Plasmonic 강화된 라이트 - 트래핑과 다결정 실리콘 박막 태양 전지

유리에 다결정 실리콘 박막 태양 전지는 crystallisation, 결함 패시베이션 및 metallisation 다음 붕소 및 인 도핑된 실리콘 레이어 증착에 의해 조작된다. 가벼운 트래핑 Plasmonic은 ~ 45 % photocurrent 향상의 결과로 확산 반사판으로 공을 실리콘 전지 표면에 자세의 nanoparticles을 형성하여 소개하고 있습니다.

다음 실험의 전반적인 목표는 플라즈몬 나노 입자에 의한 광 산란이 박막 태양 전지의 광 포획을 향상시키고 성능을 향상시키는 방법을 보여주는 것입니다. 이것은 후면 박막 태양 전지 표면에 전구체 은막을 증착 한 다음 무릎을 꿇어 광 산란 무작위 은 나노 입자 어레이를 제작함으로써 달성됩니다. 제 2 단계로서, 나노 입자 어레이를 갖는 태양 전지는 불화 마그네슘 유전체층으로 코팅 된 후 백색 페인트를 칠하여 확산 후방 반사체를 첨가하고, 이는 나노 입자 어레이를 통해 투과되는 광을 포착하여 셀 광 전류를 더욱 향상시키고, 태양 전지에 입사하고 제 1 패스에서 흡수되지 않는 광, 나노 입자 어레이와 후방 확산 반사체에 의해 비스듬한 각도로 세포로 다시 산란되어 광학 셀 두께를 향상시켜 광 흡수를 향상시킵니다.플라즈몬 광 산란 반사체의 존재 하에서 태양 전지 단락 전류가 45 % 증가한다는 결과가 얻어집니다.

텍스처링을 기반으로 하는 기존 광 트래핑 접근 방식의 이 기술의 주요 장점은 플래너 및 완전히 제작된 장치에 적용할 수 있으므로 텍스처 관련 결함 또는 장치 제조 프로세스와의 비호환성으로 인한 불가능한 복잡성을 피할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 결정질 실리콘 증후군 세포 세포에 적용되지만 다른 유형의 태양 전지 및 광전자 장치에도 적용하여 아로마스, 실리콘 및 마이크로미터 필름 셀, 유기 태양 전지 및 발광 다이오드와 같은 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이 비디오와 함께 제공되는 서면 프로토콜에 설명된 대로 다결정 실리콘 태양 전지를 제작하는 것으로 이 프로토콜을 시작합니다.

2주에 걸친 제조 과정에서 생성된 세포의 이 근접 보기는 실리콘 나노 입자가 형성될 금속화 패턴 사이의 세포 실리콘 표면을 보여줍니다. 금속화된 세포 표면을 건조 질소로 불어 먼지를 제거하고 0.3-0.5g의 은 과립으로 채워진 텅스텐 보트가 들어 있는 열 증발기에 샘플을 로드합니다. 증발기 챔버를 기본 압력으로 2-3 x 10에서 -5 tor Next 프로그램으로 펌핑합니다.

석영 크리스탈 모니터는 은에 대한 매개변수와 함께 QCM을 축약했습니다. samp르 셔터가 닫혀 있고 텅스텐 보트 히터를 켭니다. 뷰포트를 통해 관찰된 바와 같이 은 과립이 녹을 때까지 8 x 10 이상의 압력이 영하 5토르로 상승하는 것을 방지할 수 있을 만큼 전류를 천천히 증가시킵니다.압력이 안정화된 후 전류를 초당 0.1 - 0.2 옹스트롬의 은 증착 속도에 해당하는 설정점으로 설정합니다.

셔터를 열어 증착 과정을 시작합니다. 플러스 모노 리플렉터 제작에서 중요한 측면은 은 필름 두께와 무릎 상태를 정밀하게 제어하는 것입니다. 최고 성능의 나노 입자 어레이를 형성합니다.

QCM을 사용하여 성장하는 은 박막 두께를 모니터링하고 14나노미터의 두께에 도달하면 셔터를 닫고 텅스텐 보트를 약 15분 동안 식힌 다음 샘플을 내리고 갓 증착된 은 필름이 있는 셀을 섭씨 230도로 예열된 질소 퍼지 오븐에 넣고 50분 동안 무릎을 꿇습니다. 무릎을 꿇은 후 나노 입자의 존재로 인해 표면 외관의 변화가 분명합니다. 후면 반사경은 약 300나노미터 두께의 불화마그네슘 유전체 클래딩과 상업용 흰색 천장 페인트 코팅으로 구성되어 있습니다.

후면 반사판을 제작하기 전에 검은색 마커 잉크를 바르고 셀 접점을 보호하십시오. 이를 통해 리프트오프 프로세스에 의해 유전체 아래에서 접점이 노출될 수 있습니다. 질소 건을 사용하여 나노 입자 어레이와 페인트 접점을 불어 먼지를 제거합니다.

매주 부착되는 나노 입자가 제거되는 것을 방지하기 위해 적당한 질소 압력을 사용하십시오. 샘플을 마그네슘으로 채워진 텅스텐 보트가 들어 있는 열 증발기에 넣습니다. 불소 조각.

증발기를 2-3 x 10에서 마이너스 5 토르 세트까지의 압력으로 펌핑합니다. 불화 마그네슘에 대한 QCM 매개 변수는 샘플 셔터가 닫혀 있는지 확인하고 보트를 켭니다. 히터는 뷰포트를 통해 볼 수 있듯이 불화 마그네슘이 녹을 때까지 과도한 압력을 피하기 위해 전류를 천천히 증가시킵니다.

압력이 안정화된 후 전류를 초당 0.3나노미터의 불화마그네슘 증착 속도에 해당하는 설정점으로 설정하고 샘플 셔터를 엽니다. QCM을 사용하여 증착 된 두께를 모니터링하고 300 나노 미터에 도달하면 셔터를 닫고 텅스텐 보트를 약 15 분 동안 냉각 한 후 히터를 끄고 샘플을 언로드합니다. 불화 마그네슘 클래딩으로 인한 세포 모양의 변화에 주목하십시오.

셀 접점에서 잉크 마스크를 제거하려면 유전체 클래딩이 있는 셀을 아세톤에 담그십시오. 잉크 위의 유전체가 갈라지고 들어 올려지기 시작할 때까지 기다립니다. 유전체가 있는 모든 잉크가 제거되고 금속 접점이 완전히 노출될 때까지 셀을 아세톤으로 유지합니다.

아세톤에서 샘플을 제거합니다. 질소 건으로 시도하십시오. 전체 세포 표면에 미세하고 부드러운 브러시로 흰색 페인트 층을 바르십시오.

금속 접촉을 조심스럽게 피하고 페인트 층은 밝은 광원에서 페인트 칠한 셀을 통해 볼 때 빛이 보이지 않도록 완전히 불투명할 만큼 충분히 두꺼워야 하며 페인트를 하루 동안 건조시킵니다. 태양 전지 단락 전류는 표준 글로벌 태양 스펙트럼에 걸쳐 외부 양자 효율 또는 EQE 곡선을 통합하여 계산됩니다. 셀 전류와 광 트래핑으로 인한 향상은 모두 셀 흡수층 두께에 따라 달라집니다.

전류 자체는 두꺼운 셀의 경우 더 높지만 전류 향상은 더 얇은 장치에서 더 높습니다. 광 트래핑이 없는 원래의 2미크론 두께의 셀은 확산 반사판으로 제곱센티미터당 약 15밀리암페어로 측정되는 단락 전류 밀도를 갖습니다. 전류는 평방 센티미터당 약 20 밀리 암페어 또는 후면 셀 표면에 나노 입자 어레이를 제조 한 후 25-31 % 더 높을 수 있습니다.

단락 전류 밀도는 제곱센티미터당 약 20밀리암페어까지 증가하며, 이는 32% 향상으로 확산 후면 반사체의 향상 효과보다 약간 우수합니다. 플라즈몬 나노 입자 어레이가 있는 셀에 불화마그네슘 클래딩의 후면 확산 반사경을 추가한 후에만 단락 전류 밀도가 제곱센티미터당 22.3밀리암페어 또는 약 45% 향상으로 더 증가합니다. 3 미크론 두께의 셀의 경우 모든 전류는 평방 센티미터당 25.7 밀리 암페어까지 더 높지만 상대적 향상은 42 %로 약간 낮습니다.광 트래핑은 더 얇은 장치에서 상대적으로 더 큰 효과를 갖습니다.

이 절차는 올바르게 수행되면 4-5시간 이내에 완료할 수 있습니다. 제외하고, 약 12 시간과 실내 온도가 소요되는 반사 페인트에 합류하십시오. 이 비디오를 시청한 후에는 플라즈몬 점토 트래핑이 태양 전지에 어떻게 작용하는지 잘 알게 될 것입니다.

또한, 태양 전지에 산란 반사경과 같은 플라즈몬을 제작하여 셀 광전류에 갇히는 빛을 개선하는 방법을 잘 이해해야 합니다.