Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne z krzemu polikrystalicznego z plazmonicznym pułapkowaniem światła

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest pokazanie, w jaki sposób rozpraszanie światła przez plazmoniczne nanocząstki zwiększa zatrzymywanie światła w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych i poprawia ich wydajność. Osiąga się to poprzez umieszczenie prekursorowej warstwy srebra na tylnej cienkowarstwowej powierzchni ogniwa słonecznego, a następnie uklęknięcie jej w celu wytworzenia losowego układu nanocząstek srebra rozpraszającego światło. W drugim etapie ogniwo słoneczne z układem nanocząstek jest pokryte warstwą dielektryczną z fluorku magnezu, a następnie białą farbą, aby dodać rozproszony tylny reflektor, który przechwytuje światło przekazywane przez układ nanocząstek Aby jeszcze bardziej zwiększyć fotoprąd ogniwa, światło, które dostaje się do ogniwa słonecznego i które nie jest pochłaniane w pierwszym przejściu, zostaje rozproszony z powrotem do komórek zarówno przez układ nanocząstek, jak i przez tylny odbłyśnik dyfuzyjny pod kątem, co zwiększa grubość ogniwa optycznego, a tym samym poprawia absorpcję światła Uzyskuje się wyniki, które pokazują, że prąd zwarciowy ogniwa słonecznego wzrasta o 45% w obecności plazmonicznego reflektora rozpraszającego światło.

Główną zaletą tej techniki konwencjonalnego podejścia do pułapkowania światła opartego na teksturowaniu jest to, że można ją zastosować do urządzeń planistycznych i w pełni prefabrykowanych, unikając w ten sposób niemożliwych do uniknięcia komplikacji spowodowanych wadami tekstury lub niekompatybilnością z procesami produkcji urządzeń. Chociaż metoda ta jest stosowana do komórek zespołu krzemu krystalicznego, można ją również zastosować do innych typów komórek słonecznych i urządzeń optoelektronicznych w celu poprawy ich wydajności, takich jak komórki miłosne, krzemowe i mikrom, organiczne komórki słoneczne, a nawet diody elektroluminescencyjne. Rozpocznij ten protokół od produkcji ogniw słonecznych z krzemu polikrystalicznego, zgodnie z opisem w pisemnym protokole dołączonym do tego filmu.

To zbliżenie na powstałą komórkę z dwutygodniowego procesu produkcyjnego pokazuje powierzchnię krzemu komórkowego między wzorem metalizacji, w którym powstaną nanocząstki krzemu. Przedmuchaj metalizowaną powierzchnię komórki suchym azotem w celu usunięcia kurzu i załaduj próbkę do parownika termicznego zawierającego wolframową łódź wypełnioną 0,3 do 0,5 grama granulek srebra. Przepompuj komorę parownika do ciśnienia podstawowego dwa do trzech na 10 do minus pięć tor Następny program.

Monitor kwarcowy w skrócie QCM z parametrami dla srebra. Upewnij się, że przesłona próbki jest zamknięta i włącz wolframową grzałkę łodzi. Zwiększaj prąd na tyle wolno, aby uniknąć wzrostu ciśnienia powyżej ośmiu o 10 do minus pięciu torów, aż granulki srebra stopią się, jak obserwuje się przez rzutnię Po ustabilizowaniu się ciśnienia ustaw prąd na nastawę, która odpowiada szybkości osadzania srebra od 0,1 do 0,2 angstrema na sekundę.

Otwórz migawkę, aby rozpocząć proces osadzania. Krytycznym aspektem w produkcji odbłyśnika mono plus jest precyzyjna kontrola grubości warstwy srebra i stanu kolana. Aby utworzyć najbardziej wydajne matryce nanocząstek.

Monitoruj rosnącą grubość warstwy srebra za pomocą QCM i zamknij migawkę, gdy zostanie osiągnięta grubość 14 nanometrów, pozwól wolframowej łódce ostygnąć przez około 15 minut, a następnie rozładuj próbkę, komórkę ze świeżo osadzoną srebrną folią umieszcza się w piecu przedmuchiwanym azotem nagrzanym do 230 stopni Celsjusza i klęczącym przez 50 minut. Po uklęknięciu widoczna jest zmiana wyglądu powierzchni spowodowana obecnością nanocząstek. Tylny reflektor składa się z okładziny dielektrycznej z fluorku magnezu o grubości około 300 nanometrów pokrytej warstwą komercyjnej białej farby sufitowej.

Przed wykonaniem tylnego reflektora należy zabezpieczyć styki ogniw, nakładając na nie tusz markerowy. Pozwala to na odsłonięcie styków spod dielektryka w procesie liftoffu. Użyj pistoletu do azotu, aby przedmuchać matrycę nanocząstek i pomalowanych styków, aby usunąć kurz.

Stosuj umiarkowane ciśnienie azotu, aby uniknąć usuwania przyklejonych co tydzień nanocząstek. Umieścić próbkę w parowniku termicznym zawierającym wolframową łódź wypełnioną magnezem. Kawałki fluoru.

Przepompuj parownik do ciśnienia dwa do trzech na 10 do zestawu minus pięć torów. Parametry QCM dla fluorku magnezu, upewnij się, że migawka próbki jest zamknięta i włącz łódź. Grzejnik powoli zwiększaj prąd, aby uniknąć nadmiernego ciśnienia, aż fluorek magnezu stopi się, jak widać przez rzutnię.

Po ustabilizowaniu się ciśnienia ustaw prąd na nastawę odpowiadającą szybkości osadzania fluorku magnezu wynoszącej 0,3 nanometra na sekundę i otwórz przesłonę próbki. Monitorować osadzoną grubość za pomocą QCM i zamknąć migawkę po osiągnięciu 300 nanometrów, wyłączyć grzałkę po schłodzeniu wolframowej łodzi przez około 15 minut, rozładować próbkę. Zwróć uwagę na zmianę w wyglądzie komórki z powłoką z fluorku magnezu.

Aby usunąć maskę atramentową ze styków ogniwa, zanurz ogniwo z powłoką dielektryczną w acetonie. Poczekaj, aż dielektryk nad atramentem zacznie pękać i odlatywać. Utrzymuj ogniwo w acetonie, aż cały atrament z dielektrykiem zostanie usunięty, a metalowe styki zostaną całkowicie odsłonięte.

Usunąć próbkę z acetonu. Spróbuj z pistoletem do azotu. Nałóż warstwę białej farby za pomocą cienkiego miękkiego pędzla na całą powierzchnię komórki.

Ostrożnie unikając metalowych kontaktów, warstwa farby musi być wystarczająco gruba, aby była całkowicie nieprzezroczysta, aby nie było widać światła podczas patrzenia przez pomalowaną komórkę na jasne źródło światła, pozostaw farbę do wyschnięcia na jeden dzień. Prąd zwarciowy ogniwa słonecznego jest obliczany przez całkowanie zewnętrznej wydajności kwantowej lub krzywej EQE w standardowym globalnym widmie słonecznym. Zarówno prąd ogniwa, jak i jego wzmocnienie w wyniku pułapkowania światła zależą od grubości warstwy absorbera ogniwa.

Sam prąd jest wyższy dla grubszych ogniw, ale wzmocnienie prądu jest wyższe dla cieńszych urządzeń. Oryginalne ogniwa o grubości dwóch mikronów bez pułapki światła mają gęstość prądu zwarciowego mierzoną na około 15 miliamperów na centymetr kwadratowy z dyfuzyjnym reflektorem tylnym. Prąd może wynosić około 20 miliamperów na centymetr kwadratowy lub od 25 do 31% więcej po wytworzeniu układu nanocząstek na tylnej powierzchni ogniwa.

Gęstość prądu zwarciowego wzrasta do około 20 miliamperów na centymetr kwadratowy, co stanowi wzrost o 32%, nieco lepszy niż efekt wzmocnienia dyfuzyjnego odbłyśnika tylnego. Dopiero po dodaniu tylnego odbłyśnika dyfuzyjnego na okładzinie z fluorku magnezu do ogniwa z plazmonicznym układem nanocząstek, gęstość prądu zwarciowego wzrasta dalej do 22,3 miliamperów na centymetr kwadratowy lub około 45% wzrostu. Należy pamiętać, że w przypadku ogniwa o grubości trzech mikronów wszystkie prądy są wyższe do 25,7 miliamperów na centymetr kwadratowy, podczas gdy względne wzmocnienie jest nieco niższe i wynosi 42%Pułapkowanie światła ma stosunkowo większy wpływ w cieńszych urządzeniach Po opanowaniu.

Ta procedura może być wykonana w ciągu czterech do pięciu godzin, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Z wyjątkiem tego, dołącz farbę odblaskową, która zajmie około 12 godzin i temperaturę pokojową. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś mieć dobre pojęcie o tym, jak działa pułapkowanie gliny plazmonicznej w przypadku ogniw słonecznych.

Co więcej, powinieneś dobrze rozumieć, jak wytworzyć plazmoniczny reflektor rozpraszający na ogniwach słonecznych, aby poprawić zatrzymywanie światła w prądzie fotokomórkowym.