Verbeterde Heterojunction Kwaliteit in Cu ₂ O-gebaseerde zonnecellen door het optimaliseren van de atmosferische druk Ruimtelijke Atomic Layer Afgezet
Zn _1-x Mg _x O

Het algemene doel van deze procedure is om een hoogwaardige interface te verkrijgen in zinkoxide-koperoxide-heterojuncties die buiten een vacuüm worden gesynthetiseerd. Dit wordt bereikt door middel van atmosferische drukruimtelijke atomaire laagdepositie of AP-SALD van zinkoxidefilms op thermisch geoxideerde koperoxide. Atmosferische ruimtelijke ALD is een oxide-printtechniek die het mogelijk maakt om conforme oxidefilms te deponeren met nauwkeurige diktecontrole in hun eigen dual compatibel proces bij atmosferische druk en lage temperatuur.

Ons atmosferische drukruimtelijke ALD-systeem is ideaal voor de snelle synthese van hoge kwaliteit, uniforme, kristallijne, meercomponentenmetaaloxiden voor elektronica, zoals aangetoond voor zinkmagnesiumoxide in dit werk. Snijd eerst een 0,127 millimeter dikke koperfolie in vierkantjes van 13 bij 13 millimeter en reinig door te soniceren in aceton. Droog de koperfolievierkantjes met een luchtpistool om de restanten aceton te verwijderen.

Plaats vervolgens de gedroogde substraten in een aluminium crucibel en plaats de crucibel in een oven. Verhit de koperfolievierkantjes tot 1.000 graden Celsius met een continue argonstroom. Bewaak de gasomgeving in de oven met de gasanalysator gedurende het gehele oxidatieproces.

Wanneer een temperatuur van 1.000 graden Celsius is bereikt, brengt u zuurstof aan in de oven met een stroomsnelheid om een zuurstofdeeltjesdruk van 10.000 delen per miljoen te verkrijgen en houdt u deze gedurende minimaal twee uur aan. Na twee uur schakelt u de zuurstofstroom uit. Terwijl het argongas stroomt, koelt u de oven af tot 500 graden Celsius.

Kruimel de geoxideerde substraten door de crucibels snel uit de oven te trekken. Dompel ze vervolgens in gedeïoniseerd water om af te koelen. Vervolgens etch je een kant van de substraten door herhaaldelijk een druppel verdunde salpeterzuur aan te brengen om eventueel aanwezig koperoxide van het oppervlak te verwijderen.

Ga door met etsen totdat er geen grijze film meer zichtbaar is op het koperoxideoppervlak. Direct na het etsen, spoelt u elke substraat af in gedeïoniseerd water en soniceerd in isopropanol, droogt vervolgens de substraten met een luchtpistool. Na het deponeren van goud op de geteste kant van de substraten, etch de andere kant van de substraten in verdund salpeterzuur door een druppel zuur op het oppervlak aan te brengen, zorg ervoor dat het gouden elektrode aan de andere kant niet wordt geëtst.

Na het spoelen en drogen van de substraten, bedek ze met een zwarte isolatieverf met behulp van een verfkwast, laat een onbedekte oppervlakte van ongeveer 0,1 centimeter vierkant over als de actieve oppervlakte van de zonnecellen. Bedek het gouden elektrode aan de achterkant met een stift. Nadat u de AP-SALD-reactor hebt ingesteld, pas de borrelende snelheid door de di-ethylzink-precursor aan tot 6 milliliter per minuut en 200 milliliter per minuut door de magnesiumprecursor om zinkmagnesiumoxide te deponeren.

Stel vervolgens de stroomsnelheid van het stikstofdragergas voor het metaalprecursormengsel in op 100 milliliter per minuut en laat stikstof door gedeïoniseerd water borrelen, dat dient als oxidator, verdund met stikstofgas dat stroomt met 200 milliliter per minuut. Laat nu stikstof stromen met 500 milliliter per minuut naar het gasverdeelsysteem. Houd het gasverdeelsysteem op een temperatuur van 40 graden Celsius via circulerend water.

Verwarm vervolgens de tafel of bewegende plaat tot de gewenste temperatuur. Stel de monstergrootte, plaatsnelheid en het aantal oscillaties in met de software die de plaat bestuurt. Deponeer het gewenste oxide op een glazen plaat gedurende 400 oscillaties of totdat een heldere, dikke, homogene film zichtbaar is.

Na de deponering plaatst u het substraat op een glazen masker en plaatst u het onder het gasverdeelsysteem. Pas de kop, of hoogte van het gasverdeelsysteem, aan op 50 micrometer boven het substraat. Deponeer de zinkmagnesiumoxidefilms door eerst de klep voor de magnesiumprecursor-bubbeler te openen, gevolgd door de klep voor de zinkprecursor-bubbeler.

Start vervolgens het bewegen van de plaat onder het gasverdeelsysteem door op Start Deponering te klikken in de software. Open de waterbubbeler pas nadat u het substraat hebt gescand met vijf oscillaties van metaalprecursors om te voorkomen dat het geëtste koperoxideoppervlak wordt blootgesteld aan de oxidator terwijl het verhit is. Wanneer de deponering is voltooid, verwijdert u de substraten zo snel mogelijk van de verwarmde plaat en sluit u de bubbelerkleppen van de metaalprecursors.

Reinig de gaskanalen in het verdeelsysteem met een mes om eventueel afgezet oxidepoeder te verwijderen. Het is belangrijk om de tijd die de geëtste koperoxidesubstraten in de open lucht op de verwarmde plaat doorbrengen tot een minimum te beperken, omdat de groei van koperoxide op het oppervlak wordt versneld met temperatuur. Na het sputteren van indiumtinoxide op de substraten, verwijdert u de stift van het gouden elektrode met aceton om het elektrode bloot te leggen.

Ten slotte brengt u elektrische contacten aan door twee dunne draden met zilverpasta op de indiumtinoxide en gouden elektroden te plakken. De fotothermische afbuigingsspectra van geëtste en ongeëtste koperoxidesubstraten tonen absorptie boven 1,4 elektronvolt voordat ze bij twee elektronvolt verzadigd raken, wat kan worden toegeschreven aan de aanwezigheid van koperoxide op het oppervlak van het substraat. Het ongeëtste substraat heeft een hogere absorptie onder de twee elektronvolt, wat wijst op een dikkere koperoxidelaag op het oppervlak.

De aanwezigheid van koperoxide-uitwassen op koperoxidesubstraten werd geverifieerd door middel van energie-dispersieve röntgenspectroscopie. Het SEM-beeld van een standaard oppervlakte van een fotovoltaïsche cel toont koperoxide-uitwassen gevormd door blootstelling van koperoxide aan lucht en oxidatoren. In tegenstelling daarmee is het oppervlak van het geoptimaliseerde apparaat vrij van koperoxide-uitwassen