Name: Ontwikkeling van High Performance GaP/Si heterojunctie zonnecellen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 31 s
Description: Ontdek een protocol voor het ontwikkelen van hoogwaardige GaP/Si heterojunctie zonnecellen met behoud van hoge silicium minoriteitsdragerlevensduur. Deze methode optimaliseert multijunctie zonnecelprestaties.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs bedank L. Ding en M. Boccard voor hun bijdragen in de verwerking en het testen van de zonnecellen in deze studie. De auteurs erkennen financiering uit het Amerikaanse Department of Energy onder contract DE-EE0006335 en de Engineering Research Center Program van de National Science Foundation en het kantoor van energie-efficiëntie en hernieuwbare energie van het Department of Energy onder NSF samenwerkingsovereenkomst nr. EEG-1041895. Som Dahal bij Solar Power Lab werd gesteund, gedeeltelijk door NSF contract ECCS-1542160.

Let op: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen (VIB) voor het omgaan met chemische stoffen. Gebruik alle passende veiligheidspraktijken bij het uitvoeren van een zonnecel fabricage met inbegrip van de zuurkast en persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, laboratoriumjas, full-length broek, gesloten-teen schoenen).
1. Si Wafer schoonmaken
<ol><li>Schoon Si wafeltjes in Piranha-oplossing (H2O2/H2SO4) bij 110 ° C.<ol>
<li>Voor de productie van Piranha-oplossing, vul zwavelzuur (high-density polyethyleen tank en hiernamaals) met 15.14 L H2dus4 (96%) en dan 1,8 L H2O2 (30%).</li>
		<li>Wacht tot de temperatuur van de oplossing te stabiliseren bij 110 ° C.</li>
		<li>Plaats 4-inch-diameter, float-zone (FZ), n-type, en dubbele-side-gepolijst Si wafels in een schone 4" wafer cassette (polypropyleen en hiernamaals), en plaats van de boot in het bad van de Piranha gedurende 10 minuten.</li>
		<li>Spoelen voor 10 min met gedeïoniseerd water (DI).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Schoon Si wafels met RCA schoonmaakvloeistof op 74 ° C.<ol>
<li>Bereid een verdunde oplossing van HCl:H2O2. Vullen van zwavelzuur met 13.2 L DI H2O en 2.2 L van HCl. Spike de oplossing met 2,2 L H2O2 en inschakelen van de kachel.</li>
		<li>Wacht tot de temperatuur van de oplossing te stabiliseren op 74 ° C vóór gebruik.</li>
		<li>Zet Si wafels in een schone 4" wafer cassette en plaats van wafels in de RCA-oplossing voor 10 min.</li>
		<li>Spoel met DI water gedurende 10 minuten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Schoon Si wafeltjes in gebufferde Oxide Etch (BOE) oplossing.<ol>
<li>Giet het zuur Bad 15.14 L van BOE oplossing.</li>
		<li>Plaats de cassette 4" wafer in het bad gedurende 3 minuten.</li>
		<li>Spoelen voor 10 min met DI water.</li>
		<li>Droog de wafer door droge N2.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. P-diffusie in de diffusie-oven
<ol><li>Zet een schoongemaakte wafer in een diffusie kwarts boot.</li>
	<li>Laden in een kwarts-buis die een basis temperatuur van 800 ° C. heeft De temperatuur van de oven tot 820 ° C in de omgeving van N2 oprit. Start bij 820 ° C, stroomt het N2 dragergas die bubbels door fosfor oxychloride (POCl3) bij 1000 sccm. Na 15 min, schakelt u de N2 draaggas en oprit van de temperatuur tot 800 ° C alvorens de monsters uit.</li>
	<li>Leg de monsters in een BOE-oplossing voor 10 min te verwijderen van silicaatglas fosfor (PSG) en voer een 10-min spoelen in DI water.</li>
</ol>3. siNx coating door PECVD
<ol><li>Zet de wafer in een schone boot en dompel het in een bad van BOE voor 1 min te verwijderen van de inheemse oxide op het oppervlak.</li>
	<li>Spoelen voor 10 min met DI water.</li>
	<li>Droog de wafer met een droge N2 pistool.</li>
	<li>Plaats het Si zegel op een schone Si drager (156 mm monokristallijne Si).</li>
	<li>Laad het monster in het plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) kamer.</li>
	<li>Borg 150 nm-dik (38,5 s) zondigtx bij 350 ° C in de zaal. SiNx storten bij 300 W RF power met een base druk van 3,5 Torr en 60 sccm voor SiH4 als een bron van silicium en 60 sccm voor NH3 als een N-bron (2000 sccm voor N2 werd gebruikt als een oplosmiddel).<ol>
<li>Het groeitempo op jaarbasis van SiNx (3.9 nm/s) bevestigen door het storten van SiNx films met verschillende afzetting keer gepolijst (wafers) en meet de diktes door variabele hoek spectroscopische ellipsometrie (vaas).</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. kloof groei door MBE
<ol><li>Na SiNx afzetting, het zegel in de zaal MBE te laden.</li>
	<li>Outgas in de inleidende zaal (180 ° C gedurende 3 uur), dan outgas in de zaal van de buffer (240 ° C gedurende 2 uur). Laden de vergaderzaal van de groei en bak op 850 ° C gedurende 10 minuten.</li>
	<li>Daling van de temperatuur tot 580 ° C. Verhoging Ga effusie cel temperatuur te produceren ~2.71×10-7 Torr beam-equivalent druk (BEP) en Si effusie cel temperatuur tot 1250 ° C.</li>
	<li>Aanpassen van de p-schuifkleppen cracker positioner om ~1.16×10-6 Torr BEP. Open de Ga, P en Si luiken en groeien 25 nm-dikke GaP met een onderbroken groei methode (10 cycli van 5 s open en 5 s gesloten) gevolgd door 121 s van unshuttered groei (dat wil zeggen, open Ga en p rolluiken gelijktijdig).</li>
	<li>Verlagen van de temperatuur van het substraat tot 200 ° C en het monster van de Vacuuemcel lossen.</li>
</ol>5. Verwijder terug n + en SiNx lagen door nat etsen
<ol><li>Dekking van het oppervlak van de kloof met een beschermende tape te beschermen tegen de HF-schade.</li>
	<li>Bereiden ~ 300 mL van 49% HF-oplossing in een bekerglas van kunststof.</li>
	<li>Leg het monster in de HF-oplossing voor 5 min naar de zondex laag volledig te verwijderen.</li>
	<li>Verwijder de beschermende tape, met DI water afspoelen en droog door N2.</li>
	<li>Dekking van het oppervlak van de kloof met een nieuwe beschermende tape.</li>
	<li>Bereid HNA-oplossing in een bekerglas van kunststof (een mengsel van waterstoffluoride (HF) (50 mL), salpeterzuur (HNO3) (365 mL), en azijnzuur zuren (CH3COOH) (85 mL)) bij kamertemperatuur. Let op: Plaats de wafer zorgvuldig in de oplossing om te voorkomen dat HNA doordringen in het oppervlak van de kloof.</li>
	<li>Leg het monster in de HNA oplossing voor 3 min.</li>
	<li>Verwijder de beschermingstape en spoel door DI water. Droog door N2.
</li>
</ol>6. gat-selectieve Contact vorming aan de kale kant van de Si
<ol><li>Klieven van de wafer met een diamant-pen in vier kwarten.</li>
	<li>Grondig reinigen van de monsters in een watertank van DI.</li>
	<li>Reinigen van de monsters in een bad van BOE voor 30 s tot de inheemse oxide van het oppervlak verwijderen.</li>
	<li>Spoel in de wafeltjes in DI water en vervolgens drogen door N2.</li>
	<li>Storten van een 50 nm-dikke a-Si: H door PECVD op een van de monsters te controleren van de levensduur van de Si.<ol>
<li>Storten van de a-Si: H laag op 60 W RF kracht met een druk van 3.2 Torr en 40 sccm voor SiH4 als de bron van het silicium (200 sccm voor H2 werd gebruikt als een oplosmiddel).</li>
		<li>Bevestigen van het groeitempo op jaarbasis van a-Si: H (1.6 nm/s) door het storten van a-Si films met verschillende afzetting keer gepolijst (wafers) en meten van de dikte met vaas.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Storting (i) a-Si (9 nm) en (p +) a-Si (16 nm) op de geëtste (voorzijde) van een aparte Si monster door PECVD.<ol>
<li>Storten van de p-type a-Si laag bij 37 W RF power met een druk van 3.2 Torr en 40 sccm voor SiH4 als de bron van de silicium en 18 sccm B [l3]3 als de boor dopering (197 sccm voor H2 werd gebruikt als een oplosmiddel).</li>
		<li>Bevestig het groeitempo op jaarbasis van p-type a-Si (2,0 nm/s) door a-Si films met verschillende groei keer storten op de gepolijste wafels en het meten van de diktes met vaas.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Een 9 nm-dikke MoOx laag deponeren bij de kamertemperatuur door de thermische verdamping uit een bron MoO3 (99,99%) met een snelheid van de depositie van 0,5 Å / s.</li>
</ol>7. externe Contact vorming
<ol><li>Storting 75 nm-dikke Indium Tin Oxide (ITO) (In2O3/SnO,2 = 95/5 (gewicht procent), 99,99%) lagen aan de kant van de kloof van de monsters door RF sputteren (RF vermogen van 1 kW en druk van 5 Torr) met een debiet van de zuurstof van 2.2 sccm.</li>
	<li>Laden van de monsters en draai ze om. Vervolgens gebruikt het schaduwmasker mesa op de monsters voor ITO mesa afzetting.</li>
	<li>Kluisje 75 nm-dikke ITO door RF sputteren. Storting 200 nm-dikke zilver (RF vermogen van 1 kW en druk van 8 Torr) voor de vingers die betrekking hebben op de vinger schaduwmasker. Deponeren 200 nm-dikke zilver aan de kant van de kloof van de monsters als het terug contacteren.</li>
	<li>Ontharden van de monsters in een oven onder atmosferische druk op 220 ° C.</li>
</ol>

<ol><li>Friedman, D. J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135902861000032X">Progress and challenges for next-generation high-efficiency multijunction solar cells.</a> Current Opinion in Solid State & Materials Science. 14, 131-138 (2010).</li>
<li>Vadiee, E., et al. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8063407/">AlGaSb-Based Solar Cells Grown on GaAs: Structural investigation and device performance.</a> IEEE Journal of Photovoltaics. , (2017).</li>
<li>Wagner, H., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4863464">A numerical simulation study of gallium-phosphide/silicon heterojunction passivated emitter and rear solar cells.</a> Journal of Applied Physics. 115, 044508(2014).</li>
<li>Limpert, S., et al. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6925045/">Results from coupled optical and electrical sentaurus TCAD models of a gallium phosphide on silicon electron carrier selective contact solar cell.</a> 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC). , 836-840 (2014).</li>
<li>Ding, L., et al. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7749989/">On the source of silicon minority-carrier lifetime degradation during molecular beam heteroepitaxial growth of III-V materials.</a> 2016 IEEE 43rd Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). , IEEE. 2048-2051 (2016).</li>
<li>Ding, L., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610216304544">Silicon minority-carrier lifetime degradation during molecular beam heteroepitaxial III-V material growth.</a> Energy Procedia. 92, 617-623 (2016).</li>
<li>Zhang, C., Kim, Y., Faleev, N. N., Honsberg, C. B. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022024817304025">Improvement of GaP crystal quality and silicon bulk lifetime in GaP/Si heteroepitaxy.</a> Journal of Crystal Growth. 475, 83-87 (2017).</li>
<li>García-Tabarés, E., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pip.2703">Evolution of silicon bulk lifetime during III-V-on-Si multijunction solar cell epitaxial growth.</a> Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 24, 634-644 (2016).</li>
<li>Varache, R., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610215008383">Evolution of bulk c-Si properties during the processing of GaP/c-Si heterojunction cell.</a> Energy Procedia. 77, 493-499 (2015).</li>
<li>Ishizaka, A., Shiraki, Y. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/133/4/666.short">Low temperature surface cleaning of silicon and its application to silicon MBE.</a> Journal of The Electrochemical Society. 133, 666(1986).</li>
<li>Zhang, C., Vadiee, E., King, R. R., Honsberg, C. B. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-materials-research/article/carrierselective-contact-gapsi-solar-cells-grown-by-molecular-beam-epitaxy/E5A9209E449CFCF2C4479752764CA400">Carrier-selective contact GaP/Si solar cells grown by molecular beam epitaxy.</a> Journal of Materials Research. 33, 414-423 (2018).</li>
<li>Battaglia, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hole+Selective+MoOx+Contact+for+Silicon+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Hole Selective MoOx Contact for Silicon Solar Cells.</a> Nano Letters. 14, 967-971 (2014).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Een nominale 25 nm-dikke GaP laag werd epitaxially gekweekt op een P-rijke Si oppervlak via MBE. Om te groeien van een betere kwaliteit van GaP laag op Si substraten, een relatief lage V/III is (P/Ga) verhouding beter. Een goede kristallen kwaliteit van GaP laag is nodig om hoge geleidbaarheid en de lage dichtheid van recombinatie centra. De AFM--kwadratische gemiddelde (RMS) van het oppervlak van de kloof is ~0.52 nm met een glad oppervlak met geen kuilen, indicatieve van kristal van hoge kwaliteit met een lage threadin...

Is er een voortdurende inspanning op de integratie van verschillende materialen met rooster incongruenties teneinde de algehele zonnecel efficiëntie-1,2. De integratie van III-V/Si heeft de potentie om verder de huidige Si zonnecel efficiëntie verhogen en de dure III-V substraten (zoals GaAs en Ge) vervangen door een Si-substraat voor multijunction zonnecel toepassingen. Tussen alle III-V binaire materiële systemen is gallium calciumfosfide (GaP) een goede kandidaat voor dit doel, zoals het de kleinste rooster-wanverhouding (~ 0,4%) met Si en een hoge indirecte bandgap heeft. Deze functies kunnen kwalitatief hoogwaardige integratie van kloof met Si substraat. Het is theoretisch aangetoond dat GaP/Si heterojunctie zonnecellen zou kunnen van de efficiëntie van conventionele speciaal emitter rear Si zonnecellen3,4 verbeteren door te profiteren van de unieke band-offset tussen GaP en Si (∆Ev ~1.05 eV en ∆Ec ~0.09 eV). Dit maakt de kloof een veelbelovende elektron selectieve contactpersoon voor silicium zonnecellen. Echter, met het oog op een high-performance GaP/Si heterojunctie zonnecellen, een hoge Si bulk levensduur en hoge kwaliteit van GaP/Si interface zijn vereist.
Tijdens de groei van III-V materialen op een substraat Si door moleculaire straal epitaxie (MBE) en metalorganic damp fase epitaxie (MOVPE), aanzienlijke achteruitgang van de levensduur van de Si algemeen geconstateerd5,6,7, 8 , 9. het bleek dat de aantasting van het leven voornamelijk tijdens de thermische behandeling van de Si-wafeltjes in de reactoren gebeurt, die nodig is voor oppervlakte oxide desorptie en/of oppervlak wederopbouw vóór de epitaxiale groei10. Deze afbraak werd toegeschreven aan de extrinsieke verspreiding van verontreinigingen afkomstig is van de groei reactoren5,7. Verschillende benaderingen hebben voorgesteld om te onderdrukken de aantasting van het leven van deze Si. In onze eerdere werk, hebben wij twee methoden waarin de aantasting van de Si-levensduur aanzienlijk kan worden onderdrukt aangetoond. De eerste methode werd aangetoond door de invoering van SiNx als een diffusie barrière7 en de tweede door de invoering van de P-diffusie-laag als een gettering agent11 aan de ondergrond van de Si.
In dit werk, hebben wij krachtige GaP/Si zonnecellen gebaseerd op de bovengenoemde benaderingen ter vermindering van de aantasting van de levensduur van het bulk van silicium aangetoond. De technieken voor het behoud van de levensduur van de Si hebben brede toepassingen in multijunction zonnecellen met actieve Si onder cellen en elektronische apparaten zoals hoge-mobiliteit CMOS. In dit gedetailleerde protocol, zijn de bijzonderheden van de fabricage van GaP/Si heterojunctie zonne-cellen, met inbegrip van Si wafer schoonmaken, P-diffusie in de oven, GaP groei en GaP/Si zonnecellen verwerking, opgenomen.

<table><tbody><tr><td>Waterstofperoxide, 30%</td><td>Honeywell</td><td>10181019</td><td></td></tr><tr><td>Zwavelzuur, 96%</td><td>KMG electronic chemicals, Inc.</td><td>64103</td><td></td></tr><tr><td>Zoutzuur, 37%</td><td>KMG electronic chemicals, Inc.</td><td>64009</td><td></td></tr><tr><td>Buffered Oxide Etch 10:1</td><td>KMG electronic chemicals, Inc.</td><td>62060</td><td></td></tr><tr><td>Fluorwaterstofzuur, 49%</td><td>Honeywell</td><td>10181736</td><td></td></tr><tr><td>Azijnzuur</td><td>Honeywell</td><td>10180830</td><td></td></tr><tr><td>Nitridezuur, 69,5%</td><td>KMG electronic chemicals, Inc.</td><td>200288</td><td></td></tr></tbody></table>

ontwikkeling van high performance gap/si heterojunctie zonnecellen

Developing High Performance GaP/Si Heterojunction Solar Cells

Ter verbetering van de efficiëntie van zonnecellen Si gebaseerde voorbij de limiet van hun Shockley-Queisser, is het optimale pad om ze te integreren met zonnecellen op basis van III-V. Hierbij presenteren wij hoge prestaties GaP/Si heterojunctie zonnecellen met een hoge Si minderheid-carrier levensduur en kristal van hoge kwaliteit van de epitaxiale kloof lagen. Het is aangetoond dat door het toepassen van fosfor (P)-diffusie lagen in het Si-substraat en een zondex laag, de levensduur van de minderheid-carrier Si tijdens de groei van de kloof in de moleculaire straal epitaxie (MBE) goed onderhouden kan worden. Door het beheersen van de groei-omstandigheden, werd de hoge crystal kwaliteit van GaP gekweekt op het oppervlak van de P-rijke Si. De kwaliteit van de film wordt gekenmerkt door atomaire kracht microscopie en hoge resolutie Röntgendiffractie. Daarnaast MoOx is geïmplementeerd als een gat-selectieve contactpersoon die hebben geleid tot een aanzienlijke toename van de stroomdichtheid kortsluiting. De bereikte hoge Apparaatprestaties van de zonnecellen van GaP/Si heterojunctie stelt een pad voor verdere verbetering van de prestaties van Si-fotovoltaïsche apparaten.

Atomaire kracht microscopie (AFM) beelden en hoge resolutie röntgendiffractie (XRD) scans, met inbegrip van de rockende curve in de nabijheid van de (004) reflectie en de reciproque ruimte kaart (RSM) in de nabijheid van (224) reflectie, werden verzameld voor de GaP/Si structuur (Figuur 1). De AFM werd gebruikt voor het karakteriseren van de bovengrondse morfologie van de kloof MBE-gegroeid en XRD werd gebruikt om de kwaliteit van de kristallen van GaP laag o...

Hier presenteren we een protocol voor de ontwikkeling van high-performance GaP/Si heterojunctie zonnecellen met een hoge Si minderheid-carrier levensduur.

Ontwikkeling van High Performance GaP/Si heterojunctie zonnecellen

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar ...

Deze methode kan vertellen, antwoord op de belangrijkste vragen in gelaagd silicium geïntegreerde zonnecel fabricage over hoe een hoge silicium bulk levensduur te behouden tijdens de groei. De belangrijkste voordelen van dit proces zijn dat we een lange silicium bulk levensduur kunnen bereiken, zelfs na heterovalente groei van de galliumfosfide drager selectief contact op silicium. Dit stelt ons in staat om toegang te krijgen tot de band hiaten van andere III-V halfgeleiders.Het is een vorm van multijunctie zonnecel met een siliconen bodemcel. Om te beginnen, bereiden een piranha oplossing in een high-density polyethyleen zuur verwarming bad, verwarming tot 110 graden Celsius, en wacht tot de temperatuur te stabiliseren. In een ander zuurbad, bereiden een verdund zoutzuur en waterstofperoxide oplossing voor het verwijderen van ionische verontreiniging, verwarming tot 74 graden Celsius en wachten op de temperatuur te stabiliseren.Plaats vier inch diameter float zone einde type dubbele kant gepolijst silicium wafers in een schone polypropyleen vier inch wafer cassette. Week de wafers 10 minuten in piranha-oplossing. Spoel vervolgens de wafels 10 minuten met gedeïoniseerd water en doe ze in een schone cassette.Week de wafels in de ionische reinigingsoplossing gedurende 10 minuten, en spoel ze vervolgens 10 minuten met gedeïoniseerd water. Vervolgens, weken de wafers in een gebufferde oxide etsoplossing van 10 tot een ammoniumfluoride fluoride fluorzuur gedurende drie minuten op kamertemperatuur, en spoel ze met gedeïoniseerd water gedurende 10 minuten. Droog de schone wafers onder een stroom droog stikstofgas.Plaats vervolgens een schone wafer in een quartzboot en laad deze in een quartzbuisoven, verwarmd tot 800 graden Celsius met een atmosfeer van stromend stikstofgas. Helling de oven tot 820 graden Celsius in de loop van 20 minuten. Schakel vervolgens het draaggas in op stikstof die door fosforoxychloride borrelt bij 1.000 SCCM.Na 15 minuten, stop de stroom van carrier gas en helling de oven tot 800 graden Celsius. Haal de wafer uit de oven en laat afkoelen. Vervolgens, weken in verse gebufferde oxide etsoplossing gedurende 10 minuten om fosfor silicaat glas te verwijderen.Spoel de wafer 10 minuten in gedeïioniseerd water en droog deze met stikstofgas. Net voor de siliciumnitride depositie, weken de wafer in een gebufferde oxide etsoplossing voor een minuut om inheemse oxiden te verwijderen. Spoel het in gedeïsized water gedurende 10 minuten, en droog het met droog stikstofgas.Plaats de wafer op een schone monokristallijne siliciumdrager en laad deze in een PECVD-instrument, uitgerust met silane- en ammoniakbronnen. Stel de kamerdruk in op 3,5 torrs en deponeren 150 nanometer siliciumnitride op 3,9 nanometer per seconde, met 300 watt RF-vermogen. Laad vervolgens de wafer in een MBE-instrument, uitgerust met gallium-, fosfor- en silicium effusiecellen.Outgas de wafer in de inleidende kamer op 180 graden Celsius voor drie uur. Breng de wafer vervolgens over naar de bufferkamer en buitengas op 240 graden Celsius gedurende twee uur. Laad de wafer in de groeikamer en bak deze 10 minuten op 850 graden Celsius.Daarna koelt u de wafer af tot 580 graden Celsius en bereidt u de effusiecellen voor om de juiste fluxen te genereren. Open het gallium, fosfor en silicium huivert en kweek 25 nanometer galliumfosfide met een onderbroken groeimethode, gevolgd door 121 seconden ononderbroken groei. Daarna koelt u het monster af tot 200 graden Celsius en ontlaad het uit het instrument.Bedek vervolgens het galliumfosfideoppervlak met een zuurbestendige dicing tape. Week de wafer in ongeveer 300 milliliter van 49% fluorzuur gedurende vijf minuten om de siliciumnitride laag te verwijderen. Verwijder de tape, spoel de wafer met gedeïioniseerd water gedurende 10 minuten, en droog het onder een stroom van stikstofgas.Bedek vervolgens het galliumfosfideoppervlak met verse dicing tape. In een plastic bekerglas, bereid 500 milliliter van een mengsel van fluorzuur, salpeterzuur, en azijnzuur. Plaats de wafer voorzichtig in de HNA-oplossing en laat hem drie minuten op kamertemperatuur weken.Verwijder de tape, spoel de wafer met gedeïioneerd water, en droog het met stikstof. Gebruik een diamantpen om de voorbereide wafer in vier kwarten te snijden. Leg de stukken in een mand, grondig reinigen in een tank van gedeïoniseerd water, en droog ze met stikstofgas.Dan, weken de stukken in een gebufferde oxide etsoplossing voor 30 seconden, en spoel en droog ze met gedeïïsteerd water en stikstofgas. Vervolgens, deponeren 50 nanometer van amorf silicium op een monster, en controleer de levensduur van het silicium. Dan, deponeren negen nanometer van een intrinsiek amorfe silicium, en 16 nanometer van een p-type amorfe silicium, met een boor dopant, op de kale silicium kant van een tweede monster.Gebruik bij een derde monster thermische verdamping om negen nanometer molybdeenoxide op de kale siliciumzijde te deponeren bij 0,5 angstroms per seconde, bij kamertemperatuur, uit een molybdeentrioxidebron. Plaats vervolgens de amorfe silicium en molybdeen oxide gecoate monsters in een RF sputterend instrument, met de galliumfosfide kant naar boven gericht. Deponeren 75 nanometer indium 10 oxide, met een zuurstofstroom van 2,2 SCCM.Dan, laad de monsters en draai ze om. Plaats een mesa schaduwmasker op elk monster. Laad ze terug in het instrument, en deponeren nog eens 75 nanometer van ITO.Ontlaad de monsters, ruil het masker voor een vingerschaduwmasker en deponeer 200 nanometer zilver op de ITO mesa bij één kilowatt en acht torr. Draai de monsters om en deponeer nog eens 200 nanometer zilver op de ITO galliumfosfidezijde, als het rugcontact. Ten slotte, anneal de monsters in een oven op 220 graden Celsius en atmosferische druk.Atoomkracht microscopie toonde aan dat de galliumfosfidelaag een wortel gemiddelde vierkante ruwheid van ongeveer 0,52 nanometer had, wat wijst op een hoge kristalkwaliteit met een lage threading dislocatiedichtheid. Pendellosung franjes waargenomen van de dubbele kristal omega twee theta schommelen curve op het silicium en gallium phosphide 004 reflecties waren in overeenstemming met gladde interfaces. De wederzijdse ruimtekaart van 224 brekingsvlekken toont coherente galliumfosfide- en siliciumpieken, wat aangeeft dat galliumfosfide volledig is gespannen aan het siliciumsubstraat met een goede kristallijne kwaliteit.Het vormen van een N plus laag door fosfor diffusie voor het toevoegen van de gallium fosfide laag hield de silicium bulk levensduur op maximaal milliseconde niveaus. De galliumfosfide silicium levensduur was ongeveer 100 microseconden. Apparaten werden gebouwd met behulp van een laag van amorf silicium, of een laag molybdeenoxide.De interne kwantumefficiëntie van het molybdeenoxide-apparaat bleef hoog bij lagere golflengten dan een amorf siliciumapparaat, maar het had ook een hogere reflectantie bij lagere golflengten. Veelbelovende zonnecel prestaties werd waargenomen voor beide apparaten. De amorfe silicium en molybdeenoxide apparaten hadden vergelijkbare efficiëntie, open circuit spanningen, en vulfactoren.Over het algemeen presteerde de molybdeenoxidelaag als geheel beter selectief contact dan de amorfe siliciumlaag. Tijdens een poging tot deze procedure, vergeet niet om de tweede wafer zo schoon mogelijk te houden voordat u in de MBE-kamer laadt, vooral bij het deponeren van siliciumnitride.

developing-high-performance-gapsi-heterojunction-solar-cells

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Polykristallijn silicium dunne-film zonnecellen op glas worden vervaardigd door afzetting van boor en fosfor gedoteerd silicium lagen gevolgd door kristallisatie, defect passivering en metallisatie. Plasmonische licht-trapping wordt ingeleid door de vorming van Ag nanodeeltjes op de silicium celoppervlak afgedekt met een diffuus reflector resulteert in ~ 45% fotostroom toebehoren.

Polykristallijn silicium dunne-film zonnecellen met plasmonische-enhanced Light-trapping

Er wordt een methode gepresenteerd voor het vervaardigen, onder omgevingscondities, van organische fotovoltaïsche tandem-apparaten in een parallelle configuratie. Deze apparaten beschikken over een door lucht verwerkte, semi-transparante, koolstofnanobuis-gemeenschappelijke kathode.

Ambient Methode voor de productie van een ionisch Gated koolstof nanobuis Common Cathode in Tandem organische zonnecellen

Tinsulfide (SnS) is een kandidaatmateriaal voor op Aarde abundantie, niet-toxische zonnecellen. Hier demonstreren we de fabricageprocedure van de SnS-zonnecellen met behulp van atoomlaagdeposition, wat een gecertificeerde energieconversie-efficiëntie van 4,36% oplevert, en thermische verdamping die 3,88% oplevert.

Het maken van Record-efficiëntie SnS Zonnecellen door thermische verdamping en Atomic Layer Deposition

De fabricage van hoogcontrastroosters als parallel spectrumsplitsend dispersie-element in een geconcentreerd fotovoltaïsch systeem wordt gedemonstreerd. Fabricageprocessen inclusief nano-imprint litografie, TiO2 sputteren en reactieve ionen-etsen worden beschreven. Reflectiemeetresultaten worden gebruikt om de optische prestaties te karakteriseren.

Fabrication van High Contrast Roosters voor de Spectrum Splitting Dispersieve Element in een geconcentreerde Zonneinstallatie

Er wordt een haalbare op transferdruk gebaseerde methodologie beschreven om plasmonische metaalnanostructuren in zonnepanelen te introduceren. Met behulp van nanopijler poly(dimethylsiloxane) stempels, werd een Ag-gebaseerde geordende nanodisk-array geïntegreerd met standaard gehydrogeneerde microkristallijne Si-zonnepanelen, wat leidde tot verbeterde prestaties van het apparaat als gevolg van plasmonisch lichtopsluiting.

Integratie van Licht Trapping Silver Nanostructures in gehydrogeneerde Microkristallijn silicium zonnecellen door Transfer Printing

Hier presenteren we een protocol voor het synthetiseren Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O heterojunctions in de open lucht bij lage temperatuur via luchtdruk ruimtelijke atomic layer deposition (AP-SALD) van Zn 1-x Mg x O op koperoxide. Dergelijke hoge kwaliteit conforme metaaloxiden kan worden geteeld op een verscheidenheid van substraten, waaronder kunststoffen door deze goedkope en schaalbaar methode.

Verbeterde Heterojunction Kwaliteit in Cu<sub&gt; 2</sub&gt; O-gebaseerde zonnecellen door het optimaliseren van de atmosferische druk Ruimtelijke Atomic Layer Afgezet<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; x</sub&gt; O

Hier presenteren we een protocol om organische dunne film zonnecellen met behulp van een mini-slot sterven coater en de bijbehorende in-line structuur karakteriseringen met behulp van synchrotronstraling scattering technieken te fabriceren.

Printing Fabrication van Bulk Heterojunction Solar Cells en In Situ Morfologie karakterisering

Een methode voor het volledig gedrukt te worden, fullereen-vrij, zeer lucht-stabiele, bulk-heterojunctie zonnecellen op basis van Ti alkoxiden als het elektron acceptor en het elektronen donerende polymeer fabricage wordt hier beschreven. Bovendien wordt een werkwijze voor het regelen van de morfologie van de fotoactieve laag door de moleculaire grote omvang van de Ti-alkoxide eenheden gerapporteerd.

Morfologie Control for Volledig Printable organisch-anorganische bulk-heterojunctie zonnecellen op basis van een Ti-alkoxide en halfgeleidende polymeer

We presenteren een uitgebreide studie over de effecten van verschillende fabricagemethoden voor organische / anorganische perovskiet dunne films door het vergelijken van kristalstructuren, toestandsdichtheid, energie, en uiteindelijk de zonnecel prestaties.

Invloed van Hybrid Perovskite fabricagemethoden on Film Formation, Electronic Structure en Zonnecel prestaties

Dit werk beschrijft het volledige fabricageproces van dunne absorberende cadmium selenium telluride / cadmium telluride fotovoltaïsche apparaten voor verbeterde efficiëntie. Het proces maakt gebruik van een geautomatiseerd in-line vacuümsysteem voor close-space sublimatie depositie die schaalbaar is, van de fabricage van kleine gebied onderzoeksapparaten en grootschalige modules.

Close-Space Sublimatie-Gedeponeerd Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Zonnecellen voor verbeterde kortsluiting stroomdichtheid en fotoluminescentie

Dit artikel is een demonstratie en een richtlijn om in-house (met een röntgeninstrument in het laboratorium) in situ GISAXS-experimenten van drooginkten op roll-to-roll sleuf-matrijs gecoate, niet-fullerene organische fotovoltaïsche middelen uit te voeren en te analyseren.

In situ Beweiding Incidentie Kleine Hoek Röntgenverstrooiing op Roll-To-Roll Coating van organische zonnecellen met laboratorium röntgeninstrumentatie

Ontdek een protocol voor het ontwikkelen van hoogwaardige GaP/Si heterojunctie zonnecellen met behoud van hoge silicium minoriteitsdragerlevensduur. Deze methode optimaliseert multijunctie zonnecelprestaties.

Ontwikkeling van High Performance GaP/Si heterojunctie zonnecellen

Meer video's verkennen