Name: Close-Space Sublimatie-Gedeponeerd Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Zonnecellen voor verbeterde kortsluiting stroomdichtheid en fotoluminescentie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-03-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 21 s
Description: Leer close-space sublimatie-depositie voor CdSeTe/CdTe zonnecellen met geautomatiseerde in-line vacuümsystemen. Deze schaalbare methode verhoogt fotovoltaïsche efficiëntie en productiesnelheid aanzienlijk.

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 willen professor W.S. Sampath bedanken voor het gebruik van zijn afzettingssystemen, Kevan Cameron voor systeemondersteuning, Dr. Amit Munshi voor zijn werk met dikkere tweelaagse cellen en aanvullende beelden van het in-line geautomatiseerde CSS vacuümafzettingssysteem, en Dr. Darius Kuciauskas voor hulp bij TRPL metingen. Dit materiaal is gebaseerd op werk ondersteund door het Amerikaanse Department of Energy's Office of Energy's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) onder Solar Energy Technologies Office (SETO) Overeenkomst nummer DE-EE0007543.

<ol><li>Global energy demand rose by 2.3% in 2018, its fastest pace in the last decade. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.iea.org/newsroom/news/2019/march/global-energy-demand-rose-by-23-in-2018-its-fastest-pace-in-the-last-decade.html">https://www.iea.org/newsroom/news/2019/march/global-energy-demand-rose-by-23-in-2018-its-fastest-pace-in-the-last-decade.html</a> (2019).</li>
<li>Morton, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solar+energy%3A+A+new+day+dawning%3F%3A+Silicon+valley+sunrise%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Solar energy: A new day dawning?: Silicon valley sunrise.</a> Nature. 443 (7107), 19-22 (2006).</li>
<li>Best research-cell efficiency chart. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html">https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html</a> (2019).</li>
<li>First Solar. First Solar sustainability report. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.firstsolar.com/-/media/First-Solar/Sustainability-Documents/FirstSolar_SustainabilityReport_Web_2018.ashx">http://www.firstsolar.com/-/media/First-Solar/Sustainability-Documents/FirstSolar_SustainabilityReport_Web_2018.ashx</a> (2018).</li>
<li>Munshi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polycrystalline+CdSeTe%2FCdTe+absorber+cells+with+28+mA%2Fcm2+short-circuit+current%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Journal+of+Photovoltaics%22%5BJournal%5D)">Polycrystalline CdSeTe/CdTe absorber cells with 28 mA/cm2 short-circuit current.</a> IEEE Journal of Photovoltaics. 8 (1), 310-314 (2018).</li>
<li>Metzger, W. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exceeding+20%25+efficiency+with+in+situ+group+V+doping+in+polycrystalline+CdTe+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Energy%22%5BJournal%5D)">Exceeding 20% efficiency with in situ group V doping in polycrystalline CdTe solar cells.</a> Nature Energy. 4, 837-845 (2019).</li>
<li>Hsiao, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electroplated+CdTe+solar+technology+at+Reel+Solar%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+46thIEEE+PVSC%22%5BJournal%5D)">Electroplated CdTe solar technology at Reel Solar.</a> Proceedings of 46thIEEE PVSC. , Chicago, IL. (2019).</li>
<li>Bothwell, A. M., Drayton, J. A., Jundt, P. M., Sites, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+thin+CdTe+solar+cells+with+a+CdSeTe+front+layer%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Advances%22%5BJournal%5D)">Characterization of thin CdTe solar cells with a CdSeTe front layer.</a> MRS Advances. 4 (37), 2053-2062 (2019).</li>
<li>Fiducia, T. A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+role+of+selenium+in+defect+passivation+for+highly+efficient+selenium-alloyed+cadmium+telluride+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Energy%22%5BJournal%5D)">Understanding the role of selenium in defect passivation for highly efficient selenium-alloyed cadmium telluride solar cells.</a> Nature Energy. 4, 504-511 (2019).</li>
<li>Swanson, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+vacuum+chamber+with+multiple+close+space+sublimation+sources+to+fabricate+CdTe+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+and+Technology+A%22%5BJournal%5D)">Single vacuum chamber with multiple close space sublimation sources to fabricate CdTe solar cells.</a> Journal of Vacuum Science and Technology A. 34, 021202(2016).</li>
<li>McCandless, B. E., Sites, J. R. Cadmium telluride solar cells. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMcCandless%2C+BE+%22Handbook+of+Photovoltaic+Science+and+Engineering%22">Handbook of Photovoltaic Science and Engineering</a>. Luque, A., Hegedus, S. , John Wiley & Sons Ltd. West Sussex, England. 617-662 (2003).</li>
<li>Abbas, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cadmium+chloride+assisted+re-crystallization+of+CdTe%3A+the+effect+of+annealing+over-treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+40th+IEEE+PVSC%22%5BJournal%5D)">Cadmium chloride assisted re-crystallization of CdTe: the effect of annealing over-treatment.</a> Proceedings of 40th IEEE PVSC. , Denver, CO. (2014).</li>
<li>Munshi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+varying+process+parameters+on+CdTe+thin+film+device+performance+and+its+relationship+to+film+microstructure%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+40th+IEEE+PVSC%22%5BJournal%5D)">Effect of varying process parameters on CdTe thin film device performance and its relationship to film microstructure.</a> Proceedings of 40th IEEE PVSC. , Denver, CO. (2014).</li>
<li>Metzger, W. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-resolved+photoluminescence+studies+of+CdTe+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Time-resolved photoluminescence studies of CdTe solar cells.</a> Journal of Applied Physics. 94 (5), 3549-3555 (2003).</li>
<li>Moseley, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Luminescence+methodology+to+determine+grain-boundary%2C+grain-interior%2C+and+surface+recombination+in+thin+film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Luminescence methodology to determine grain-boundary, grain-interior, and surface recombination in thin film solar cells.</a> Journal of Applied Physics. 124, 113104(2018).</li>
<li>Amarasinghe, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Obtaining+large+columnar+CdTe+grains+and+long+lifetime+on+nanocrystalline+CdSe%2C+MgZnO%2C+or+CdS+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Energy+Materials%22%5BJournal%5D)">Obtaining large columnar CdTe grains and long lifetime on nanocrystalline CdSe, MgZnO, or CdS layers.</a> Advanced Energy Materials. 8, 1702666(2018).</li>
<li>Tencor Instruments. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Alpha-Step+100+User%27s+Manual%22">Alpha-Step 100 User's Manual</a>. , Tencor Instruments. Mountain View, CA. (1984).</li>
<li>Wojtowicz, A., Huss, A. M., Drayton, J. A., Sites, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+CdCl2+passivation+on+thin+CdTe+absorbers+fabricated+by+close-space+sublimation%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+44th+IEEE+PVSC%22%5BJournal%5D)">Effects of CdCl2 passivation on thin CdTe absorbers fabricated by close-space sublimation.</a> Proceedings of 44th IEEE PVSC. , Washington D.C. (2017).</li>
<li>Kirchartz, T., Ding, K., Rau, U. Fundamental electrical characterization of thin film solar cells. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKirchartz%2C+T+%22Advanced+Characterization+Techniques+for+Thin+Film+Solar+Cells%22">Advanced Characterization Techniques for Thin Film Solar Cells</a>. Abou-Ras, D., Kirchartz, T., Rau, U. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. Weinheim, Germany. 47(2011).</li>
<li>Swanson, D. E., Sites, J. R., Sampath, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Co-sublimation+of+CdSexTe1-x+layers+for+CdTe+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+%26+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Co-sublimation of CdSexTe1-x layers for CdTe solar cells.</a> Solar Energy Materials & Solar Cells. 159, 389-394 (2017).</li>
<li>McCandless, B. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overcoming+Carrier+Concentration+Limits+in+Polycrystalline+CdTe+Thin+Films+with+In+Situ+Doping%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Overcoming Carrier Concentration Limits in Polycrystalline CdTe Thin Films with In Situ Doping.</a> Scientific Reports. 8, 14519(2018).</li>
<li>Romeo, N., Bossio, A., Rosa, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+back+contact+in+CdTe%2FCdS+thin+film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+ISES+Solar+World+Congress+2017%22%5BJournal%5D)">The back contact in CdTe/CdS thin film solar cells.</a> Proceedings ISES Solar World Congress 2017. , Abu Dhabi, UAE. (2017).</li>
<li>Munshi, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doping+CdSexTe1-x%2FCdTe+graded+absorber+films+with+arsenic+for+thin+film+photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+46th+IEEE+PVSC%22%5BJournal%5D)">Doping CdSexTe1-x/CdTe graded absorber films with arsenic for thin film photovoltaics.</a> Proceedings of 46th IEEE PVSC. , Chicago, IL. (2019).</li>
<li>Danielson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doping+CdTe+Absorber+Cells+using+Group+V+Elements%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+WCPEC-7%22%5BJournal%5D)">Doping CdTe Absorber Cells using Group V Elements.</a> Proceedings of WCPEC-7. , Waikoloa, HI. (2018).</li>
<li>Hsiao, K. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Electron+Reflector+Strategy+for+CdTe+Thin+film+Solar+Cells%22">Electron Reflector Strategy for CdTe Thin film Solar Cells</a>. , Colorado State University. Doctoral dissertation (2010).</li>
<li>Swanson, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Incorporation+of+Cd1-xMgxTe+as+an+electron+reflector+for+cadmium+telluride+photovoltaic+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+MRS+Spring+Meeting+and+Exhibit%22%5BJournal%5D)">Incorporation of Cd1-xMgxTe as an electron reflector for cadmium telluride photovoltaic cells.</a> Proceedings of MRS Spring Meeting and Exhibit. , San Francisco, CA. (2015).</li>
<li>Wendt, R., Fischer, A., Grecu, D., Compaan, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvement+of+CdTe+solar+cell+performance+with+discharge+control+during+film+deposition+by+magnetron+sputtering%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Improvement of CdTe solar cell performance with discharge control during film deposition by magnetron sputtering.</a> Journal of Applied Physics. 84 (5), 2920-2925 (1998).</li>
<li>Sudharsanan, R., Rohatgi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+metalorganic+chemical+vapor+deposition+grown+CdTe%2FCdS+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Investigation of metalorganic chemical vapor deposition grown CdTe/CdS solar cells.</a> Solar Cells. 31 (2), 143-150 (1991).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dunne bilayer CdSeTe/CdTe fotovoltaïsche apparaten tonen verbeteringen in efficiëntie ten opzichte van hun CdTe tegenhangers vanwege een betere materiaalkwaliteit en verhoogde huidige collectie. Dergelijke verbeterde efficiëntieverbeteringen zijn aangetoond in tweelaagse absorbers groter dan 3 μm5,7, en nu met geoptimaliseerde fabricageomstandigheden, is aangetoond dat verhoogde efficiëntie ook haalbaar is voor dunnere, 1,5 μm bilayer absorbers.
<p class="jov...

De wereldwijde vraag naar energie versnelt snel en het jaar 2018 toonde het snelst( 2,3%) groei in het laatste decennium1. In combinatie met een toenemend bewustzijn van de gevolgen van klimaatverandering en de verbranding van fossiele brandstoffen, is de behoefte aan kostenconcurrerende, schone en hernieuwbare energie overduidelijk geworden. Van de vele hernieuwbare energiebronnen onderscheidt zonne-energie zich door zijn totale potentieel, omdat de hoeveelheid zonne-energie die de aarde bereikt veel groter is dan het wereldwijde energieverbruik2.
Fotovoltaïsche (PV) apparaten zetten zonne-energie direct om in elektrische energie en zijn veelzijdig in schaalbaarheid (bijvoorbeeld minimodules voor persoonlijk gebruik en netwerkgeïntegreerde zonne-arrays) en materiaaltechnologieën. Technologieën zoals multi- en single-junction, single-crystal gallium arsenide (GaAs) zonnecellen hebben een efficiëntie van respectievelijk 39,2% en 35,5% 3. Echter, fabricage van deze hoge efficiëntie zonnecellen is kostbaar en tijdrovend. Polykristallijne cadmiumtelluride (CdTe) als materiaal voor dunne film-tv's is voordelig voor zijn goedkope, hoogwaardige fabricage, verscheidenheid aan depositietechnieken en gunstige absorptiecoëfficiënt. Deze attributen maken CdTe gunstig voor grootschalige productie, en verbeteringen in de efficiëntie hebben CdTe kostenconcurrerend gemaakt met PV-marktdominant silicium en fossiele brandstoffen4.
Een recente vooruitgang die de toename van cdte apparaat efficiëntie heeft gedreven is de integratie van cadmium selenium telluride (CdSeTe) legering materiaal in de absorber laag. Integratie van de lagere ~ 1.4 eV band gap CdSeTe materiaal in een 1,5 eV CdTe absorber vermindert de voorste band kloof van de bilayer absorber. Dit verhoogt de fotonfractie boven de bandkloof en verbetert zo de huidige collectie. Succesvolle opname van CdSeTe in absorbers die 3 μm of dikker zijn voor een verhoogde stroomdichtheid is aangetoond met verschillende fabricagetechnieken (d.w.z. sublimatie in de nabijheid van de ruimte, damptransportdepositie en elektroplating)5,6,7. Verhoogde kamertemperatuur fotoluminescentie emissiespectroscopie (PL), tijd-resolved fotoluminescentie (TRPL), en elektroluminescentie signalen van bilayer absorber apparaten5,8 geven aan dat in aanvulling op de verhoogde huidige collectie, de CdSeTe lijkt te hebben een betere stralingsefficiëntie en minderheid carrier levensduur, en een CdSeTe / CdTe apparaat heeft een grotere spanning ten opzichte van het ideaal dan met CdTe alleen. Dit is grotendeels toegeschreven aan selenium passivation van bulk defecten9.
Er is weinig onderzoek gedaan naar de integratie van CdSeTe in dunnere (≤1,5 μm) CdTe absorbers. We hebben daarom de kenmerken onderzocht van dunne 0,5 μm CdSeTe/1,0 μm CdTe bilayer-absorber apparaten vervaardigd door close-space sublimatie (CSS) om te bepalen of de voordelen van dikke tweelaagse absorbers ook haalbaar zijn met dunne tweelaagse absorbers. Dergelijke CdSeTe/CdTe absorbers, meer dan twee keer zo dun als hun dikkere tegenhangers, bieden een opmerkelijke daling van de depositie tijd en materiaal en lagere productiekosten. Ten slotte hebben ze potentieel voor toekomstige ontwikkelingen in de apparaatarchitectuur die absorberende diktes van minder dan 2 μm vereisen.
CSS-afzetting van absorbers in één geautomatiseerd in-line vacuümsysteem biedt vele voordelen ten opzichte van andere fabricagemethoden10,11. Snellere depositiesnelheden met CSS-fabricage verhogen de doorvoer van apparaten en bevorderen grotere experimentele gegevenssets. Bovendien beperkt de enkele vacuümomgeving van het CSS-systeem in dit werk potentiële uitdagingen met absorberinterfaces. Dunne-film PV-apparaten hebben vele interfaces, die elk kunnen fungeren als een recombinatie centrum voor elektronen en gaten, waardoor de algehele efficiëntie van het apparaat. Het gebruik van één vacuümsysteem voor de cdsete-, cdte- en cadmiumchloride (CdCl2)afzettingen (noodzakelijk voor een goede absorberkwaliteit12,13,14,15,16) kan een betere interface produceren en interfaciale defecten verminderen.
Het in-line geautomatiseerde vacuümsysteem ontwikkeld aan colorado State University10 is ook voordelig in zijn schaalbaarheid en herhaalbaarheid. Depositieparameters zijn bijvoorbeeld door de gebruiker ingesteld en het depositieproces is zodanig geautomatiseerd dat de gebruiker geen aanpassingen hoeft aan te brengen tijdens de fabricage van de absorptie. Hoewel kleine onderzoeksapparaten in dit systeem zijn vervaardigd, kan het systeemontwerp worden opgeschaald voor grotere gebiedsdeposities, waardoor een verband kan worden gelegd tussen experimenten op onderzoeksschaal en module-schaalimplementatie.
Dit protocol presenteert de fabricagemethoden die worden gebruikt voor de productie van 0,5-μm CdSeTe/1,0-μm CdTe dunne-film PV-apparaten. Ter vergelijking: een set cdte-apparaten van 1,5 μm wordt vervaardigd. Enkele en tweelaagse absorberstructuren hebben nominaal identieke depositievoorwaarden in alle processtappen, met uitzondering van de CdSeTe-depositie. Om te karakteriseren of dunne CdSeTe/CdTe absorbers dezelfde voordelen behouden die worden aangetoond door hun dikkere tegenhangers, worden de huidige dichtheidsspanning (J-V), quantumefficiëntie (QE) en PL-metingen uitgevoerd op de dunne single- en bilayer absorber-apparaten. Een toename van de kortsluiting stroomdichtheid (JSC) zoals gemeten door J-V en QE, in aanvulling op een toename van PL signaal voor de CdSeTe / CdTe vs. CdTe-apparaat, geven aan dat dunne CdSeTe / CdTe-apparaten vervaardigd door CSS vertonen opmerkelijke verbetering in de huidige collectie, materiaalkwaliteit, en apparaat efficiëntie.
Hoewel dit werk zich richt op de voordelen die gepaard gaan met de integratie van een CdSeTe-legering in een CdTe PV-apparaatstructuur, wordt het volledige fabricageproces voor CdTe- en CdSeTe/CdTe-apparaten vervolgens volledig beschreven. Figuur 1A,B toont voltooide apparaatstructuren voor respectievelijk cdte- en cdsete-apparaten, bestaande uit een transparant geleidend oxide (TCO)-gecoate glassubstraat, n-type magnesiumzinkoxide (MgZnO) uitzenderlaag, p-type CdTe of CdSeTe/CdTe absorber met CdCl2-behandeling en koperbehandeling, dunne Te-laag en nikkel rugcontact. Exclusief de CSS-absorptiedepositie zijn de fabricageomstandigheden identiek tussen de enkele en tweelaagse structuur. Dus, tenzij anders vermeld, elke stap wordt uitgevoerd op zowel CdTe en CdSeTe / CdTe structuren.

<table><tbody><tr><td>Alpha Step Surface Profilometer</td><td>Tencor Instruments</td><td>10-00020</td><td>Instrument voor het meten van filmdikte</td></tr><tr><td>CdCl2 Materiaal</td><td>5N Plus</td><td>N/A</td><td>Materiaal voor absorber passivatiebehandeling</td></tr><tr><td>CdSeTe Halfgeleidermateriaal</td><td>5N Plus</td><td>N/A</td><td>P-type halfgeleidermateriaal voor absorberlaag</td></tr><tr><td>CdTe Halfgeleidermateriaal</td><td>5N Plus</td><td>N/A</td><td>P-type halfgeleidermateriaal voor absorberlaag</td></tr><tr><td>CESAR RF-stroomgenerator</td><td>Advanced Energy</td><td>61300050</td><td>Krachtbron voor MgZnO sputterdeposition</td></tr><tr><td>CuCl Materiaal</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N/A</td><td>Materiaal voor absorber doping</td></tr><tr><td>Delineatiemateriaal</td><td>Kramer Industries Inc.</td><td>Melamine Type 3 60-80 mesh</td><td>Kunststofkralenmateriaal voor filmdelineatie</td></tr><tr><td>Kluis</td><td>Vaniman Manufacturing Co.</td><td>Problast 3</td><td>Kluis voor filmdelineatie</td></tr><tr><td>Goud Kristal</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>KJLCRYSTAL6-G10</td><td>Kristal voor Te verdampingsdiktedemonitor</td></tr><tr><td>HVLP en Standaard Zwaartekrachtvoedingspistool Kit</td><td>Husky</td><td>HDK00600SG</td><td>Applicatiepistool voor Ni-verf achtercontactapplicatie</td></tr><tr><td>MgZnO Sputteringdoel</td><td>Plasmaterials, Inc.</td><td>PLA285287489</td><td>N-type emitterlaagmateriaal</td></tr><tr><td>Micro 90 Glasreinigingsoplossing</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-18100-05</td><td>Oplossing voor initiële glasreiniging</td></tr><tr><td>NSG Tec10 Substraten</td><td>Pilkington</td><td>N/A</td><td>Transparant geleidend oxideglas voor voorste elektrische contact</td></tr><tr><td>Super Shield Ni Geleidende Coating</td><td>MG Chemicals</td><td>841AR-3.78L</td><td>Geleidende verf voor achtercontactlaag</td></tr><tr><td>Te Materiaal</td><td>Sigma Aldrich</td><td>MKBZ5843V</td><td>Materiaal voor achtercontactlaag</td></tr><tr><td>Diktedemonitor</td><td>R.D. Mathis Company</td><td>TM-100</td><td>Instrument voor het programmeren en bewaken van Te verdampingscondities</td></tr><tr><td>Verdunner 1</td><td>MG Chemicals</td><td>4351-1L</td><td>Verfverdunner om te mengen met Ni voor achtercontactlaag</td></tr><tr><td>Ultrasoon Reiniger 1</td><td>L &amp; R Electronics</td><td>Q28OH</td><td>Ultrasoon reiniger 1 voor glasreiniging</td></tr><tr><td>Ultrasoon Reiniger 2</td><td>Ultrasonic Clean</td><td>100S</td><td>Ultrasoon reiniger 2 voor glasreiniging</td></tr><tr><td>UV/VIS Lambda 2 Spectrometer</td><td>PerkinElmer</td><td>166351</td><td>Spectrometer gebruikt voor transmissiemetingen op CdSeTe films</td></tr></tbody></table>

close-space sublimatie-gedeponeerd ultra-thin cdsete/cdte zonnecellen voor verbeterde kortsluiting stroomdichtheid en fotoluminescentie

Close-Space Sublimation-Deposited Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Solar Cells for Enhanced Short-Circuit Current Density and Photoluminescence

Ontwikkelingen in fotovoltaïsche apparaat architecturen zijn nodig om zonne-energie een kosteneffectieve en betrouwbare bron van hernieuwbare energie te midden van de groeiende wereldwijde energie-eisen en klimaatverandering. Dunne film CdTe-technologie heeft aangetoond kosten-concurrentievermogen en toenemende efficiëntie als gevolg van gedeeltelijk als gevolg van snelle fabricage tijden, minimaal materiaalgebruik, en de invoering van een CdSeTe legering in een ~ 3 μm absorber laag. Dit werk presenteert de close-space sublimatie fabricage van dunne, 1,5 μm CdSeTe / CdTe bilayer apparaten met behulp van een geautomatiseerde in-line vacuüm depositie systeem. De dunne tweelaagse structuur en fabricagetechniek minimaliseren de afzettingstijd, verhogen de efficiëntie van het apparaat en vergemakkelijken toekomstige ontwikkeling van de architectuur van dunne absorptieapparaten. Drie fabricageparameters lijken de meest impactvolle voor het optimaliseren van dunne CdSeTe/CdTe absorber-apparaten: substraatvoorverwarmtemperatuur, CdSeTe:CdTe-dikteverhouding en CdCl 2-passivation. Voor een goede sublimatie van de CdSeTe moet de substraattemperatuur vóór de afzetting ~540 °C (hoger dan die voor CdTe) zijn, zoals gecontroleerd door de wachttijd in een voorwarmtebron. Variatie in de CdSeTe:CdTe dikte verhouding onthult een sterke afhankelijkheid van de prestaties van het apparaat op deze verhouding. De optimale absorptiediktes zijn 0,5 μm CdSeTe/1,0 μm CdTe, en niet-geoptimaliseerde dikteverhoudingen verminderen de efficiëntie door back-barrier effecten. Dunne absorbers zijn gevoelig voor cdcl2 passivation variatie; een veel minder agressieve CdCl2-behandeling (in vergelijking met dikkere absorbers) met betrekking tot zowel temperatuur als tijd levert optimale apparaatprestaties op. Met geoptimaliseerde fabricageomstandigheden verhoogt CdSeTe/CdTe de kortsluiting van de stroomdichtheid en de intensiteit van de fotoluminescentie in vergelijking met single-absorber CdTe. Daarnaast biedt een in-line close-space sublimatie vacuümdepositiesysteem materiaal en tijdsreductie, schaalbaarheid en de haalbaarheid van toekomstige ultradunne absorberarchitecturen.

De toevoeging van CdSeTe aan een dunne CdTe-absorber verbetert de efficiëntie van het apparaat door superieure geluidskwaliteit en een hogere stroomdichtheid (JSC). Figuur 3A en figuur 3B(aangepast van respectievelijk Bothwell et al.8) tonen PL en TRPL voor de single CdTe absorber en CdSeTe/CdTe bilayer absorber devices. Zowel PL- als TRPL-metingen tonen duidelijk verbeterde fotoluminescentie met de CdSeTe/CdTe bilayer absorber...

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

Developments in photovoltaic device architectures are necessary to make solar energy a cost-effective and reliable source of renewable energy amidst ...

De toevoeging van cadmium selenium telluride aan cadmium telluride absorbers is aanzienlijk voor verbeteringen voor fotovoltaïsche efficiëntie. Hogere efficiëntie en materiaalbesparing met ultradunne lagen bevorderen de ontwikkeling van fotovoltaïsche en hernieuwbare energie. De belangrijkste voordelen van geautomatiseerde in-line close-space sublimatie depositie of CSS is dat de close-space sublimatie snel is en de geautomatiseerde depositie zorgt voor reproduceerbaarheid tussen apparaten.Close-space sublimatie pakt een van de uitdagingen aan in de afzetting van filmabsorberen voor zonnecellen. De uitdaging is dat het vrij traag kan zijn om dunne films te deponeren, zodat sublimatie in de buurt ons in staat stelt om dat sneller te doen en dus meer zonnecellen in één dag te produceren. Deze depositie methode is ook zeer nuttig voor andere dunne film afzettingen in dat vele malen atmosferische blootstelling is niet wenselijk.Zoals met elk fabricagesysteem, is het aanvankelijke toezicht van een ervaren gebruiker hoogst raadzaam. Aangezien de fabricage van deze bilayer absorber fotovoltaïsche apparaten vereist vele stappen, visualisatie van het monster na elke fase is van cruciaal belang om te begrijpen welke visuele film kwaliteiten nodig zijn. Begin met het gebruik van een handluchtblazer om alle stofdeeltjes voorzichtig te verwijderen uit een schoon transparant geleidend oxide gecoate substraat gemarkeerd met permanente marker en gebruik een paar rubberen getelde pincet om het schone substraat te laden op de monsterhouder transparante geleidende oxide kant naar beneden.Als de deur van het laadslot gesloten is, pompt u de laadvergrendeling naar beneden totdat de drukmeter van het belastingslot minder dan vijf keer 10 op de negatieve twee torr wordt afgeschreven en schakelt u de pomp van het laadslot uit. Schakel de poort van het laadslot open en wacht tot de druk op niveau is voordat u de transferarm handmatig invoegt, zodat het monster boven de geblindeerde kathode zit. Stel de gewenste depositietijd in op een timer en begin met de timing terwijl de sluiter handmatig wordt geopend.Sluit onmiddellijk de sluiter als de timer afgaat en trek de transferarm volledig in voordat u de poort van het laadslot sluit en het monster lost. Gebruik voor het verkrijgen van de magnesiumzinkoxidedepositie snelheid een in methanol gedoopte katoenen applicator om de marker uit het getuigenmonster te verwijderen en de dikte te meten met een profilometer. Voor sublimatie van de absorberlagen in de nabijheids- en onderkant van de buidingslagen, stelt u de boven- en onderkants in het depositiesysteem in met een temperatuurdifferentieel voor een juiste materiaalsublimatie.Gebruik een handluchtblazer om eventuele stofdeeltjes voorzichtig te verwijderen uit het schone magnesiumzinkoxide en het transparante geleidende oxide gecoate substraat en laad het schone substraat op de monsterhouder magnesium zinkoxide kant naar beneden. Na het sluiten van de laadvergrendelingsdeur schakelt u de voorbeslagschakelingsschakelaar in om het laadslot te pompen. Tijdens het pompen, stel de afzetting recept voor de cadmium telluride getuige monster tot 110 seconden wonen tijd in de voorverwarm bron om het glas te verhogen tot ongeveer 480 graden Celsius, 110 seconden in de cadmium telluride bron voor cadmium telluride afzetting, 180 seconden in de cadmiumchloride bron voor passivisatie van de polycrystalline cadmium telluride, 240 seconden in de anneale bron om het cadmiumchloride in de absorber rijden in de absorber , en 300 seconden in de koelbron.Wanneer het laadslot onder de 40 millitorr wordt gepompt, opent u de poortklep en start u het depositierecept in de software. De transferarm gaat automatisch naar de vooraf ingestelde posities die na voltooiing terugkeren naar de thuispositie. Wanneer de depositie is voltooid, ontlucht het laadslot in de atmosfeer en open de deur van het laadslot.Wanneer het monster koel genoeg is om te hanteren, verwijder het met een pluisvrije doek. Gebruik gedeïsized water om het zichtbare cadmiumchlorideresidu van het filmoppervlak in een gegradueerde beker te spoelen en de folie te drogen met samengeperste stikstof. Gebruik vervolgens een scheermesje om een klein gebied van cadmium telluride materiaal van het substraat af te schrapen en gebruik een oppervlakteprofilometer om de cadmium telluride filmdikte te meten om de depositiesnelheid te bepalen.Wanneer de druk van het lastslot onder 40 millitorr is, voer een bakeoffrecept in de software uit. Wanneer de bakeoff is voltooid, stel het depositierecept voor het cadmium selenium telluride getuigenmonster in om de dikte vast te stellen. Stel 140 seconden in de voorverwarmbron in om het glas te verhogen tot ongeveer 540 graden Celsius, 300 seconden in de cadmium selenium telluride bron voor cadmium selenium telluride depositie, en 300 seconden in de koelbron.Wanneer de druk van het belastingslot onder 40 millitorr bereikt, voert u het depositierecept uit. Wanneer de cadmiumselenium telluride filmdepositie volledig is, moet u het gekoelde monster lossen met een pluisvrije doek en een klein stuk materiaal afkrabben om de cadmiumselenium telluride afzettingssnelheid te bepalen met een profilometer zoals eerder aangetoond. Om een 1,5 micron enkel cadmium telluride absorber te fabriceren, stel het depositierecept in op basis van de cadmium telluride depositiesnelheid en een cadmiumchloridebehandeling die eerder was geoptimaliseerd voor ultradunne absorbers.Gebruik een voorverwarmende verblijfstijd van 110 seconden, een cadmium telluride verblijfstijd van 60 seconden, een cadmiumchloride verblijfstijd van 150 seconden, en een anneale tijd van 240 seconden, en een koeltijd van 300 seconden. Wanneer de druk van het lastslot onder 40 millitorr bereikt, opent u de klep van de poort van het ladingslot en selecteert u start. Het programma zal automatisch de geselecteerde depositie recept terug te keren naar de thuispositie na voltooiing van de koelstap.Om een 0,5 micron cadmium selenium telluride en 1,0 micron cadmium telluride bilayer absorber te fabriceren, stel het depositierecept in op basis van de afzettingssnelheid van de absorber met een voorverwarmtijd van 140 seconden, een cadmiumselenium telluride verblijfstijd van 231 seconden, een cadmiumverklikkertijd van 50 seconden, een cadmiumchloridetijd van 150 seconden, een anneale tijd van 240 seconden , en een afkoelingstijd van 300 seconden. Wanneer de druk van het belastingslot onder 40 millitorr bereikt, voert u het depositierecept uit. Dan lossen het monster na voltooiing van het recept en monster koeling zoals aangetoond.Wanneer de boven- en onderbronnen de bedrijfstemperatuur hebben bereikt, laadt u het monster op de monsterhouder en beweegt u de overdrachtsarm achtereenvolgens in de voorverwarmerkoperchloride en de anneale posities overeenkomstig een timer die is ingesteld voor de depositietijd van elke positie. Het koperrecept in dit protocol is geoptimaliseerd voor 1,5 micron apparaten. Wanneer de laatste timer afgaat, breng je de transferarm handmatig terug naar de thuispositie en sluit je de poortklep voor het laadslot.Voor verdampingsdepositie van dun tellurium, laad de monsterfilmzijde naar beneden op de monsterhouder en sluit u de kamertop. Beweeg de hendel handmatig in de voorbeigingspositie. Wanneer de druk onder de 10 millitorr zakt, draait u de hendel terug naar de voorlijnpositie en wacht u ongeveer 30 seconden tot een kortstondige drukpiek moet worden opgelost voordat u de hoge vacuümklep opent.Wanneer de kamerdruklezer is gebaseerd, is de juiste depositiedruk van één keer 10 tot de negatieve vijfde torr bereikt. Schakel de aan/uit-schakelaar in, open de sluiter en zet het huidige besturingselement omhoog om te beginnen met depositie. Wanneer het quartz crystal monitor display de gewenste tellurium dikte toont, snel en tegelijkertijd zet de stroom naar nul, schakel de aan/uit schakelaar en sluit de sluiter.Voordat u het verfcontact weer aanbrengt, schudt u de contactoplossing aan de achterkant om volledige menging te garanderen. Spuit de oplossing in een langzame zijdelingse beweging over het monster om uniform nikkel terug contact op het monster aan te brengen. Nadat het contact aan de achterkant iets is laten drogen, herhaalt u de toepassing zo vaak als nodig is voor volledige dekking.Om de dunne filmstructuur in elektrisch aanslepende apparaten af te maken, plaatst u het monster dat in een metalen masker wordt geladen in een handschoenenkastje en gebruikt u een hevelslang om het medium met glaskralen op de ontmaskerde delen van het monster aan te brengen. Herhaal de toepassing met een tweede masker zodanig dat bij het voltooien van de afbakening, 25 kleine vierkante apparaten verschijnen in een vijf bij vijf patroon op het monster. Maak vervolgens de filmkant van de monsters schoon met een katoenen kip-applicator gedoopt in gedeïoniseerd water.Om de laterale weerstand in elektrische metingen van de afgewerkte apparaten te minimaliseren, soldeer een rasterpatroon tussen de apparaten met een indium soldeer. De toevoeging van cadmium selenium telluride aan een dunne cadmium telluride absorber verbetert de efficiëntie van het apparaat door superieure absorber materiaal kwaliteit aangetoond door hogere fotoluminescentie en langere tijd opgelost fotoluminescentie verval levensduur. Grotere efficiëntie wordt ook bereikt met een hogere kortsluiting stroomdichtheid.De neerwaartse verschuiving in de lichtstroomdichtheidsspanningscurve langs de huidige dichtheidsas komt overeen met een toename van de kortstroomdichtheid voor het best presterende bilayerabsorberapparaat in vergelijking met het best presterende enkel cadmium tellurideabsordeerapparaat. Kwantumefficiëntiemetingen van de cadmiumteluride en cadmiumselenium telluride/cadmium telluride-apparaten tonen de extra fotonconversie in het lange golflengtebereik van het bilayer-apparaat en bevestigen de toename van de kortstroomdichtheid voor dat apparaat. Het belang van het optimaliseren van de cadmium selenium telluride aan cadmium telluride dikte ratio wordt aangetoond door een vergelijking van de huidige dichtheid spanning resultaten.Gegevens voor een verhouding van 0,5 tot 1,0 micron en een verhouding van 1,25 tot 0,25 micron tonen een significante knik in het laatstgenoemde niet-optimale apparaat en een daaruit voortvloeiende afname van fotovoltaïsche efficiëntie. Het belangrijkste om te onthouden is dat de dikteverhouding tussen de cadmium selenium telluride en de cadmium telluride noodzakelijk is voor respectabele prestaties van het apparaat en moet worden geoptimaliseerd voor elke bilayer absorber dikte. Na deze procedure kan een extra materiaallaag na de bilayer worden afgezet om als elektronenreflector op te treden.De invoering van deze laag kan het spanningstekort in cadmium-apparaten minimaliseren. De integratie van een cadmium selenium telluride legering in de bilayer zonnecellen is nuttig geweest, niet alleen voor de zonnecellen, maar voor de ontwikkeling van de eigenschappen van die legering in andere fotovoltaïsche toepassingen. Cadmiumverbindingen kunnen gevaarlijk zijn.Wanneer we dergelijke verbindingen gebruiken en wanneer we het residu uit de films spoelen, is het belangrijk om handschoenen, een labjas te dragen en vervolgens de juiste procedures te gebruiken om het gevaarlijke afval te verwijderen.

close-space-sublimation-deposited-ultra-thin-cdsetecdte-solar-cells

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

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

Een algemene strategie voor de ontwikkeling van lading-scheiden van halfgeleider nanokristallen composieten inzetbaar voor zonne-energie productie wordt gepresenteerd. We zien dat de assemblage van donor-acceptor nanokristallen domeinen in een nanodeeltje geometrie ontstaat een fotokatalytische functie, terwijl bulk heterojuncties van donor-acceptor nanokristallen films kunnen worden gebruikt voor fotovoltaïsche omzetting.

Oogsten Zonne-energie door middel van Charge-scheiden Nanokristallen en hun Solids

Een geïntegreerd apparaat, voorzien van een kleurstof zonnecel en triplet-triplet annihilatie up-conversie-eenheid werd geproduceerd, bieden verbeterde licht oogsten, uit een breder deel van het zonnespectrum. Onder bescheiden bestraling niveaus een aanzienlijk verbeterde respons op lage energie fotonen werd aangetoond, wat een recordcijfer van verdienste voor-kleurstof zonnecellen.

De integratie van een Drietal-triplet Annihilation Up-conversie systeem om Dye-zonnecel Response to Sub-bandgap Light Enhance

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

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

Dit artikel onderzoekt de geschiktheid van inkjetprinten voor de productie van kleurling gevoelige zonnepanelen. Een bindmiddelvrije TiO2 nanodeeltjesinkt werd geformuleerd en op een FTO-glassubstraat geprint. De gedrukte laag werd vervaardigd tot een cel met een actieve oppervlakte van 0,25 cm2 en een efficiëntie van 3,5%.

Digital Printing titaandioxide voor kleurstof zonnecellen

Dit protocol beschrijft de synthese en afzetting van oplossing anorganische nanokristallen laag voor laag op dunne film elektronica op niet-geleidende oppervlakken te produceren. Solvent-gestabiliseerde inkten kunnen volledige fotovoltaïsche apparaten op glassubstraten via spin en neveldeklaag volgende post-depositie ligand uitwisseling en sinteren produceren.

Fabricage van Fully Solution Verwerkte Anorganische Nanocrystal Fotovoltaïsche apparaten

Twee ' gecombineerde Stress met in situ meting ' testopstellingen, waardoor real-time bewaking van versnelde afbraak van zonnecellen en modules, zijn ontworpen en gebouwd. Deze opstellingen toestaan het gelijktijdige gebruik van vochtigheid, temperatuur, elektrische vooroordelen en verlichting zo onafhankelijk gecontroleerde stressfactoren. De opstellingen en verschillende experimenten uitgevoerd worden gepresenteerd.

In Situ Toezicht op de afbraak van de versnelde prestaties van zonnecellen en Modules: een Case-Study voor Cu (In, Ga) Se2 zonnecellen

Een protocol wordt gepresenteerd voor het fabriceren van hoogwaardige, zuiver blauw ZnCdS/ZnS gebaseerde quantum dots lichtdioden door gebruik te maken van een autoxidized aluminium kathode.

Verbeterde Electron injectie en Exciton opsluiting voor zuivere blauwe Quantum-Dot-lichtdioden door de invoering van gedeeltelijk geoxideerd aluminium Cathode

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

CdSe-SnSe nanocomposieten worden geproduceerd door oppervlakte-engineered SnSe-deeltjes te consolideren. Een eenvoudige waterige synthese wordt gebruikt om SnSe-deeltjes te produceren. Het coaten van SnSe-deeltjes met CdSe moleculaire complexen maakt het mogelijk om de korrelgrootte te beheersen en het aantal defecten in het nanocomposiet te vergroten, waardoor de thermische geleidbaarheid wordt verlaagd.

In oplossing verwerkte, oppervlakte-ontworpen, polykristallijne CdSe-SnSe met lage thermische geleidbaarheid

Leer close-space sublimatie-depositie voor CdSeTe/CdTe zonnecellen met geautomatiseerde in-line vacuümsystemen. Deze schaalbare methode verhoogt fotovoltaïsche efficiëntie en productiesnelheid aanzienlijk.

Close-Space Sublimatie-Gedeponeerd Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Zonnecellen voor verbeterde kortsluiting stroomdichtheid en fotoluminescentie (Video) | JoVE Journal

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

Meer video's verkennen