SNS) è un materiale assorbente candidato per la Terra-abbondanti celle solari non tossici,. SnS offre un controllo di fase semplice e rapida crescita da congruenti evaporazione termica, ed assorbe la luce visibile fortemente. Tuttavia, per lungo tempo l&#39;efficienza di conversione di potenza record di celle solari SnS rimasto inferiore al 2%. Recentemente abbiamo dimostrato nuovi livelli di efficienza record di certificati di 4,36% con SnS depositati da deposizione di strati atomici, e 3,88% con evaporazione termica. Qui il procedimento di fabbricazione per queste celle solari registrazione è descritto, e la distribuzione statistica del processo di fabbricazione viene segnalato. La deviazione standard di efficienza misurata su un unico substrato è tipicamente superiore a 0,5%. Tutte le fasi tra cui la selezione del substrato e la pulizia, Mo sputtering per il contatto posteriore (catodo), SnS deposizione, ricottura, passivazione della superficie, Zn (O, S) Selezione strato intermedio e la deposizione, conduttore trasparente (anodo) di deposizione, e metallizzazione sono descritti. Su ogni substrato fabbrichiamo 11 dispositivi individuali, ciascuno con area attiva 0,25 centimetri 2. Inoltre, un sistema per la misurazione di throughput elevato di curve corrente-tensione sotto la luce solare simulata, e la misurazione efficienza quantica esterna con polarizzazione variabile della luce viene descritta. Con questo sistema siamo in grado di misurare insiemi di dati completi su tutti i dispositivi 11 in modo automatico e in tempo minimo. Questi risultati illustrano il valore dello studio di grandi serie di campioni, piuttosto che concentrarsi strettamente sui più alti dispositivi performanti. Grandi insiemi di dati ci aiutano a distinguere e risolvere i singoli meccanismi di perdita che interessano i nostri dispositivi.

Nelle figure 6-8 risultati sono illustrati due rappresentativi &quot;base&quot; campioni TE-coltivate come descritto sopra. Illuminato J - dati V per questi due campioni è tracciata in figura 6 Il primo campione (&quot;SnS140203F&quot;), ha prodotto il dispositivo con efficienza certificata del 3,88% che è stato segnalato in precedenza 9 distribuzioni Rappresentante JV sono indicate anche per ogni campione... Per una data tensione di polarizzazione,...

Il solfuro di stagno (SnS) è un materiale candidato per celle solari abbondanti sulla Terra e non tossiche. Qui, dimostriamo la procedura di fabbricazione delle celle solari SnS che impiegano la deposizione di strati atomici, che produce un'efficienza di conversione di potenza certificata del 4,36%, e l'evaporazione termica che produce il 3,88%.

Rendere record efficienza SnS celle solari per evaporazione termica e Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di creare una piattaforma affidabile per lo sviluppo di celle solari basate su nuovi materiali. Questo obiettivo viene raggiunto innanzitutto preparando un substrato elettricamente isolante e pulito. Il secondo passaggio consiste nel depositare due strati di molibdeno sputterizzato per il contatto elettrico posteriore selettivo ai buchi.Successivamente, depositare l'assorbitore di solfuro di stagno di tipo P mediante deposizione a strati atomici o evaporazione termica. L'ultimo passaggio consiste nel completare il giunto PN depositando una serie di strati di tipo N costituiti da uno strato tampone di ossisolfuro di zinco, seguito da un ossido conduttore trasparente e da contatti metallici depositati per facilitare la raccolta delle cariche. Infine, le celle solari ottenute vengono testate misurando le curve corrente-tensione sotto luce solare simulata e l'efficienza quantica sotto illuminazione monocromatica.Sebbene questo metodo sia illustrato per lo sviluppo di celle solari a solfuro di stagno, può essere utilizzato anche per realizzare celle solari a film sottile inorganico su substrato basate su altri nuovi materiali. La deposizione del solfuro di stagno mediante deposizione ad strato atomico sarà dimostrata da Schwan Yang, uno studente laureato del gruppo Gordon di Harvard, lontano Steinman. Un ricercatore postdottorato del laboratorio di ricerca fotovoltaica del MIT mostrerà la deposizione del 10 solfuro mediante evaporazione termica.Questo video inizia dopo la preparazione dei substrati in wafer di silicio. Utilizzare wafer di silicio lucidati di un pollice quadrato e spessi 500 micron, con un ossido termico di almeno 300 nanometri. Innanzitutto, depositare mediante sputtering uno strato di adesione di 360 nanometri di molibdeno, quindi depositare un secondo strato conduttivo di 360 nanometri di maum.Conservare i substrati preparati in una camera a guanto sotto azoto fino al momento del deposito del solfuro di stagno, per preparare i substrati all'atomic layer deposition. Trasferirli prima in un apparecchio di pulizia a ozono UV per rimuovere le particelle organiche. Pulire i substrati per cinque minuti.Durante la pulizia, assicurarsi che il portacampione per la camera di deposizione sia nelle vicinanze. Una volta pronti, recuperare i campioni e posizionarli nel portacampione. Questo portacampione, caricato con i campioni, è pronto per essere inserito nella camera di deposizione.Inserire il portacampioni nel fornetto, quindi effettuare la pompa sul fornetto utilizzando una pompa a vuoto per vuoto spinto. Successivamente, stabilizzare la temperatura del fornetto a 200 gradi Celsius. Proseguire controllando i precursori.Mantenere il precursori di stannato in un forno a 95 gradi Celsius per la deposizione del solfuro di stagno. Organizzare il tubo del gas in modo da utilizzare gas azoto puro per favorire il trasporto del vapore di stannato. Il secondo precursore è solfuro di idrogeno in una miscela gassosa costituita da 4% di solfuro di idrogeno in gas azoto; procedere quindi con la deposizione a una velocità di crescita di 0,33 ångström per ciclo.Durante ogni ciclo di deposizione in strati atomici, somministrare tre dosi di 10 ate per un'esposizione totale di 1,1 tor secondo. Successivamente, purificare la camera con gas azoto. Poi, iniettare il solfuro di idrogeno in gas azoto per un'esposizione di 1,5 tor secondo.Infine, effettuare nuovamente una purga con azoto. Un metodo alternativo di deposizione è l'evaporazione termica. Assicurarsi che la pressione nella camera di processo sia due volte 10 alla meno sette tor o inferiore.Utilizzare un portacampioni con tasche di dimensioni adeguate per tenere saldamente il substrato. Come in precedenza, utilizzare un substrato precedentemente preparato con due strati di molibdeno. Rappresentato qui schematicamente.Caricare il portacampioni con questo substrato e con piccoli substrati aggiuntivi di CYS per successive caratterizzazioni. Inserire il portacampioni nell'evaporatore termico attraverso la camera di carico. Pompare a vuoto la camera di carico, quindi trasferire i substrati nella camera di crescita.Utilizzando il braccio di trasferimento quando si trovano in posizione, aumentare gradualmente i riscaldatori della sorgente e del substrato per ottenere una velocità di crescita di un angstrom al secondo e una temperatura del substrato di 240 gradi Celsius. Sollevare ora i substrati per misurare la velocità di deposizione mediante il monitor a cristallo di quarzo. Attivare il braccio di traslazione lineare per spostare il monitor a cristallo di quarzo all'interno della camera di processo.Una volta posizionato, aprire lo sportello della sorgente per iniziare la misurazione. Il tasso di crescita è indicato sul pannello frontale del controllore del Cristallo Monitor. Al termine della misurazione, chiudere lo sportello ed estrarre il monitor in quarzo dalla camera.Quindi abbassare i substrati alla posizione di crescita e aprire l'otturatore della sorgente per iniziare la deposizione. Per uno spessore del film target di 1000 nanometri, la deposizione richiederà circa tre ore. Al termine della deposizione, chiudere l'otturatore della sorgente.Ripetere la misurazione della velocità di crescita utilizzando il monitor a cristallo di quarzo. Al termine della misurazione, chiudere lo scatto della sorgente, spegnere i riscaldatori e attendere il raffreddamento dei substrati prima di trasferirli al lock di carico. Esporre il lock all'aria ed estrarre i substrati.Smontarli rapidamente dal portacampioni e trasportarli per l'immagazzinamento in una camera a guanti sotto azoto. Dopo il processo di deposizione mediante strato atomico o evaporazione termica, il campione presenterà uno strato di solfuro di stagno. Successivamente, tutti i campioni subiscono un trattamento in gas solfuro di idrogeno seguito da una passivazione superficiale con ossido nativo.Il passo successivo consiste nel depositare strati tampone di ossisolfuro di zinco di tipo N e di ossido di zinco mediante deposizione in strati atomici. Il passo successivo è la deposizione del conduttore trasparente. Utilizziamo l'ossido di indio e stagno prima della deposizione dell'ossido di indio e stagno.È necessario definire le aree attive dei dispositivi. Utilizzare maschere di schermatura in metallo per stabilire le dimensioni del pad costituito da ossido conduttore trasparente, che determina l'area attiva del dispositivo. Le maschere definiscono 11 dispositivi rettangolari di dimensioni pari a 0,25 centimetri quadrati, oltre a un pad più grande situato in un angolo, utilizzato per le misurazioni di riflettività ottica nell'illustrazione.Un'indicazione delle dimensioni dello strato di ossido di indio e stagno da aggiungere per un singolo dispositivo è fornita dall'area ombreggiata; montare i dispositivi e le maschere su un allineatore di maschere. Le maschere devono essere abbastanza spesse da non flettersi nell'allineatore. In caso contrario, l'area del pad di ossido può risultare poco definita.Portare l'allineatore di maschera con i dispositivi montati alla camera di sputtering. Posizionare l'allineatore di maschera per il passo di deposizione. Il passo successivo consiste nella crescita di un film di ossido di indio e stagno spesso 240 nanometri.Per fare ciò, riscaldare il substrato a 80-90 gradi Celsius ed abilitare la rotazione del substrato. Impostare lo sputtering a radiofrequenza, la potenza, la portata dei gas argon e ossigeno e la pressione, quindi monitorare schematicamente la deposizione. Questo è lo stato del dispositivo dopo la deposizione di ossido di indio e stagno.Il passo successivo è la metallizzazione. Utilizzare una maschera d'ombra e l'evaporazione con fascio elettronico per depositare 500 nanometri di metallo conduttivo, argento oppure un impilamento di nichel e alluminio. Questo è un campione completato.Si noti che il campione mostrato qui è già stato graffiato per esporre il contatto posteriore in molibdeno dopo la fabbricazione. Procedere alla caratterizzazione del dispositivo utilizzando un simulatore solare calibrato per un coefficiente di massa d'aria di 1.5. Per prima cosa, utilizzare una lama di scalpello per rimuovere mediante graffiatura gli strati tampone e di solfuro di stagno ed esporre il contatto posteriore in molibdeno.Successivamente, posizionare il campione sul mandrino per campioni montato su guida, dove un vuoto mantiene il campione in posizione e la temperatura del mandrino è controllata a 25 gradi Celsius. Stabilire ora il contatto elettrico con ciascuno dei dispositivi presenti sul campione e con il contatto posteriore graffiato. Questa operazione viene eseguita qui mediante una scheda di prova personalizzata che entra in contatto con tutti i dispositivi simultaneamente attraverso rame-berillio.Utilizzare punte di sonda doppie in modalità a quattro fili per misurazioni di routine. Omettere l'uso di un diaframma luminoso per test più rigorosi, e utilizzare il diaframma per definire l'area attiva. La maschera di ombreggiatura in ossido conduttore trasparente può essere utilizzata a tale scopo.Spostare il portamorsetto in modo che i dispositivi siano in posizione per raccogliere i dati di tensione della corrente in luce e in oscurità utilizzando un sistema di prova automatizzato. Programmare il sistema per sondare i singoli dispositivi in sequenza, aprendo e chiudendo contemporaneamente l'otturatore della luce. La prova può essere osservata in questo video, ma normalmente dovrebbe essere eseguita dietro una tenda nera per ridurre la luce ambientale.Dopo le misurazioni della tensione corrente, inserire il portacampioni nel sistema di efficienza quantica esterna; i dati di corrente tensione sotto illuminazione, i dati di efficienza quantica esterna e le misurazioni di riflettanza ottica forniscono una caratterizzazione di base dei dispositivi. Di seguito sono riportati i dati di prestazione delle celle solari per dispositivi su due campioni realizzati mediante evaporazione termica. I campioni sono contraddistinti da un colore grigio per uno e rosso per l'altro, per ciascun dispositivo.Viene indicata la tensione a circuito aperto, la densità di corrente di cortocircuito, il fattore di forma e l'efficienza di conversione della potenza. I dispositivi migliori presentano un'efficienza di circa il 4%. La correlazione apparente tra l'efficienza e il fattore di forma in entrambi i dispositivi è coerente con dispositivi che subiscono perdite dovute a resistenze in parallelo o in serie.I dati in rosso mostrano anche una correlazione tra efficienza e tensione a circuito aperto, come previsto per la resistenza in derivazione. Perdite a confronto. Di seguito sono riportati i dati di prestazione delle celle solari realizzate utilizzando la deposizione in strati atomici.Questi dispositivi presentano prestazioni migliori rispetto ai dispositivi basati su evaporazione termica, con un'efficienza massima del 4,6%. Diversi fattori possono spiegare questa differenza. Un fattore è che i dispositivi prodotti mediante deposizione con strato atomico sembrano essere meno soggetti a perdite dovute a resistenza in derivazione.Non dimenticare che lavorare con l'acido solforico può essere molto pericoloso. Assicurati che la bombola di acido solforico sia conservata in un dispositivo di ventilazione come una cappa a flusso laminare dotata di rilevatori di acido solforico. Consideriamo questo protocollo di fabbricazione di base come una piattaforma per condurre esperimenti controllati e mirati volti a migliorare le prestazioni complessive della cella solare e a comprendere meglio meccanismi specifici di perdita.Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come realizzare una cella solare con struttura a substrato riproducibile.

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Scopri la fabbricazione di celle solari a solfuro di stagno (SnS) mediante deposizione termica e atomic layer deposition. Questo metodo raggiunge efficienze del 4,36% e 3,88%, offrendo una piattaforma affidabile per lo sviluppo di materiali fotovoltaici non tossici.

Rendere record efficienza SnS celle solari per evaporazione termica e Atomic Layer Deposition

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