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

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.