Name: 열 증발 및 원자 층 증착에 의해 기록 효율 SNS 태양 전지 만들기 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-05-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 1 s
Description: 배우세요 원자층증착과 열증발을 이용한 SnS 태양전지 제작 방법을. 이 기술은 4.36%의 전력변환효율을 달성하며 비독성 태양에너지 소재 연구에 활용됩니다.

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저자는 인증을 합작 측정을 위해 국립 신 재생 에너지 연구소 (NREL)에서 폴 Ciszek과 키스 에머리에게 감사의 말씀을, 라일리 ​​브란트 (MIT) 광전자 분광 측정 및 가설 테스트 섹션에 대한 영감을 제프 카터 (ASU). 이 작품은 부여 02.20.MC11에서 보쉬 에너지 연구 네트워크를 통해 계약 DE-EE0005329에서 SunShot 이니셔티브를 통해 미국 에너지 부에 의해 로버트 보쉬 LLC에 의해 지원됩니다. V. 스타 인, R. 자라 밀로 및 K. 하트 맨의 지원, 각각 알렉산더 폰 훔볼트 재단, DOE EERE 박사후 연구 상, 인텔 박사 친목을 인정합니다. 수상 ECS-0335765 아래에있는 국립 과학 재단 (National Science Foundation)에서 지원하는 하버드 대학의 나노 시스템 센터의이 작품 만들어 사용.

1. 기판 선택 및 절단 <ol><li> 구매는 두꺼운 열 산화물과 실리콘 웨이퍼를 연마. 여기에보고 된 장치의 경우, 300 nm의 두꺼운 열 산화막 500 μm의 두께 웨이퍼를 사용합니다. 기판의 선택 기준은 토론 섹션에서 설명합니다. </li><li> 스핀 코트 일반적인 긍정적 인 포토 레지스트와 웨이퍼의 연마면 (SPR (700) 또는 PMMA A의 495) 및 소프트 베이크 (100 ℃에서 30 초). 주의 : 이것은 후속 절단 공정 동안 손상이나 오염을 방지하기 위해 보호 층이다. </li><li> 1 &quot;× 1&quot;(25.4 X 25.4 mm 2) 정사각형 기판에 웨이퍼를 잘라 다이 톱을 사용합니다. </li></ol> 2. 기판 청소 <ol><li> 60 ° C - (45)에서 5 분 동안 탈 이온화 (DI) 물에 초음파 욕 뒤에 압축 질소 총을 사용하는 단계를 절단 인한 분진 및 다른 잔류 물을 제거한다. </li><li> 초음파 BA와 포토 레지스트 층을 제거60 ° C의 - 45에서 5 분 동안 아세톤 일. </li><li> 아세톤, 에탄올, 이소 프로필 알코올 : 60 ° C의 - 5 45 분 동안 3 이후 초음파 화장실, 모두와 함께 노출 된 기판을 청소합니다. 기판은 석영 캐리어에 남아있는 동안, 압축 된 질소 총을 건조하여 마침. </li></ol> 3. 모 스퍼터링 <ol><li> 높은 진공 스퍼터링 시스템으로 깨끗한시 / 그런가 2 기판을로드합니다. 기판 플레이트 밖이며, 기판 회전이 활성화되어 있는지 확인합니다. 2 기울어 진 마그네트론 총을 가진 상용 시스템 &quot;목표와 약 4의 투사 거리&quot;에 여기에보고 장치, 처리하십시오. </li><li> 비교적 높은 배경 압력의 Ar 등의 10 mTorr 이하에 제 층 (접착층)을 입금. 360 nm의 두께가 2.6 Å / 초의 성장 속도를 제공 180 W의 스퍼터링 전력 (DC), 및 제 1 몰리브덴 층과 여기에보고 된 디바이스 프로세스에 대한. </li><li> 두 번째 입금비교적 낮은 배경 압력의 Ar 등의 2 mTorr 이하에서 층 (도전 층). 제 층 (180 W)와 동일한 스퍼터링 파워를 사용하고 동일한 두께로 증착. 주 : 여기에보고 장치가 제 층과 같은 360 nm 두께였다 제 몰리브덴 층을 가졌다. </li><li> Mo를 증착 한 후, SNS 증착 단계까지 진공 하에서 기판을 저장한다. </li></ol> 4. SNS 증착 주 : ALD 증착 기술이 서브 섹션 4.1에 설명하고, TE 증착이 서브 섹션 4.2에 기재되어있다. ALD 증착 시스템은도 2에 도시되고, TE 증착 시스템은도 3에 도시된다. <ol><li> ALD에 의해 예금 SNS <ol><li> 반응기에 넣기 전에, 유기 입자를 제거하기 위해 5 분 동안 UV 오존 클리너에 몰리브덴 기판을 넣어. 그 다음, 기판 홀더 상에 기판을 배치하고 증착 지역에 삽입. </li><li> 노 템피 안정화증착을 시작하기 전에 200 ° C에서 rature. </li><li> 반응 비스 (N, N &#39;-diisopropylacetamidinato) - 주석 (II) 2의 Sn, Sn을 여기 (AMD) 라 (2 인 MeC (N -iPr)) 2]와 황화 수소 (H로부터 SNS에게 박막 성장 2 S) 4. <ol><li> 주석 (AMD) 95 ℃의 일정한 온도에서 2 전구체를 유지합니다. 증착 지역에 오븐에 용기로부터의 Sn (AMD)이 증기의 전달을 지원하기 위해 순수한 N 2 가스를 사용한다. 각 ALD주기 동안, 주석 (AMD)의 공급 세 가지 용량 1.1 토르 제의 총 노출을위한 2 전구체. </li><li> 황 원으로서 N이 4 % H 2 S의 가스 혼합물을 사용한다. 황화수소 증기에 노출 선량 1.5 토르의 두 번째 있는지 확인합니다. H 2 S의 부분 압력 및 N 2 H 2 S의 총 압력은 각각 0.76 토르 19 토르 있는지 확인합니다. </li></ol></li><li> 설정 T주석 전구체 도즈 및 H 2 S 도즈 사이의 시간을 펌핑 고 성막 속도를 높이기 위해 (짧은 대부분의 다른 종래의 ALD 절차에 비해) 1 초 만한다. 주 : 주석 전구체가 완전히 펌핑이 짧은 시간에 의해 제거되지 않으므로 H 2 S이 도착하면, Sn을 일부 잔존 전구체가 남아있다. 따라서 프로세스는 펄스 화 된 CVD 프로세스로서 설명 될 수있다. SNS 막의 성장 속도는 0.33 Å /주기, 또는 0.04 Å / 초이다. </li></ol></li><li> (TE)에 의해 입금 SNS <ol><li> 공정 챔버 압력이 2 × 10-7 토르 이하인지 확인합니다. 로드 락을 통해 챔버로로드 기판. 하나의 클립, 또는 기판 플레이트까지 조여 적절한 크기의 포켓 사용자 정의 기판 홀더 중 하나 플레이트에 기판을 잡으십시오. </li><li> 자신의 설정 값에 소스와 기판 히터 램프. 여기에보고 장치의 기판 온도는 240 ° C에이며 성장율은 17 / 초; 610 ° C (소스 분말 단일로드 시간과 필요한 소스 온도 상승) - 범위 (550)의 소스의 온도 설정이 성장 속도를 달성했다. 타깃 막 두께는 1000 ㎚이다. </li><li> 전 공정 챔버 내로 QCM 아암을 움직여 SNS 성막 후, 석영 결정 모니터 (QCM)를 사용하여, 증착 속도를 측정한다. QCM 기판 성장 위치로 이동 될 수 있도록,이 측정 용 기판은 상승된다. 주 : 증착 속도는 3 시간의 증착 시간에 걸쳐 비교적 일정하게 유지된다 (0.05 Å / sec의 편차 ±). </li><li> 증착 후 대기에 배출되기 전에 다시로드 락 내로 샘플을 옮긴다. 신속하게 진공 또는 다음 처리 단계 전에 불활성 분위기의 글로브 박스 중 하나를 저장에 공기를 통해 샘플을 수송. 주의 : 전형적인 의도 공기 노출 시간은 약 3 분이다. 전형적인 저장 시간은 하루 AW 사이EEK. </li></ol></li></ol> 5. SNS 소둔 참고 :이 단계는 ALD 및 TE 태양 전지 약간 다르게 수행됩니다. ALD 태양 전지를위한 어닐링 과정은 서브 섹션 5.1에 설명하고, TE 태양 전지 절차는 서브 섹션 5.2에 기재되어있다. 열처리의 목적은 토론 섹션에서 논의된다. <ol><li> H 2 S 가스의 ALD 성장 SNS 막을 어닐링. 주의 :이 단계는 ALD 성장에 사용 된 것과 같은 시스템에서 수행된다. <ol><li> 40 sccm 내지 10 Torr의 압력의 유량으로 순수한 S H 2 가스 (순수 99.5 %)을 사용한다. </li><li> 400 ° C의 온도로 SNS 필름을 열 및 H 2 S 가스 환경에서 1 시간 동안 유지. 가스가 온도를 늘리고 아래를 포함, 전 과정에 걸쳐 흐르는되어 있는지 확인합니다. </li></ol></li><li> H 2 S 가스의 TE-성장 SNS 필름을 어닐링. 전용 튜브로에서이 단계를 수행합니다. <ol><li> 부하 일노의 핫존 영역으로 깨끗한 석영 플레이트와 슬라이드에 E 샘플. </li><li> 가열 밀봉 한 후, 순수한 N 2로 3 회 정화하고 기본 압력으로 펌프 다운 할 수있다. </li><li> 28 torr를 4 % H 2 S 100 SCCM에서 가스 흐름을 설정. </li><li> 10 분 동안 400 ° C의 온도를 진입로. 샘플을 고온 영역에서 비 보조 냉각되도록 한 다음, 1 시간 동안 400 ° C에 파악. 샘플을 60 ℃ 이하까지 냉각 상수 H 2 S 가스 유동 및 압력을 유지한다. 샘플을 제거하거나 다음 단계로 바로 진행, 또는 불활성 가스 글러브 박스에 저장에 배치합니다. </li></ol></li></ol> 자연 산화물 6. SNS 표면 패시베이션 참고 :이 단계는 ALD 및 TE 태양 전지 약간 다르게 수행됩니다. 서브 섹션 6.1에서 ALD 태양 전지 표면 패시베이션 절차를 설명하고, TE 태양 전지 절차는 서브 섹션에서 설명하는6.2. 이 단계의 기능은 더 토론 섹션에서 설명합니다. <ol><li> ALD 성장 된 샘플은, ALD에서의 SnO2의 얇은 층을 성장. 주 : 우리는 SNS 성장에 사용 된 것보다 상이한 반응기를 사용한다. <ol><li> 주석의 환상 아미드의 반응에 의해 SnO2를 성장 [(1,3- 비스 (1,1- 디메틸 에틸) -4,5- 다이 메틸 - (4R, 5R) -1,3,2- diazastannolidin -2- 이리 덴) 주석 (II)] 및 과산화수소 (H 2 O 2). 43 ° C의 오븐 및 RT에서 버블의 H 2 O 2에 클릭 아미드 주석 전구체 보관. </li><li> 증착, 120 ° C에서 기판 온도를 유지한다. </li><li> 5 사이클의 총 사이클 당 각각 0.33 내지 1.5 토르 제를 사용하여 주석 전구체 및 H 2 O 2를 노출시킨다. X 선 광전자 분광법 (XPS) 분석 (10)에 의해 측정 결과의 SnO2의 두께가 0.6 내지 0.7 인 것을 확인한다. </li></ol></li><li> TE-성장 샘플은, 생을 형성공기 노출에 의해 산화 주석 2의 N 층. <ol><li> 24 시간 동안 실험실 주변 공기 샘플을 노출. XPS 분석에 의해 측정 한 결과 산화 주석 (2)의 두께가 약 0.5 nm 인 것을 확인한다. 주의 : 전형적인 RT C가 24 ± 1 °이며, 전형적인 습도 (여름에 더 높은) 45 % ± 13 %이며; 여기에보고 장치를 위해, 값은 각각 24.6 C 및 &lt;30 %이었다. </li></ol></li></ol> 7. Zn을 증착 (O, S) / ZnO의 버퍼층 주의 :이 단계는 ALD에 의해 SNS 성장에 사용되는 것과 동일한 ALD 챔버에서 수행된다. <ol><li> ALD에 의해 해당 층 : 아연 (O, S)을 성장. <ol><li> 120 ℃로 기판 온도를 유지한다. </li><li> 철 아연 (O, S) : 디 에틸 아연의 반응 (Zn으로 (C 2 H 5) 2, DEZ), 탈 이온수 (H 2 O), (2) S N 2 4 % H, 및 암모니아로부터 ALD에 의해 N (NH 3) 11. 버블 contai 저장실온에서 닝 DEZ. 의주기 시퀀스를 사용하여 [DEZ-H 2 O-DEZ-NH 3] 14 - [DEZ-H 2 S] 1,이 슈퍼 사이클을 12 회 반복한다. 암모니아의 노출이 11 토르의 두 번째 있는지 확인합니다. </li><li> 러더 포드 후방 산란 분광법 (12)에 의해 측정 한 결과 막 중의 S / 아연의 비율이 0.14 인 것을 확인하고, 필름의 두께는 대략 36 나노 미터가된다. </li></ol></li><li> ALD에 의한 ZnO 층을 성장. <ol><li> 120 ℃로 기판 온도를 유지한다. </li><li> DEZ-H 2 O의 50 ALD주기와 ZnO의 성장 주의 : 수득 된 ZnO 박막의 두께는 약 18 ㎚이다. </li></ol></li></ol> 투명 전도성 산화물의 8. 증착 (TCO), 인듐 주석 산화물 (ITO) <ol><li> (610 μm의) 알루미늄 6061 시트 실험실 레이저 커터를 사용하여 &quot;0.024에서 ITO 섀도 마스크를 잘라. 참고 : 마스크는 0.25 cm 2에 11 직사각형 장치를 정의크기 플러스 광 반사율 측정에 사용되는 한 구석에 큰 패드는, 그림 4 참조. </li><li> 마스크 얼 라이너에 장치와 마스크를 탑재합니다. 참고 :이 자리에 마스크를 확보하기 위해 중첩 된 기판 포켓 마스크와 클립 알루미늄 판이다. </li><li> 반응성 마그네트론 스퍼터링에 의한 예금 ITO. <ol><li> 약 80 기판을 가열 - 90 ℃ 및 기판의 회전을 가능하게한다. </li><li> 4 mTorr로 총 압력에서 40 / 0.1 sccm의 아르곤 / O 2 가스 흐름 65 W의 RF 스퍼터링 전력 (2 O 3 / 산화 주석이 90/10 중량. %, 순수 99.99 %에서) 2 인치 직경의 ITO 타겟을 사용합니다. </li><li> 240 nm 두께의 ITO 필름을 성장. 주의 : 이러한 파라미터로, 범위는 0.5 Å / sec의 시트 저항의 증가율은 40-60 Ω / 스퀘어를 얻을 수있다. </li></ol></li></ol> 9. 금속 화 <ol><li> 127 μm의 두께 오스틴에서 컷 금속 섀도우 마스크ITIC 스테인레스 강판. 참고 :이 마스크는 상업 회사가 + 10 / -5 μm의 허용 오차로 절단된다. 금속 패턴 2가 1.5mm로 구분 손가락, 각각 7mm 길이, 및 1 × 1mm 2 접촉 패드, 그림 4 참조로 구성되어 있습니다. </li><li> 단계 8.2에서와 같이, 마스크 얼 라이너에서 장치 및 마스크를 탑재. </li><li> 전자빔 증발 (TE 장치의 경우) 또는 입금 AG (ALD 장치 용) 니켈 / 알. <ol><li> 전자선 금속 증착 시스템의 기판 플레이트 상에 탑재 마스크 얼 라이너. 1 × 10-6 토르 미만의 기본 압력으로 펌프 다운. </li><li> 2 / sec의 속도로 금속을 증발. 500nm의 총 두께의 금속을 증착. </li></ol></li></ol> 10. 장치 특성 <ol><li> 시뮬레이션 어둡고 AM1.5 태양 빛의 모든 장치에 - ( &quot;V J&quot;) 측정 전류 - 전압을 수행합니다. <ol><li> V 데이터 FR - J를 수집하여 솔라 시뮬레이터를 보정교정 된 실리콘 태양 전지 및 AM1.5 일사량 용 보정 전류 값에 도달 할 때까지 솔라 시뮬레이터 램프 전력 및 높이 조절을 OM. </li><li> 상단 (양극),은 (Ag 또는 알)과 하단 (음극, MO) 층 모두에 문의 구리 베릴륨 이중 프로브 팁을 사용하여 4 선 모드에서 장치를 문의하십시오. 메스 블레이드 버퍼와 SNS 층을 멀리 긁어서 바닥 층에 문의하십시오. </li><li> 측정 빛과 어둠 J - 소싱 전압 소스 미터를 사용하여 전류를 측정 V 데이터. 주 : 장치는 일반적 ± 0.5 범위 내의 측정 V. 장치 전압 스위프 방향 또는 속도에 응답하지 않다. 일상적인 테스트를 위해 지역 - 정의 광 조리개 자세한 내용은 토론 섹션을 참조 사용되지 않습니다. </li></ol></li><li> 변수 빛과 전압 바이어스, 모든 장치에서 외부 양자 효율 (EQE) 측정을 수행합니다. <ol><li> RESPO을 측정함으로써 EQE 시스템 교정시 캘리브레이션 포토 다이오드의 NSE. 참고 :이 소프트웨어는 따라 빛 레벨을 조정하기 위해 NIST의 지원을받는 표준 측정을 수행하는이 데이터를 비교합니다. </li><li> 10.1.2 단계에서와 같이, 4- 와이어 방법을 사용하여 디바이스에게 문의. </li><li> 270 1,100 nm 파장 범위에서 100 Hz에서 다진 단색광으로 샘플을 조명하고, 생성 된 전류를 측정하는 시스템을 사용하여 상업적 EQE를 측정한다. 제조업체의 표준 운영 절차에 따라이 측정을 수행합니다. </li><li> 가변 전압과 흰색 빛 바이어스와 EQE 측정을 반복합니다. 바이어스 전압 및 바이어스 광을 공급하는 할로겐 램프를 제공하는 소스 미터를 사용한다. 앞으로 모두에서 장치를 측정하고 전압 바이어스 역, 그리고 1 ~ 태양 최대 변수 하얀 빛의 강도에 따라. </li><li> 외부에서 내부로 변환하기 위해서 적분 구 광도계를 이용하여 ITO 상부 표면의 광 반사율 (%의 R)을 측정양자 효율 (IQE). 제조업체의 표준 운영 절차에 따라이 측정을 수행합니다. </li></ol></li></ol>

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저자가 공개하는 게 없다.

기판의 선택 청소 산화 된 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용된다. 기판은 그 결과 태양 전지에 대한 기계적 지원하고, 그들의 전기적 특성은 중요하지 않습니다. 상업적으로 구입 된 Si 웨이퍼를 구입 한 상업적으로 유리 웨이퍼보다 일반적으로 청소기 때문에 실리콘 웨이퍼는 유리에 바람직하고,이 기판 세정 시간을 저장한다. 또한 Si의 성장 및 어닐링 동안보다 균일 한 가열 리드 유리,보다 높은 열전도율을 가지고, 기판들은. 상업적으로 구입 유리 웨이퍼 그것이 오염의 모든 가시적 흔적을 제거하기 위해서, 따뜻한 초음파 욕 하였다 장갑 낀 손가락으로 수동 RUB 포함한 세제 기판을 청소해야했고, 그렇다하더라도, 기판 청결 수 없다는 것을 발견했다 보장 될 수있다. 실험적 유리 또는 Si 기판의 선택은 소자 성능에 영향이없는 것을 확인 하였다. Howev어,이 비교는 장치가 2 %에 있었다 수행 하였다 - 3 % 효율 범위 및 기준 효율 향상으로 반복 비교는...

박막 태양 전지 (PV)의 관심과 의미있는 연구 활동을 유치하는 것을 계속한다. 그러나, 태양 광 발전 시장의 경제가 빠르게 변화하고 상업적으로 성공 박막 태양 광을 개발하고보다 도전적인 전망되고있다. 동등한 웨이퍼 기반 기술을 통해 제조 비용 이점이 더 이상 당연시 할 수 없다, 모두 효율성 및 비용 개선이 모색되어야한다. 1, 2를 우리가 흡수 재료로 SNS를 개발하기 위해 선택한이 현실에 비추어 박막 태양 광 발전. SNS는 낮은 제조 비용으로 번역 할 수있는 고유의 실용적인 장점이있다. 높은 효율을 입증 할 수 있다면, 그것은 상업 박막 태양 광 발전에서의 CdTe위한 드롭 인 (drop-in) 교체로 간주 될 수 있습니다. 여기서, 최근에보고 레코드 SNS 태양 전지 제조 과정은 설명된다. 우리는, 기판의 선택, 증착 조건, 장치 레이아웃, 및 측정 프로토콜과 같은 실용적인 측면에 초점을 맞춘다. SNS는, 비 독성 지구 풍부하고 저렴한 요소 (주석 및 황)로 구성되어있다. SNS는 1.1 eV의의 간접 밴드 갭과 불활성 불용성 반도체 고체 (광물 이름 Herzenbergite)이며, 1.4 eV의 위의 에너지와 광자에 대한 강한 빛의 흡수 (α&gt; 10 4cm-1) 및 캐리어 농도와 고유 P의 형 전도도 범위 10월 15일에서 10월 17일까지 cm -3 3 -. 중요한 7, SNS는 congruently 증발 및 600 ℃에서 최대 위상 안정 8,9이 SNS는 열 증발 (TE) 및 그 높이에 의해 증착 될 수 있다는 것을 의미한다. 의 CdTe 태양 전지의 제조에 사용되는 것처럼 속단 사촌 승화 폐쇄 공간 (CSS). 또한 SNS 위상 제어가 특히 구리 (에서, GA) (S, Se를) 2 (CIGS) 및 Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS)을 포함, 대부분의 박막 태양 광 발전 재료보다 훨씬 단순하다 것을 의미한다. 따라서, 셀 EFFICIENCY는 SNS 태양 광 발전의 상용화에 주요 장벽으로 의미하고, SNS는 한 번 높은 효율은 실험실 규모에서 시연되는의 CdTe위한 드롭 인 (drop-in) 교체 간주 될 수 있습니다. 그러나이 효율 장벽은 아무리 강조해도 지나치지 않을 것입니다. 우리는 기록 효율 상업적인 발전을 촉진하기 위해, 4 % ~ 행에서 4 배에 의해 15 % 증가 할 것으로 예상한다. CSS에 의한 고품질의 박막 SNS의 ​​드롭의 CdTe 교체도 필요로 성장하고, SNS 직접 성장 될 수있는 N 형의 상대 재료의 개발과 같은 SNS 개발. 다음은 두 개의 다른 증착 기법, 원자 층 증착 (ALD)과 TE를 사용하여 기록을 SNS 태양 전지를 제조하기위한 절차를 단계별로 설명한다. ALD는 느린 성장 법이지만 - 날짜 최고 효율 장치를 산출했다. TE는 빠르고 확장 성이 산업이지만, 효율 ALD를 지연. , TE 다른 SNS 증착법 이외에ALD 및 태양 전지는 소둔, 표면 보호막, 및 금속 화 단계에서 약간 다르다. 장치의 제조 단계는도 1에 열거되어있다. 절차를 설명하면, 인증 된 기록 장치 및 관련 샘플에 대한 시험 결과를 제시한다. 기록 된 결과는 이전에보고 된 바있다. 여기서 초점은 일반적인 처리 실행에 대한 결과의 분포에 있습니다.

<table><tbody><tr><td>석영 웨이퍼 캐리어</td><td>AM Quartz, Gainesville, TX</td><td></td><td>맞춤형 디자인</td></tr><tr><td>스퍼터링 시스템</td><td>PVD 제품</td><td></td><td>로드 잠금 장치가 있는 고진공 스퍼터링 시스템</td></tr><tr><td>4% H<2S in Nsub>2</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 분말</td><td>시그마 Aldrich</td><td>741000-5G</td><td></td></tr><tr><td>유출 셀</td><td>Veeco</td><td>35-LT</td><td>저온, 단일 필라멘트 유출 셀</td></tr><tr><td>디에틸아연(Zn(C2H5)2)</td><td>Strem 화학 물질</td><td>93-3030</td><td></td></tr><tr><td>레이저 커터</td><td>Electrox</td><td>Scorpian G2</td><td>ITO 섀도우 마스크</td></tr><tr><td>ITO 스퍼터링 타겟(In2O3/SnO2 90/10 wt.%, 99.99% pure)</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EJTITOX402A4</td><td></td></tr><tr><td>Metallization shadow masks</td><td>MicroConnex</td><td></td><td>맞춤형 디자인</td></tr><tr><td>전자빔 증발기</td><td>Denton</td><td></td><td>로드 록이 있는 고진공 금속 증발기</td></tr><tr><td>AM1.5 태양광 시뮬레이터</td><td>Newport Oriel</td><td>91194</td><td>AM1.5G 필터를 사용하는 1,300W Xe 램프</td></tr><tr><td>분광 광도계</td><td>Perkin Elmer</td><td>Lambda 950 UV-Vis-NIR</td><td>150mm 분광 코팅 적분구</td></tr><tr><td>보정된 Si 태양 전지</td><td>PV 측정</td><td></td><td>BK-7 창 유리</td></tr><tr><td>이중 프로브 팁</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>양자 효율 측정 시스템</td><td>PV 측정</td><td>QEX7</td><td></td></tr><tr><td>보정 Si 포토다이오드</td><td>PV 측정</td><td></td><td></td></tr><tr><td>고처리량 태양 전지 테스트 스테이션</td><td>PV 측정</td><td></td><td>맞춤형 설계</td></tr><tr><td>불활성 펌프 오일</td><td>DuPont</td><td>Krytox</td><td>PFPE 오일, 등급 1514; 공급 업체 : Eastern Scientific</td></tr><tr><td>H2S 내성 엘라스토머 O- 링</td><td>DuPont</td><td>Kalrez</td><td>compound 7075; 공급 업체 : Marco Rubber</td></tr><tr><td>H2S 내성 엘라스토머 O- 링</td><td>Marco Rubber</td><td>Markez</td><td>compound Z1028</td></tr><tr><td>H2S 내성 엘라스토머 O 링</td><td>Seals Eastern, Inc.</td><td>Aflas</td><td>공급 업체 : Marco Rubber</td></tr></tbody></table>

열 증발 및 원자 층 증착에 의해 기록 효율 sns 태양 전지 만들기

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

주석 설파이드 (SNS)는 지구 풍부한 무독성 태양 전지 후보 흡수 재료이다. SNS 쉽게 위상 제어와 일치하는 열 증발에 의한 급속한 성장을 제공하며, 가시광을 강하게 흡수한다. 그러나, 장시​​간 SNS 태양 전지의 기록 전력 변환 효율은 2 % 이하로 유지되었다. 최근 우리는 원자 층 증착에 의해 증착 SNS 4.36 %를 사용하여 새로운 인증 레코드 효율성을 입증하고, 3.88 %의 열 증발을 이용하여. 여기서이 레코드 태양 전지의 제조 과정을 설명하고, 제조 공정의 통계적 분포가보고된다. 단일 기판상에서 측정 효율의 표준 편차는 일반적으로 0.5 % 이상이다. 기판의 선택 및 클리닝을 포함한 모든 단계를, MO 설명한다 후방 접촉 (음극), SNS 증착, 열처리, 표면 패시베이션, 아연 (O, S) 버퍼층의 선택 및 증착, 투명도 전막 (양극) 증착하고, 금속 증 스퍼터링. 각각의 기판에 우리는 활성 영역 0.25 cm 2 (11) 개별 장치, 각각 제작. 또한, 모의 태양 광 하에서 전류 - 전압 곡선의 높은 처리량 측정 및 가변 광 바이어스와 외부 양자 효율 측정을위한 시스템이 설명된다. 이 시스템을 우리는 자동화 된 방식으로 최소의 시간에 11 개 장치에 대한 전체 데이터 세트를 측정 할 수 있습니다. 이러한 결과는 많은 샘플 세트를 연구보다는 높은 성능 장치에 좁게 초점 값을 나타낸다. 대형 데이터 세트를 구별하고 우리의 장치에 영향을 미치는 개별 손실 메커니즘을 해결하는 데 도움이.

상술 한 바와 같이 그림에 6-8 결과는 두 대표 &quot;기준&quot;TE-성장 샘플 표시됩니다. 조명 J -이 두 샘플에 대한 V 데이터는 그림 6에 도시된다 첫 번째 샘플 ( &quot;SnS140203F&quot;)는 이전에보고 된 3.88 %의 인증 효율 장치를 굴복 9 대표적인 합작 분포는 각 샘플에 대해 표시됩니다... 주어진 바이어스 전압에 대해, 이러한 분포는 다음과 같이 계산된다 <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/52705/52705eq1.jpg" /> 여기서 &lt;J는&gt; 모든 장치에 대해 측정 된 전류 밀도의 평균치이고, σ J는 이러한 측정치의 표준 편차이고, N은 측정의 총 개수이다. 즉, 평균 및 표준 오차가 그래픽으로 표시된다. 이 표현은 상이한 샘플들로부터의 결과를 비교하여...

주석 황화물(SnS)은 지구가 풍부하고 독성이 없는 태양 전지의 후보 물질입니다. 여기에서는 4.36%의 인증된 전력 변환 효율을 산출하는 원자층 증착과 3.88%의 열 증발을 산출하는 SnS 태양 전지의 제조 절차를 보여줍니다.

열 증발 및 원자 층 증착에 의해 기록 효율 SNS 태양 전지 만들기

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 ...

이 절차의 전반적인 목표는 새로운 재료 기반의 태양전지를 개발하기 위한 신뢰할 수 있는 플랫폼을 구축하는 것입니다. 이는 먼저 깨끗한 전기 절연 기판을 준비함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계는 후면 정공 선택적 전기 접점을 위해 스퍼터링된 몰리브덴 두 층을 증착하는 것입니다.다음으로 원자층 증착법 또는 열 증착법을 이용하여 P형 황화주석 흡수층을 증착합니다. 마지막 단계는 화합물 산화황화아연 버퍼층, 투명 전도성 산화물, 그리고 전하 수집을 돕기 위해 증착된 금속 핑거로 구성된 N형 층 스택을 증착하여 PN 접합을 완성하는 것입니다. 최종적으로, 완성된 태양전지는 모사 태양광 아래에서 전류-전압 곡선을 측정하고 단색광 조사 하에서 양자 효율을 측정하여 테스트합니다.이 방법은 황화주석 태양전지 개발을 위해 시연되었지만, 다른 신소재를 기반으로 한 무기 박막 기판 방식의 태양전지 개발에도 활용될 수 있습니다. 원자층 증착법을 이용한 황화주석의 증착은 하버드 대학교 Gordon 그룹의 대학원생인 Schwan Yang이 시연할 예정입니다. MIT 광전지 연구소의 박사후 연구원인 Steinman이 열 증착법을 이용한 황화주석의 증착을 시연할 것입니다.이 영상은 실리콘 웨이퍼 기판 준비 이후 단계부터 시작됩니다. 300 nm 이상의 두께를 가진 열 산화막이 형성된 1평방 인치 크기의 연마된 500 µm 두께 실리콘 웨이퍼를 사용하십시오. 먼저 360 nm 두께의 몰리브덴 접착층을 스퍼터링한 후, 두 번째로 360 nm 두께의 maum 전도층을 증착합니다.원자층 증착을 위해 기판을 준비하려면, 황화주석을 증착할 때까지 준비된 기판을 질소 글로브 박스에 보관하십시오. 먼저, 유기 입자를 제거하기 위해 기판을 UV 오존 세정기로 옮깁니다. 기판을 5분 동안 세척하십시오.세척이 진행되는 동안 증착 챔버용 기판 홀더를 가까이 준비해 둡니다. 준비가 되면 기판을 회수하여 샘플 홀더에 배치합니다. 이제 기판이 장착된 이 샘플 홀더를 증착 챔버에 넣을 준비가 되었습니다.홀더를 가열로에 넣은 다음, 러핑 진공 펌프를 사용하여 가열로 내부를 진공 상태로 만듭니다. 그다음, 가열로 온도를 200 °C로 안정화합니다. 이어서 전구리 상태를 확인합니다.주석 황화물 증착을 위해 95 °C의 오븐에서 tin ate 전구체를 유지합니다. 주석 ate 증기의 전달을 돕기 위해 고순도 질소 가스가 공급되도록 가스 배관을 배치합니다. 두 번째 전구체는 질소 가스 내 4% Hydrogen sulfide 혼합 가스이며, 사이클당 0.33 angstroms의 성장 속도로 증착을 진행합니다.각 원자층 증착 주기 동안, 10 ate를 3회 공급하여 총 1.1 tor second의 노출량을 확보합니다. 그 후 질소 가스로 챔버를 퍼지합니다. 다음으로, 질소 가스에 포함된 황화수소를 주입하여 1.5 tor second 동안 노출시킵니다.마지막으로, 질소로 다시 퍼지합니다. 대체 증착 방법으로는 열 증착법이 있습니다. 공정 챔버의 압력이 2 × 10⁻⁷ tor 이하인지 확인하십시오.기질을 안정적으로 고정하기 위해 적절한 크기의 포켓이 있는 샘플 홀더를 사용하십시오. 이전과 마찬가지로 몰리브덴 두 층이 형성된 미리 준비된 기질을 사용합니다. 여기에는 도식적으로 표시되어 있습니다.홀더에 이 기판과 이후 특성 분석을 위한 소량의 추가 CYS 기판을 적재하십시오. 로드락을 통해 샘플 홀더를 열 증착기에 적재하십시오. 로드락을 진공 펌핑한 후, 기판을 성장 챔버로 이송하십시오.전사 암(transfer arm)이 제자리에 위치했을 때, 성장 속도 1 Å/s 및 기판 온도 240 °C를 달성하도록 소스 및 기판 히터를 램프 업(ramp up)합니다. 이제 석영 결정 모니터(quartz crystal monitor)로 증착 속도를 측정하기 위해 기판을 상승시킵니다. 선형 이동 암(linear translation arm)을 작동시켜 석영 결정 모니터를 프로세스 챔버 내부로 이동시킵니다.설치가 완료되면, 소스 셔터를 열어 측정을 시작합니다. 성장 속도는 Crystal Monitor 컨트롤러의 전면 패널에 표시됩니다. 측정이 완료되면 셔터를 닫고 챔버에서 쿼츠 모니터를 제거합니다.그 다음 기판을 성장 위치로 내리고 소스 셔터를 열어 증착을 시작합니다. 목표 박막 두께인 1000 nanometers를 얻기 위해 증착은 약 3시간 동안 진행됩니다. 증착이 완료되면 소스 셔터를 닫습니다.수정 진동자 모니터를 사용하여 성장 속도 측정을 반복합니다. 측정이 끝나면 소스 셔터를 닫고 히터를 끈 다음, 기판을 로드락으로 옮기기 전에 식을 때까지 기다립니다. 락을 대기로 벤트하고 기판을 꺼냅니다.시료 홀더에서 신속하게 분리하여 질소 글로브 박스 내의 보관 장소로 운반합니다. 원자층 증착 또는 열 증착 공정 후, 시료에는 황화주석 층이 형성됩니다. 이후 모든 시료는 황화수소 가스에서 어닐링 과정을 거친 후, 자연 산화물을 이용한 표면 수동화 처리를 수행합니다.다음 단계는 원자층 증착법(atomic layer deposition)을 이용하여 N형 아연 옥시설파이드(zinc oxy sulfide) 및 산화아연(zinc oxide) 버퍼층을 증착하는 것입니다. 그다음 단계는 투명 전도체를 증착하는 것입니다. 인듐 주석 산화물(indium tin oxide)을 증착하기 전에 인듐 주석 산화물을 사용합니다.소자의 활성 영역을 설정해야 합니다. 금속 섀도우 마스크를 사용하여 투명 전도성 산화물 패드 크기를 정의하며, 이 패드 크기가 소자의 활성 영역을 결정합니다. 마스크를 통해 크기가 0.25 square centimeters인 직사각형 소자 11개와, 도면의 한쪽 모서리에 광 반사율 측정용으로 사용되는 더 큰 패드 하나를 정의합니다.하나의 소자에 추가될 인듐 주석 산화물 층의 크기는 음영 처리된 영역으로 표시되며, 소자와 마스크를 마스크 정렬기에 장착합니다. 마스크는 마스크 정렬기 내에서 휘어지지 않도록 충분히 두꺼워야 합니다. 그렇지 않으면 산화물 패드 영역이 불분명해질 수 있습니다.장치가 장착된 마스크 정렬기를 스퍼터링 챔버로 옮깁니다. 증착 단계를 위해 마스크 정렬기를 정해진 위치에 놓습니다. 다음 단계는 240 nanometer 두께의 indium tin oxide 박막을 성장시키는 것입니다.이를 위해 기판을 80~90°C로 가열하고 기판 회전을 활성화합니다. 고주파 스퍼터링 전력, 아르곤 및 산소 가스 유량과 압력을 설정한 후, 증착 과정을 도식적으로 모니터링합니다. 이것이 인듐 주석 산화물(indium tin oxide) 증착 후의 소자 상태입니다.다음 단계는 금속화입니다. 섀도 마스크와 전자빔 증착법을 사용하여 500 nanometers 두께의 전도성 금속인 은 또는 니켈 알루미늄 적층 구조를 증착합니다. 이것이 완성된 샘플입니다.여기에 제시된 샘플은 제작 후 몰리브덴 후면 전극을 노출시키기 위해 이미 긁어낸 상태임을 유의하십시오. 대기 질량 계수 1.5로 보정된 태양광 시뮬레이터를 사용하여 소자 특성 분석 단계로 넘어갑니다. 먼저, 메스 날을 사용하여 버퍼층과 황화주석층을 긁어내어 몰리브덴 후면 전극을 노출시킵니다.다음으로 샘플을 레일 장착형 샘플 척 위에 놓습니다. 진공 상태로 샘플을 고정하며 척 온도는 25 °C로 제어됩니다. 이제 샘플의 각 소자와 긁어낸 백 컨택(back contact)에 전기적 접촉을 형성합니다. 여기서는 구리-베릴륨 소재의 맞춤형 프로브 카드를 사용하여 모든 소자에 동시에 접촉시키는 방식으로 수행합니다.일상적인 측정에는 4-와이어 모드의 더블 프로브 팁을 사용합니다. 더욱 엄격한 테스트를 위해서는 라이트 어퍼처(light aperture) 사용을 생략하며, 어퍼처는 활성 영역을 정의하는 데 사용되어야 합니다. 투명 전도성 산화물 섀도 마스크가 이 목적으로 사용될 수 있습니다.자동 테스트 시스템을 사용하여 광전류 및 암전류 전압 데이터를 수집할 수 있도록 척(chuck)을 이동시켜 소자들을 배치합니다. 광 셔터를 열고 닫으면서 개별 소자들을 순차적으로 측정하도록 시스템을 프로그래밍합니다. 테스트 과정은 이 영상에서 확인할 수 있으나, 일반적으로는 주변광을 줄이기 위해 검은색 커튼 뒤에서 수행해야 합니다.현재-전압 측정이 끝나면 샘플 척을 외부 양자 효율 시스템으로 슬라이드하여 이동시키며, 광조사 하의 현재-전압 데이터, 외부 양자 효율 데이터 및 광 반사 측정값은 소자의 기초 특성 분석을 제공합니다. 여기에는 열 증착법을 사용하여 제작된 두 가지 샘플 소자의 태양전지 성능 데이터가 있습니다. 각 소자에 대해 한 샘플은 회색, 다른 샘플은 빨간색으로 구분됩니다.개방 회로 전압, 단락 전류 밀도, 충전율 및 전력 변환 효율이 제시되어 있습니다. 가장 우수한 소자들은 약 4%의 효율을 보입니다. 두 소자 전체에서 효율과 충전율 사이에 나타나는 뚜렷한 상관관계는 션트 저항 또는 직렬 저항 손실이 발생하는 소자들의 특성과 일치합니다.빨간색 데이터는 병렬 저항에서 예상되는 바와 같이 효율과 개방 전압 사이의 상관관계 또한 보여줍니다. 비교를 위한 손실 값입니다. 다음은 원자층 증착법을 사용하여 제작된 소자의 태양전지 성능 데이터입니다.이 장치들은 열 증착 장치보다 우수한 성능을 보였으며, 가장 우수한 장치는 4.6%의 효율을 나타냈습니다. 이러한 차이는 여러 요인에 기인할 수 있습니다. 한 가지 요인은 원자층 증착법으로 제작된 장치가 션트 저항 손실(shunt resistance losses)이 더 적은 것으로 보인다는 점입니다.황산과 작업하는 것은 매우 위험할 수 있다는 점을 잊지 마십시오. 황산 탱크는 황산 검출기가 장착된 흄 후드와 같은 공기 환기 장치 내에 보관해야 합니다. 우리는 이 기본 제작 프로토콜을 태양 전지의 전반적인 성능을 향상시키고 특정 손실 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 설계된, 제어되고 집중된 실험을 수행하기 위한 플랫폼으로 생각합니다.이 영상을 시청하고 나면, 재현 가능한 기판 스타일의 태양전지를 제작하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

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연구

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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.

Plasmonic 강화된 라이트 - 트래핑과 다결정 실리콘 박막 태양 전지

태양 에너지 생산을위한 전개 반도체 nanocrystal의 복합를 충전 분리의 개발을위한 일반적인 전략을 제시하고 있습니다. 기증자 - 수용체 nanocrystal 영화의 대량 heterojunctions는 태양 광 에너지 변환에 사용하실 수 있습니다 우리는 하나의 nanoparticle 형태의 기증자 - 수용체 nanocrystal 도메인의 조립 photocatalytic 함수에 상승을 제공합니다을 보여줍니다.

충전 분리 Nanocrystals와 고체를 통해 태양 에너지를 수확

태양 전지에 플라즈몬 금속 나노 구조를 도입하는 실행 가능한 전사 인쇄 기반 방법론에 대해 설명합니다.  나노 필러 폴리 (디메틸 실록산) 스탬프를 사용하여 Ag 기반 주문 나노 디스크 어레이를 표준 수소화 미정질 Si 태양 전지와 통합하여 플라즈몬 광 트래핑으로 인해 장치 성능을 향상시켰습니다.

전송 인쇄하여 수소 첨가 미세 결정 실리콘 태양 전지에 빛 트래핑 실버 나노 구조의 통합

여기서는 미니 슬롯 다이 코터 싱크로트론 산란 기법을 사용하여 종래의 라인 구조를 사용하여 특성화 유기 박막 태양 전지를 제조하는 프로토콜을 제시한다.

벌크 이종 접합 태양 전지의 인쇄 제작 및 현장에서 형태학 특성

이 프로토콜은 비전 도성 표면 상에 박막 전자 장치를 생성하는 층으로 무기 나노 결정 층의 합성 용액 증착을 설명한다. 용매 안정화 잉크는 증착 후 리간드 교환 및 소결 다음 스핀 및 스프레이 코팅을 통해 유리 기판에 대한 전체 PV 소자를 제조 할 수있다.

완전 해결 가공 된 무기 나노 결정 태양 광 발전 장치의 제작

우리는 결정 구조, 상태, 에너지 수준의 밀도 및 궁극적으로 태양 전지의 성능을 비교하는 무기 / 유기 박막이 페 로브 스카이 트 (perovskite)의 다른 제조 방법의 효과에 대한 광범위한 연구 결과를 제시한다.

필름 형성에 하이브리드 페 로브 스카이 트 제조 방법, 전자 구조 및 태양 전지 성능의 영향

이 원고에서는 디자인과 고품질 알 실수로 ZnO (AZO) 씨앗 층에 성장 하는 ZnO nanorods (NRs)와 효율적인 거꾸로 SMPV1:PC71BM 태양 전지를 조작 하는 방법을 설명 합니다. 잘 정렬 된 수직으로 ZnO NRs 전시 높은 결정 속성 지향. 전력 변환 효율의 태양 전지는 6.01%를 도달할 수 있다.

잘 정렬 된 수직 지향 ZnO Nanorod 배열 및 그들의 응용 프로그램에서 반전 된 작은 분자 태양 전지

여기, 우리는 높은 시 소수 캐리어 수명으로 높은-성능 격차/Si heterojunction 태양 전지를 개발 하는 프로토콜을 제시.

높은 성능 격차/Si Heterojunction 태양 전지 개발

이 작품은 향상된 효율성을 위해 얇은 흡수 기 카드뮴 셀레늄 텔루라이드 / 카드뮴 텔루 라이드 광전지 장치의 전체 제조 공정을 설명합니다. 이 공정은 소규모 지역 연구 장치 및 대규모 모듈의 제작에서 부터 확장 가능한 근접 공간 승화 증착을 위해 자동화된 인라인 진공 시스템을 활용합니다.

단락 전류 밀도 및 광발광을 강화하기 위한 근접 공간 승화-증착 초박형 CdSeTe/CdTe 태양전지

우리는 페로브스키테와 메조스코픽-TiO2 필름의 합성에 사용되는 플래시 적외선 어닐링 방법을 설명합니다. Annealing 매개 변수는 불소 도핑 주석 산화물 (FTO) 유리 및 인듐 틴 옥사이드 코팅 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (ITO PET)에 대한 처리에 다양하고 최적화되어 있으며, 이어서 장치에 전력 변환 효율성및 gt;20 %를 제공합니다.

페로브스키테 태양전지 처리를 위한 플래시 적외선 아닐링

CdSe-SnSe 나노 복합체는 표면 공학 된 SnSe 입자를 통합하여 생산됩니다. 간단한 수성 합성이 SnSe 입자를 생성하는 데 사용됩니다. SnSe 입자를 CdSe 분자 복합체로 코팅하면 입자 크기를 제어하고 나노 복합체에 존재하는 결함 수를 증가시켜 열전도율을 낮출 수 있습니다.

용액 처리, 표면 공학, 낮은 열전도율을 나타내는 다결정 CdSe-SnSe

배우세요 원자층증착과 열증발을 이용한 SnS 태양전지 제작 방법을. 이 기술은 4.36%의 전력변환효율을 달성하며 비독성 태양에너지 소재 연구에 활용됩니다.

열 증발 및 원자 층 증착에 의해 기록 효율 SNS 태양 전지 만들기

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