구리에서 개선 된 이종 접합 품질 ₂ 입금 대기 압력 공간 원자 층의 최적화를 통해 태양 전지를 O 기반
아연 _1-X 마그네슘 _X O

여기에 우리가 합성 프로토콜을 제시 아연 _1-X 마그네슘 _X O / 구리 구리 산화물에 아연 _1-X 마그네슘 _X O의 대기압 공간 원자 층 증착 (AP-SALD)을 통해 낮은 온도에서 야외에서 ₂ O 이종 접합. 이러한 고품질의 균일 한 금속 산화물이 저렴하고 확장 가능한 방법으로 플라스틱을 포함한 다양한 기판 상에 성장 될 수있다.

이 절차의 전반적인 목표는 진공 외부에서 합성된 산화아연 산화구리 이종접합에서 고품질 계면을 얻는 것입니다. 이것은 열적으로 산화된 산화구리에 산화아연 막의 대기압 공간 원자층 증착 또는 AP-SALD에 의해 달성됩니다. Atmospheric Spatial ALD는 대기압과 저온에서 이중 호환 가능한 자체 공정으로 정밀한 두께 제어를 통해 형상 적응형 산화물 필름을 증착할 수 있는 산화물 인쇄 기술입니다.

당사의 대기압 공간 ALD 시스템은 이 작업에서 산화마그네슘 아연에 대해 입증된 바와 같이 전자 제품용 고품질의 균일한 결정질, 다성분 금속 산화물의 신속한 합성에 이상적입니다. 먼저 0.127mm 두께의 동박을 13 x 13mm 정사각형으로 자르고 아세톤에서 초음파 처리하여 청소합니다. 에어건으로 동박 사각형을 건조시켜 잔류 아세톤을 제거합니다.

그런 다음 건조된 기질을 알루미늄 도가니에 넣고 도가니를 용광로에 넣습니다. 동박 사각형을 아르곤의 연속적인 흐름으로 섭씨 000도까지 가열합니다. 산화 전반에 걸쳐 가스 분석기로 용광로의 가스 주변을 모니터링하십시오.

1, 000 섭씨 온도의 온도가 도달할 때, 10, 백만 산소 분압 당 000 부분을 얻고 적어도 2 시간 동안 유지하기 위하여 흐름율로 로에 산소를 소개하십시오. 2시간 후 산소 흐름을 끕니다. 아르곤 가스가 흐르면서 용광로를 섭씨 500도까지 냉각합니다.

용광로에서 도가니를 빠르게 회수하여 산화된 기판을 분쇄합니다. 그런 다음 탈이온수에 담가 식힙니다. 다음으로, 묽은 질산 한 방울을 반복적으로 적용하여 기판의 한쪽을 에칭하여 표면에서 산화 구리를 제거합니다.

산화구리 표면에 회색 필름이 보이지 않을 때까지 에칭을 계속합니다. 에칭 직후, 각 기판을 탈 이온수로 헹구고 이소프로판올에서 초음파 처리 한 다음 공기총으로 기판을 건조시킵니다. 기판의 에칭된 면에 금을 증착한 후, 표면에 산 한 방울을 도포하여 기판의 다른 면을 묽은 질산으로 에칭하고 다른 면의 금 전극을 에칭하지 않도록 합니다.

기판을 헹구고 건조시킨 후 붓을 사용하여 검은색 절연 페인트로 덮고 약 0.1cm 제곱의 마스킹되지 않은 영역을 태양 전지의 활성 영역으로 남겨둡니다. 뒷면의 금색 전극을 마커로 덮습니다. AP-SALD 반응기를 설정한 후 디에틸 아연 전구체를 통한 버블링 속도를 분당 6밀리리터, 마그네슘 전구체를 통해 분당 200밀리리터로 조정하여 산화 마그네슘을 증착합니다.

다음으로, 금속 전구체 혼합물에 대한 질소 운반 가스의 유량을 분당 100ml로 설정하고 산화제 역할을 하는 탈이온수를 통해 질소를 거품으로 만들고 분당 200ml로 흐르는 질소 가스로 희석합니다. 이제 분당 500밀리리터의 질소를 가스 매니폴드로 흘려보냅니다. 순환하는 물을 통해 가스 매니폴드를 섭씨 40도의 온도로 유지하십시오.

그런 다음 스테이지를 가열하거나 플래튼을 원하는 온도로 이동합니다. 샘플 크기, 플래튼 속도 및 진동 수를 플래튼을 제어하는 소프트웨어로 설정합니다. 400회 진동 동안 또는 투명하고 두껍고 균질한 필름이 보일 때까지 원하는 산화물을 유리 슬라이드에 증착합니다.

증착 후 subtrate를 유리 마스크에 놓고 가스 매니폴드 아래에 놓습니다. 헤드 또는 가스 매니폴드 높이를 기판에서 50마이크로미터 위로 조정합니다. 먼저 마그네슘 전구체 버블러용 밸브를 연 다음 아연 전구체 버블러용 밸브를 열어 아연 마그네슘 산화막을 증착합니다.

그런 다음 소프트웨어에서 증착 시작을 클릭하여 가스 매니폴드 아래의 압반을 이동하기 시작합니다. 가열되는 동안 산화제에 대한 산화탄소 표면 노출을 피하기 위해 금속 전구체의 5회 진동으로 기판을 스캔한 후에만 물 버블러를 엽니다. 증착이 완료되면 가능한 한 빨리 가열된 플래튼에서 기판을 제거하고 금속 전구체의 버블러 밸브를 닫습니다.

매니폴드의 가스 채널을 블레이드로 청소하여 침전된 산화물 분말을 제거합니다. 에칭된 산화구리 기판이 가열된 플래튼의 야외에서 소비하는 시간을 최소화하는 것이 중요한데, 이는 표면의 산화구리의 성장이 온도에 따라 가속화되기 때문입니다. 기판에 인듐 주석 산화물을 스퍼터링한 후 아세톤으로 금 전극에서 마커를 제거하여 전극을 노출시킵니다.

마지막으로, 은 페이스트가 묻은 두 개의 얇은 와이어를 인듐 주석 산화물과 금 전극에 붙여서 전기 접점을 적용합니다. 에칭된 및 에칭되지 않은 일산화탄소 기판의 광열 편향 스펙트럼은 2개의 전자 볼트에서 포화되기 전에 1.4 전자 볼트 이상의 흡수를 보여주며, 이는 기판 표면에 일산화탄소의 존재에 기인할 수 있습니다. 에칭되지 않은 기판은 2개의 전자 볼트 아래에서 더 높은 흡수율을 가지며, 이는 표면에 더 두꺼운 산화구리 층이 있음을 시사합니다.

구리산화물 기질에 대한 산화구리 부산물의 존재는 에너지 분산 X선 분광법(energy dispersive X-ray spectroscopy)에 의해 검증되었습니다. 표준 광전지 표면의 SEM 이미지는 공기 및 산화제에 대한 산화구리 노출로 인해 형성된 산화구리 성장물을 보여줍니다. 대조적으로, 최적화된 장치의 표면에는 산화구리 파생물이 없습니다.

장치 효율의 6배 증가는 산화아연 증착 조건의 최적화를 통해 달성되었습니다. 최적화된 산화마그네슘 피막이 있는 장치는 2.2%의 훨씬 더 높은 효율을 달성했습니다. 두 장치의 외부 양자 효율 스펙트럼은 475나노미터 미만으로 차이가 나며, 이는 계면 가까이에서 흡수되는 파장의 범위입니다.

더 높은 온도에서 만들어진 이종접합의 외부 양자 효율은 더 낮은 온도의 이종접합의 절반 미만이며, 이는 더 많은 산화구리로 인해 더 낮은 품질의 계면을 시사합니다. 열적으로 산화된 산화구리에 대한 대기 ALD에 의한 산화아연 성장 조건을 최적화함으로써 이종접합 계면 품질과 태양 전지 성능을 향상시킬 수 있었습니다. 동일한 최적화 전략이 전기화학적으로 증착된 산화구리(cuprous oxide) 태양전지에도 적용될 수 있습니다.

우리는 이종 접합 태양 전지의 개방 회로 전압을 증가시키기 위해 구리 산화물에 결정질 아연 산화 마그네슘을 대기 중에 증착했습니다. 이 연구는 진공 외부에서 얻은 구리산화물 이종접합에 대해 현재까지 가장 높은 2.2%의 효율을 보고했습니다.