Name: Wytwarzanie rekordowo wydajnych ogniw słonecznych SnS metodą termicznego odparowywania i osadzania warstw atomowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-05-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 1 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania ogniw słonecznych SnS z użyciem osadzania warstw atomowych i termicznego odparowywania. Techniki te osiągają sprawność konwersji 4,36% i 3,88%, oferując nietoksyczną alternatywę dla fotowoltaiki.

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

Autorzy chcieliby podziękować Paulowi Ciszkowi i Keithowi Emery'emu z National Renewable Energy Laboratory (NREL) za certyfikowane pomiary J-V, Rileyowi Brandtowi (MIT) za pomiary spektroskopii fotoelektronów oraz Jeffowi Cotterowi (ASU) za inspirację do sekcji testowania hipotez. Prace te są wspierane przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych w ramach inicjatywy SunShot w ramach umowy DE-EE0005329 oraz przez Robert Bosch LLC za pośrednictwem Bosch Energy Research Network w ramach grantu 02.20.MC11. V. Steinmann, R. Jaramillo i K. Hartman dziękują za wsparcie fundacji Alexandra von Humboldta, odpowiednio nagrody DOE EERE Postdoctoral Research Award i Intel PhD Fellowship. W pracy wykorzystano Centrum Systemów Nanoskalowych na Uniwersytecie Harvarda, które jest wspierane przez National Science Foundation w ramach nagrody ECS-0335765.

1. Wybór i cięcie podłoża
<ol>
	<li>Kup polerowane wafle krzemowe z grubym tlenkiem termicznym. W przypadku opisywanych tutaj urządzeń należy używać wafli o grubości 500 μm z tlenkiem termicznym o długości fali 300 nm lub grubszym. Kryteria wyboru podłoża są omówione w sekcji Dyskusja.</li>
	<li>Odwiruj wypolerowaną stronę wafla typowym dodatnim fotorezystem (SPR 700 lub PMMA A. 495) i miękkim pieczeniem (30 sekund w temperaturze 100 °C). 
	Uwaga: Jest to warstwa ochronna zapobiegająca uszkodzeniom lub zanieczyszczeniu podczas kolejnego etapu cięcia.</li>
	<li>Użyj piły matrycowej, aby pociąć wafel na kwadratowe podłoża 1" × 1" (25,4 x 25,4 mm2).</li>
</ol>
2. Czyszczenie podłoża
<ol>
	<li>Usunąć cząstki stałe i inne pozostałości powstałe w wyniku etapu cięcia za pomocą pistoletu do sprężonego azotu, a następnie kąpiel ultradźwiękową w wodzie dejonizowanej (DI) przez 5 minut w temperaturze 45 – 60 °C.</li>
	<li>Usunąć warstwę fotorezystu za pomocą kąpieli ultradźwiękowej w acetonie przez 5 minut w temperaturze 45 – 60 °C.</li>
	<li>Odsłonięte podłoże należy oczyścić 3 kolejnymi kąpielami ultradźwiękowymi, wszystkie przez 5 minut w temperaturze 45 – 60 °C: acetonem, etanolem i alkoholem izopropylowym. Na koniec wysusz za pomocą pistoletu do sprężonego azotu, podczas gdy podłoża pozostaną w nośniku kwarcowym.</li>
</ol>
3. Rozpryskiwanie Mo
<ol>
	<li>Załaduj czyste podłoża Si / SiO2 do systemu napylania wysokopróżniowego. Upewnij się, że płyta podłoża jest nieogrzewana i że obrót podłoża jest włączony. W przypadku opisywanych tutaj urządzeń proces w systemie komercyjnym z pochylonymi działami magnetronowymi z 2-calowymi tarczami i odległością rzutu około 4".</li>
	<li>Pierwszą warstwę (warstwę adhezyjną) należy nałożyć na stosunkowo wysokie ciśnienie tła, takie jak 10 mTorr Ar. W przypadku opisywanych tutaj urządzeń, proces ten odbywa się z mocą rozpylania 180 W (DC), co daje szybkość wzrostu 2,6 A/s, oraz pierwszą warstwę Mo o grubości 360 nm.</li>
	<li>Drugą warstwę (warstwę przewodzącą) należy osadzić przy stosunkowo niskim ciśnieniu tła, takim jak 2 mTorr Ar. Użyj takiej samej mocy rozpylania jak pierwsza warstwa (180 W) i nałóż tę samą grubość. 
	Uwaga: Opisywane tutaj urządzenia miały drugą warstwę Mo o grubości 360 nm, taką samą jak pierwsza warstwa.</li>
	<li>Po osadzeniu Mo należy przechowywać podłoża w próżni do momentu etapu osadzania SnS.</li>
</ol>
4. Osadzanie SnS
Uwaga: Technika osadzania ALD jest opisana w podsekcji 4.1, a depozycja TE jest opisana w podsekcji 4.2. System osadzania ALD pokazano na rysunku 2, a system osadzania TE pokazano na rysunku 3.
<ol>
	<li>Depozyt SnS od ALD
	<ol>
		<li>Przed załadowaniem do reaktora umieść substraty Mo w urządzeniu do czyszczenia ozonem UV na 5 minut, aby usunąć cząstki organiczne. Następnie umieść podłoża na uchwycie podłoża i włóż do strefy osadzania.</li>
		<li>Ustabilizować temperaturę pieca na poziomie 200 °C przed rozpoczęciem osadzania.</li>
		<li>Hoduj cienkie warstwy SnS z reakcji bis(N,N'-diizopropyloacetamidynamat)-cyny(II) [Sn(MeC(N-iPr)2)2, określanej tutaj jako Sn(amd)2] i siarkowodoru (H2S)4.
		<ol>
			<li>Przechowywać prekursor Sn(amd)2 w stałej temperaturze 95 °C. Użyć czystego gazuN2 w celu wspomagania dostarczania pary Sn(amd)2 z pojemnika w piecu do strefy osadzania. Podczas każdego cyklu ALD należy podać trzy dawki prekursora Sn(amd)2 przy całkowitej ekspozycji 1,1 Torr sekundy.</li>
			<li>Jako źródło siarki należy użyć mieszaniny gazów 4%H2Sw N2. Upewnij się, że narażenie na opary siarkowodoru wynosi 1,5 Tora sekundy na dawkę. Upewnij się, że ciśnienie parcjalne H2S i całkowite ciśnienie H2S w N2 wynoszą odpowiednio 0,76 Torr i 19 Torr.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Ustaw czas pompowania między dawką prekursora Sn a dawkąH2Sna zaledwie 1 sekundę (krótki w porównaniu z większością innych konwencjonalnych procedur ALD), aby przyspieszyć osadzanie. 
		Uwaga: Ponieważ prekursor Sn nie jest całkowicie usuwany przez ten krótki czas pompowania, pewna ilość pozostałości prekursora Sn pozostaje po nadejściuH2S. W związku z tym proces ten można opisać jako pulsacyjny proces CVD. Szybkość wzrostu folii SnS wynosi 0,33 A/cykl lub 0,04 A/sek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Depozyt SnS przez TE
	<ol>
		<li>Upewnij się, że ciśnienie w komorze procesowej wynosi 2 x 10-7 Torr lub mniej. Załaduj podłoża do komory przez blokadę załadunku. Przymocuj podłoża do płyty za pomocą pojedynczego klipsa lub niestandardowego uchwytu podłoża z kieszeniami o odpowiednim rozmiarze, który jest przykręcony do płyty podłoża.</li>
		<li>Zwiększ nagrzewnice źródła i podłoża do ich wartości zadanych. Dla podanego tutaj urządzenia temperatura podłoża wynosi 240 °C, a szybkość wzrostu wynosi 1 TΥ/s; Aby osiągnąć tę szybkość wzrostu, należy ustawić temperaturę źródła w zakresie 550 – 610 °C (wymagana temperatura źródła wzrasta z czasem dla pojedynczego ładunku proszku źródłowego). Docelowa grubość warstwy wynosi 1 000 nm.</li>
		<li>Zmierz szybkość stapiania za pomocą monitora kwarcowego (QCM) przed i po osadzaniu folii SnS, przesuwając ramię QCM do komory procesowej. W tym pomiarze substrat jest podnoszony, aby QCM mógł zostać przesunięty do pozycji wzrostu substratu. 
		Uwaga: Szybkość stapiania pozostaje dość stała przez cały czas osadzania wynoszący 3 godziny (odchylenie ±0,05 A/s).</li>
		<li>Po osadzeniu przenieś próbki z powrotem do zamka ładunku przed odpowietrzeniem. Przed kolejnym etapem przetwarzania należy szybko przetransportować próbki drogą powietrzną do magazynu, w próżni lub w atmosferze obojętnej. 
		Uwaga: Typowy czas niezamierzonej ekspozycji na powietrze wynosi około 3 minut. Typowy czas przechowywania wynosi od jednego dnia do tygodnia.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Wyżarzanie SnS
Uwaga: Ten krok jest wykonywany nieco inaczej dla ogniw słonecznych ALD i TE. Procedura wyżarzania ogniw słonecznych ALD jest opisana w podsekcji 5.1, a procedura dla ogniw słonecznych TE jest opisana w podsekcji 5.2. Cel wyżarzania jest omówiony w sekcji Dyskusja.
<ol>
	<li>Wyżarzanie folii SnS wyhodowanych przez ALD w gazieH2SS. 
	Uwaga: Ten krok jest wykonywany w tym samym systemie, który jest używany do wzrostu ALD.
	<ol>
		<li>Stosować czysty gazH2S(o czystości 99,5%) o natężeniu przepływu 40 sccm i ciśnieniu 10 Torr.</li>
		<li>Podgrzać folię SnS do temperatury 400 °C i trzymać przez 1 godzinę w środowisku gazowymH2S. Upewnij się, że gaz przepływa przez cały proces, w tym zwiększa i zmniejsza temperaturę.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wyżarzać folie SnS wyhodowane przez TE w gazieH2S. Wykonaj ten krok w dedykowanym piecu rurowym.
	<ol>
		<li>Załaduj próbki na czystą płytę kwarcową i wsuń do obszaru gorącej strefy pieca.</li>
		<li>Po uszczelnieniu pieca należy trzykrotnie przepłukać go czystymN2 i pozostawić do przepompowania do ciśnienia podstawowego.</li>
		<li>Ustalić przepływ gazu przy 100 sccm 4% H2S przy 28 Torr.</li>
		<li>Zwiększyć temperaturę do 400 °C w ciągu 10 minut. Utrzymać temperaturę 400 °C przez 1 godzinę, a następnie pozostawić próbki do samodzielnego ostygnięcia w gorącej strefie. Utrzymać stały przepływ i ciśnienie gazuH2Sdo momentu, gdy próbki ostygną poniżej 60 °C. Usunąć próbki i natychmiast przejść do następnego etapu lub umieścić je w schowku rękawicowym z gazem obojętnym.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. Pasywacja powierzchni SnS z natywnym tlenkiem
Uwaga: Ten krok jest wykonywany nieco inaczej dla ogniw słonecznych ALD i TE. W podsekcji 6.1 opisano procedurę pasywacji powierzchniowej dla ogniw słonecznych ALD, a procedurę dla ogniw słonecznych TE opisano w podsekcji 6.2. Funkcja tego kroku jest bardziej szczegółowo omówiona w sekcji Dyskusja.
<ol>
	<li>W przypadku próbek wyhodowanych przez ALD należy wyhodować cienką warstwę SnO2 przez ALD. 
	Uwaga: Używamy innego reaktora niż ten, który jest używany do wzrostu SnS.
	<ol>
		<li>Hodować SnO2 w reakcji cyklicznego amidu cyny [(1,3-bis(1,1-dimetyloetylo)-4,5-dimetylo-(4R,5R)-1,3,2-diazastannolidyno-2-ylideno)Sn(II)] i nadtlenku wodoru (H2O2). Przechowywać cykliczny prekursor cyny amidowej w suszarce w temperaturze 43 °C, aH2O2w bełkotce w temperaturze pokojowej.</li>
		<li>Utrzymać temperaturę podłoża na poziomie 120 °C do osadzania.</li>
		<li>Wystawić prekursor cyny iH2O2za pomocą odpowiednio 0,33 i 1,5 sekundy Torr na cykl, co daje w sumie 5 cykli. Sprawdzić, czy grubość otrzymanego SnO2 wynosi 0,6 0,7 nm, zgodnie z pomiarem za pomocą analizy rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (XPS)10.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>W przypadku próbek wyhodowanych przez TE należy utworzyć cienką warstwę SnO2 poprzez ekspozycję na powietrze.
	<ol>
		<li>Wystawić próbki na działanie laboratoryjnego powietrza otoczenia przez 24 godziny. Sprawdzić, czy grubość powstałego SnO2 wynosi około 0,5 nm, mierzona za pomocą analizy XPS. 
		Uwaga: Typowy RT wynosi 24 ± 1 °C, a typowa wilgotność to 45% ± 13% (wyższa latem); Dla zgłoszonych tutaj urządzeń wartości wynosiły odpowiednio 24,6 °C i < 30%.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
7. Osadzanie warstwy buforowej Zn(O,S) / ZnO
Uwaga: Ten krok jest wykonywany w tej samej komorze ALD, która jest używana do wzrostu SnS przez ALD.
<ol>
	<li>Wyhoduj warstwę Zn(O,S):N za pomocą ALD.
	<ol>
		<li>Utrzymać temperaturę podłoża na poziomie 120 °C.</li>
		<li>Wzrost Zn(O,S):N przez ALD z reakcji dietylocynku (Zn(C2H5)2, DEZ), wody dejonizowanej (H2O), 4% H2S w N2 i amoniaku (NH3)11. Przechowywać bełkotkę zawierającą DEZ w temperaturze pokojowej. Użyć sekwencji cykli [DEZ-H2O-DEZ-NH3]14-[DEZ-H2S]1 i powtórzyć ten super cykl 12 razy. Upewnij się, że narażenie na amoniak wynosi 11 Torr sekundy.</li>
		<li>Sprawdź, czy stosunek S/Zn w otrzymanym filmie wynosi 0,14, jak zmierzono za pomocą spektroskopii rozpraszania wstecznegoRutherforda 12, i czy grubość filmu wynosi około 36 nm.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wyhoduj warstwę ZnO za pomocą ALD.
	<ol>
		<li>Utrzymać temperaturę podłoża na poziomie 120 °C.</li>
		<li>Uprawa ZnO w 50 cyklach ALD DEZ-H2O. 
		Uwaga: Grubość powstałej warstwy ZnO wynosi około 18 nm.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
8. Osadzanie przezroczystego tlenku przewodzącego (TCO), tlenku indu i cyny (ITO)
<ol>
	<li>Wytnij maski cieni ITO z arkusza aluminium 6061 o grubości 0,024 cala (610 μm) za pomocą laboratoryjnej wycinarki laserowej. 
	Uwaga: Maski definiują 11 prostokątnych urządzeń o rozmiarze 0,25cm2 oraz większą podkładkę w jednym rogu, która służy do pomiarów odbicia optycznego, patrz rysunek 4.</li>
	<li>Zamontuj urządzenia i maski w wyrównywaczu masek. 
	Uwaga: Jest to aluminiowa płyta z zagnieżdżonymi kieszeniami na podłoże oraz maski i klipsy do mocowania masek na miejscu.</li>
	<li>Depozyt ITO przez reaktywne rozpylanie magnetronowe.
	<ol>
		<li>Podgrzać podłoże do temperatury około 80 – 90 °C i umożliwić rotację substratu.</li>
		<li>Użyj tarczy ITO o średnicy 2 cali (In2O3/SnO2 90/10 wt., czystość 99.99%) przy mocy rozpylania RF 65 W przy przepływie gazu 40 / 0.1 sccm Ar / O2 przy całkowitym ciśnieniu 4 mTorr.</li>
		<li>Wyhoduj folię ITO o grubości 240 nm. 
		Uwaga: Przy tych parametrach osiąga się tempo wzrostu 0,5 A/s i rezystancję blachy w zakresie 40 – 60 Ω/sq.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
9. Metalizacja
<ol>
	<li>Wytnij maski cieni metalizacyjnych z austenitycznej blachy ze stali nierdzewnej o grubości 127 μm. 
	Uwaga: Te maski są cięte z tolerancją +10/-5 μm przez firmę handlową. Metalowy wzór składa się z 2 palców oddalonych od siebie o 1,5 mm, każdy o długości 7 mm, oraz podkładki kontaktowej 1 x 1 mm2, patrz rysunek 4.</li>
	<li>Zamontuj urządzenia i maski w wyrównywaczu maski, jak w kroku 8.2.</li>
	<li>Osadzanie Ag (dla urządzeń TE) lub Ni/Al (dla urządzeń ALD) przez odparowanie wiązką elektronów.
	<ol>
		<li>Zamontuj wyrównywacz maski na płycie podłoża systemu odparowywania metali wiązką elektronów. Pompować do ciśnienia podstawowego poniżej 1 x 10-6 Torr.</li>
		<li>Odparowywanie metalu z szybkością 2 Μ/sek. Osadzanie o całkowitej grubości metalu 500 nm.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
10. Charakterystyka urządzenia
<ol>
	<li>Wykonuj pomiary prądu i napięcia ("J-V") na wszystkich urządzeniach w ciemności i w symulowanym świetle słonecznym AM1.5.
	<ol>
		<li>Skalibruj symulator słoneczny, zbierając dane J-V ze skalibrowanego krzemowego ogniwa słonecznego i dostosowując moc i wysokość lampy symulatora słonecznego, aż do osiągnięcia skalibrowanej wartości prądu dla nasłonecznienia AM1.5.</li>
		<li>Skontaktuj się z urządzeniami w trybie czteroprzewodowym za pomocą miedzianych końcówek podwójnej sondy berylowej, aby zetknąć się zarówno z górną (anoda, Ag lub Al), jak i dolną (katoda, Mo). Skontaktuj się z dolną warstwą, zdrapując warstwy bufora i SnS ostrzem skalpela.</li>
		<li>Mierz jasne i ciemne dane J-V za pomocą miernika źródła, pobierając napięcie i mierząc prąd. 
		Uwaga: Urządzenia są zwykle mierzone w zakresie ±0.5 V. Urządzenia nie reagują na kierunek ani szybkość przemiatania napięcia. Do rutynowych testów nie jest używana apertura światła definiująca obszar, więcej informacji można znaleźć w sekcji Dyskusja.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonuj zewnętrzne pomiary wydajności kwantowej (EQE) na wszystkich urządzeniach, ze zmiennym odchyleniem światła i napięcia.
	<ol>
		<li>Skalibruj system EQE, mierząc odpowiedź fotodiody kalibracyjnej Si. 
		Uwaga: Oprogramowanie porównuje te dane z pomiarami wykonanymi za pomocą standardu opartego na NIST, aby odpowiednio dostosować poziom światła.</li>
		<li>Skontaktuj się z urządzeniami metodą czteroprzewodową, jak w kroku 10.1.2.</li>
		<li>Zmierz EQE za pomocą komercyjnego systemu, który oświetla próbkę monochromatycznym światłem rozdrobnionym na 100 Hz w zakresie długości fal 270, 1,100 nm i mierzy wynikowy prąd. Wykonaj ten pomiar zgodnie ze standardową procedurą operacyjną producenta.</li>
		<li>Powtórz pomiar EQE ze zmiennym napięciem i polaryzacją światła białego. Użyj miernika źródła, aby zapewnić polaryzację napięcia i lampę halogenową, aby zapewnić polaryzację światła. Mierz urządzenia zarówno w kierunku przewodzenia, jak i wstecznego napięcia oraz przy zmiennym natężeniu światła białego do ~1 Słońca.</li>
		<li>Zmierzyć współczynnik odbicia optycznego (%R) górnej powierzchni ITO za pomocą spektrofotometru z kulą całkującą w celu przekształcenia zewnętrznej na wewnętrzną wydajność kwantową (IQE). Wykonaj ten pomiar zgodnie ze standardową procedurą operacyjną producenta.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Woodhouse, M., Goodrich, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perspectives+on+the+pathways+for+cadmium+telluride+photovoltaic+module+manufacturers+to+address+expected+increases+in+the+price+for+tellurium%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+and+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Perspectives on the pathways for cadmium telluride photovoltaic module manufacturers to address expected increases in the price for tellurium.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 115, 199-212 (2013).</li>
<li>Bloomberg New Energy Finance University 2013 - renewable energy, CCS, EST. , Available from:
 
 <a target="_blank" href="http://about.bnef.com/presentations/bnef-university-renewable-energy-ccs-est/">http://about.bnef.com/presentations/bnef-university-renewable-energy-ccs-est/</a> (2013).</li>
<li>Ramakrishna Reddy, K. T., Koteswara Reddy, N., Miles, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photovoltaic+properties+of+SnS+based+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+and+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Photovoltaic properties of SnS based solar cells.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 90 (18-19), 3041-3046 (2006).</li>
<li>Sinsermsuksakul, P., Heo, J., Noh, W., Hock, A. S., Gordon, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+Layer+Deposition+of+Tin+Monosulfide+Thin+Films%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Energy+Materials%22%5BJournal%5D)">Atomic Layer Deposition of Tin Monosulfide Thin Films.</a> Advanced Energy Materials. 1 (6), 1116-1125 (2011).</li>
<li>Noguchi, H., Setiyadi, A., Tanamura, H., Nagatomo, T., Omoto, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+vacuum-evaporated+tin+sulfide+film+for+solar+cell+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+and+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Characterization of vacuum-evaporated tin sulfide film for solar cell materials.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 35, 325-331 (1994).</li>
<li>Hartman, K., Johnson, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SnS+thin-films+by+RF+sputtering+at+room+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">SnS thin-films by RF sputtering at room temperature.</a> Thin Solid Films. 519 (21), 7421-7424 (2011).</li>
<li>Tanusevski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+and+photoelectric+properties+of+SnS+thin+films+prepared+by+chemical+bath+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Semiconductor+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Optical and photoelectric properties of SnS thin films prepared by chemical bath deposition.</a> Semiconductor Science and Technology. 18 (6), 501(2003).</li>
<li>Sharma, R. C., Chang, Y. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+S%E2%88%92Sn+%28Sulfur-Tin%29+system%5BTitle%5D)+AND+%22Bulletin+of+Alloy+Phase+Diagrams%22%5BJournal%5D)">The S−Sn (Sulfur-Tin) system.</a> Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 7 (3), 269-273 (1986).</li>
<li>Steinmann, V., Jaramillo, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3.88%25+Efficient+Tin+Sulfide+Solar+Cells+using+Congruent+Thermal+Evaporation%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">3.88% Efficient Tin Sulfide Solar Cells using Congruent Thermal Evaporation.</a> Advanced Materials. 26 (44), 7488-7492 (2014).</li>
<li>Sinsermsuksakul, P., Sun, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overcoming+Efficiency+Limitations+of+SnS-Based+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Energy+Materials%22%5BJournal%5D)">Overcoming Efficiency Limitations of SnS-Based Solar Cells.</a> Advanced Energy Materials. 4 (15), 1400496(2014).</li>
<li>Hejin Park, H., Heasley, R., Gordon, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+layer+deposition+of+Zn%28O%2CS%29+thin+films+with+tunable+electrical+properties+by+oxygen+annealing%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Atomic layer deposition of Zn(O,S) thin films with tunable electrical properties by oxygen annealing.</a> Applied Physics Letters. 102 (13), 132110(2013).</li>
<li>Palmetshofer, L. Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS). Surface and Thin Film Analysis. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9783527636921.ch11/summary">http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9783527636921.ch11/summary</a> 191-202 (2011).</li>
<li>Scofield, J. H., Duda, A., Albin, D., Ballard, B. L., Predecki, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sputtered+molybdenum+bilayer+back+contact+for+copper+indium+diselenide-based+polycrystalline+thin-film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Sputtered molybdenum bilayer back contact for copper indium diselenide-based polycrystalline thin-film solar cells.</a> Thin Solid Films. 260 (1), 26-31 (1995).</li>
<li>Malone, B. D., Gali, A., Kaxiras, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((First+principles+study+of+point+defects+in+SnS%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">First principles study of point defects in SnS.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 26176-26183 (2014).</li>
<li>Vaux, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Research+methods%3A+Know+when+your+numbers+are+significant%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Research methods: Know when your numbers are significant.</a> Nature. 492 (7428), 180-181 (2012).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Czyszczenie wybranego podłoża
W jako podłoża wykorzystuje się utlenione wafle Si. Podłoża stanowią wsparcie mechaniczne dla powstałych ogniw słonecznych, a ich właściwości elektryczne nie są istotne. Wafle Si są preferowane względem szkła, ponieważ komercyjnie dostępne wafle Si są zazwyczaj czystsze niż komercyjnie dostępne wafle szklane, co skraca czas czyszczenia podłoży. Podłoża Si charakteryzują się również wyższą przewodnością cieplną niż szkło, co prowadzi do bardziej ró...

Fotowoltaika cienkowarstwowa (PV) nadal cieszy się zainteresowaniem i znaczącą działalnością badawczą. Jednak ekonomia rynku fotowoltaiki szybko się zmienia, a rozwój cienkowarstwowych paneli fotowoltaicznych, które odniosły sukces komercyjny, stał się coraz bardziej wymagającą perspektywą. Przewaga kosztów produkcji nad technologiami opartymi na płytkach krzemowych nie może być już oczywista, a poprawa zarówno wydajności, jak i kosztów musi być poszukiwana na równych zasadach. 1,2 W świetle tej rzeczywistości zdecydowaliśmy się opracować SnS jako materiał absorbujący dla cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych. SnS ma same w sobie praktyczne zalety, które mogą przełożyć się na niskie koszty produkcji. Jeśli uda się wykazać wysoką sprawność, można go rozważyć jako bezpośredni zamiennik CdTe w komercyjnych cienkowarstwowych instalacjach fotowoltaicznych. W tym miejscu zademonstrowano procedurę produkcji niedawno zgłoszonych rekordowych ogniw słonecznych SnS. Skupiamy się na aspektach praktycznych, takich jak dobór podłoża, warunki osadzania, układ urządzenia i protokoły pomiarowe.
SnS składa się z nietoksycznych, dostępnych w Ziemi i niedrogich pierwiastków (cyna i siarka). SnS jest obojętnym i nierozpuszczalnym półprzewodnikowym ciałem stałym (nazwa mineralna Herzenbergite) o pośredniej przerwie energetycznej 1,1 eV, silnej absorpcji światła dla fotonów o energii powyżej 1,4 eV (α > 104 cm-1) i wewnętrznej przewodności typu p o stężeniu nośnika w zakresie 1015 – 1017 cm-3. 3–7 Co ważne, SnS odparowuje przystale i jest stabilny fazowo do 600 °C.8,9 Oznacza to, że SnS może być osadzany przez parowanie termiczne (TE) i jego szybkiego kuzyna, sublimację w przestrzeni zamkniętej (CSS), jak to jest stosowane w produkcji ogniw słonecznych CdTe. Oznacza to również, że regulacja fazy SnS jest znacznie prostsza niż w przypadku większości cienkowarstwowych materiałów fotowoltaicznych, w tym Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS) i Cu2ZnSnS4 (CZTS). W związku z tym wydajność ogniw stanowi główną barierę dla komercjalizacji SnS PV, a SnS można uznać za bezpośredni zamiennik CdTe, gdy zostanie wykazana wysoka wydajność w skali laboratoryjnej. Nie można jednak przecenić tej bariery efektywności. Szacujemy, że rekordowa efektywność musi wzrosnąć czterokrotnie, z ~4% do ~15%, aby stymulować rozwój komercyjny. Opracowanie SnS jako bezpośredniego zamiennika CdTe będzie również wymagało wyhodowania wysokiej jakości cienkich warstw SnS przez CSS oraz opracowania materiału partnerskiego typu n, na którym SnS może być hodowany bezpośrednio.
Poniżej opisana jest procedura krok po kroku do produkcji ogniw słonecznych Record SnS przy użyciu dwóch różnych technik osadzania, osadzania warstwy atomowej (ALD) i TE. ALD jest metodą powolnego wzrostu, ale do tej pory przyniosła urządzenia o najwyższej wydajności. TE jest szybszy i skalowalny przemysłowo, ale pozostaje w tyle za ALD pod względem wydajności. Oprócz różnych metod osadzania SnS, ogniwa słoneczne TE i ALD różnią się nieznacznie etapami wyżarzania, pasywacji powierzchni i metalizacji. Etapy produkcji urządzenia są wymienione na rysunku 1.
Po opisaniu procedury, prezentowane są wyniki testów dla certyfikowanych urządzeń nagrywających i powiązanych próbek. Rekordowe wyniki były już wcześniej zgłaszane. W tym miejscu nacisk kładziony jest na rozkład wyników dla typowego przebiegu przetwarzania.

<table><tbody><tr><td>Kwarcowy nośnik wafli</td><td>AM Quartz, Gainesville, TX</td><td></td> projekt <td>na zamówienie</td></tr><tr><td>System napylania</td><td>PVD Products</td><td></td><td>System napylania wysokopróżniowego z blokadą obciążenia</td></tr><tr><td>4% H2S w N2</td><td>Airgas Inc.</td><td></td><td></td>X02NI96C33A5626</tr><tr><td>99,5% H2S</td><td>Matheson Trigas</td><td>G1540250</td><td></td></tr><tr><td>SnS w proszku</td><td>Sigma Aldrich</td><td>741000-5G</td><td></td></tr><tr><td>Komórka efuzyjna</td><td>Veeco</td><td>35-LT</td><td>Niskotemperaturowa, jednowłóknowa komórka efuzyjna</td></tr><tr><td>dietylocynk (Zn(C2H5)2)</td><td>Strem Chemicals</td><td>93-3030</td><td></td></tr><tr><td>Wycinarka laserowa</td><td>Electrox</td><td>Scorpian G2</td><td>Używana do masek cieni ITO</td></tr><tr><td>Cel rozpylania ITO (In2O3/SnO2 90/10 wt.%, czystość 99,99%)</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EJTITOX402A4</td><td></td></tr><tr><td>Maski cieni do metalizacji Indywidualny</td><td>projekt</td><td>MicroConnex</td><td></td></tr><tr><td>Parownik wiązki</td><td>elektronów Denton</td><td></td><td>Parownik metali o wysokiej próżni z blokadą obciążenia</td></tr><tr><td>Symulator słoneczny AM1.5</td><td>Newport Oriel</td><td>91194</td><td>Lampa Xe 1,300 W z filtrem AM1.5G</td></tr><tr><td>Spektrofotometr</td><td>Perkin Elmer</td><td>Lambda 950 UV-Vis-NIR</td><td>150 mm Kula integrująca pokryta spektralonem</td></tr><tr><td>Skalibrowane ogniwo słoneczne Si</td><td>Pomiary</td><td></td> PV <td>BK-7</td></tr><tr><td>szyba okienna Podwójne końcówki sondy</td><td>Sonda Accuprobe</td><td></td><td></td>K1C8C1F</tr><tr><td>Souce-meter</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>System pomiaru wydajności kwantowej</td><td>Pomiary fotowoltaiki</td><td>QEX7</td><td></td></tr><tr><td>Skalibrowana fotodioda Si</td><td>Pomiary</td><td></td><td></td>fotowoltaiczne</tr><tr><td>Wysokoprzepustowa stacja testowa ogniw słonecznych</td><td>Pomiary fotowoltaiczne Indywidualny</td><td></td><td>projekt</td></tr><tr><td>Obojętny olej do pompy</td><td>DuPont</td><td>Krytox</td><td>Olej PFPE, klasa 1514; dostawca: Eastern Scientific</td></tr><tr><td>O-ringi elastomerowe odporne na H2S Odporny na o-ringi elastomerowe</td><td>DuPont</td><td>Kalrez</td><td>7075; Sprzedawca: Marco Rubber</td></tr><tr><td>O-ringi elastomerowe odporne na H2S</td> Marco <td>Rubber</td><td>Markez</td><td>compound Z1028</td></tr><tr><td>H2S odporne na o-ringi elastomerowe</td><td>Seals Eastern, Inc.</td><td>Sprzedawca Aflas</td><td>: Marco Rubber</td></tr></tbody></table>

wytwarzanie rekordowo wydajnych ogniw słonecznych sns metodą termicznego odparowywania i osadzania warstw atomowych

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Siarczek cyny (SnS) jest kandydatem na materiał absorbujący dla powszechnie występujących na Ziemi, nietoksycznych ogniw słonecznych. SnS oferuje łatwą kontrolę fazy i szybki wzrost poprzez kongruentne parowanie termiczne oraz silnie pochłania światło widzialne. Jednak przez długi czas rekordowa sprawność konwersji energii ogniw słonecznych SnS utrzymywała się poniżej 2%. Niedawno wykazaliśmy nową certyfikowaną sprawność na poziomie 4,36% przy użyciu SnS osadzanego przez osadzanie warstwy atomowej i 3,88% przy odparowywaniu termicznym. W tym miejscu opisano procedurę wytwarzania tych rekordowych ogniw słonecznych oraz przedstawiono statystyczny rozkład procesu produkcyjnego. Odchylenie standardowe wydajności mierzonej na pojedynczym podłożu wynosi zwykle ponad 0,5%. Opisano wszystkie etapy, w tym wybór i czyszczenie podłoża, rozpylanie Mo dla tylnego styku (katody), osadzanie SnS, wyżarzanie, pasywację powierzchni, wybór i osadzanie warstwy buforowej Zn(O,S), osadzanie przezroczystego przewodnika (anody) i metalizację. Na każdym podłożu wykonujemy 11 pojedynczych urządzeń, każde o powierzchni czynnej 0,25cm2. Ponadto opisano system do wysokoprzepustowych pomiarów krzywych prąd-napięcie w symulowanym świetle słonecznym oraz zewnętrznego pomiaru wydajności kwantowej ze zmiennym odchyleniem światła. Dzięki temu systemowi jesteśmy w stanie zmierzyć pełne zbiory danych na wszystkich 11 urządzeniach w sposób zautomatyzowany i w minimalnym czasie. Wyniki te ilustrują wartość badania dużych zestawów próbek, a nie skupiania się wąsko na urządzeniach o najwyższej wydajności. Duże zbiory danych pomagają nam rozróżnić i zaradzić poszczególnym mechanizmom strat wpływającym na nasze urządzenia.

Na rycinach 6-8 przedstawiono wyniki dla dwóch reprezentatywnych próbek „bazowych” wyhodowanych metodą TE, zgodnie z powyższym opisem. Dane J-V dla tych dwóch próbek przy oświetleniu naniesiono na rycinę 6. Pierwsza próbka („SnS140203F”) pozwoliła na uzyskanie urządzenia o certyfikowanej sprawności 3,88%, o czym raportowano wcześniej.9 Przedstawiono również reprezentatywne rozkłady J-V dla każdej próbki. Dla danego napięcia polaryzacji rozkłady te ob...

Siarczek cyny (SnS) jest materiałem kandydującym na nietoksyczne ogniwa słoneczne występujące w dużych ilościach na Ziemi. Tutaj demonstrujemy procedurę wytwarzania ogniw słonecznych SnS wykorzystującą osadzanie warstw atomowych, które daje 4,36% certyfikowaną sprawność konwersji energii, oraz parowanie termiczne, które daje 3,88%.

Wytwarzanie rekordowo wydajnych ogniw słonecznych SnS metodą termicznego odparowywania i osadzania warstw atomowych

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest stworzenie niezawodnej platformy do opracowywania ogniw słonecznych opartych na nowych materiałach. Jest to osiągane poprzez wstępne przygotowanie czystego, elektrycznie izolującego podłoża. Drugim krokiem jest naniesienie dwóch warstw molibdenu metodą rozpylania dla tylnego, selektywnego kontaktu elektrycznego dla dziur.Następnie nanosi się absorber z siarczku cyny typu P, wykorzystując osadzanie warstw atomowych lub odparowywanie termiczne. Ostatnim krokiem jest ukończenie złącza PN poprzez nałożenie stosu warstw typu N, składającego się z buforowej warstwy tlenkosiarczku cynku, a następnie przezroczystego tlenku przewodzącego oraz naniesionych metalowych elektrod pomocnych w zbieraniu ładunków. Ostatecznie otrzymane ogniwa słoneczne są testowane poprzez pomiar charakterystyk prądowo-napięciowych w symulowanym świetle słonecznym oraz wydajności kwantowej pod wpływem oświetlenia monochromatycznego.Chociaż metoda ta została zaprezentowana na przykładzie opracowania ogniw słonecznych na bazie siarczku cyny, może ona zostać wykorzystana również do tworzenia nieorganicznych ogniw słonecznych z cienką warstwą na podłożu opartych na innych nowych materiałach. Osadzanie siarczku cyny metodą osadzania warstw atomowych zostanie zademonstrowane przez Schwan Yang, doktoranta w grupie Gordona na Harvardzie. Steinman, postdoc w laboratorium badawczym nad fotowoltaiką w MIT, zaprezentuje osadzanie siarczku cyny metodą odparowania termicznego.Niniejszy film rozpoczyna się po przygotowaniu podłoży z wafli krzemowych. Należy użyć polerowanych wafli krzemowych o grubości 500 µm i powierzchni jednego cala kwadratowego, z warstwą tlenku termicznego o grubości 300 nm lub większej. W pierwszej kolejności należy nałożyć metodą rozpylania 360 nm warstwę adhezyjną molibdenu, a następnie nanieść drugą, 360 nm warstwę przewodzącą z maum.Przechowuj przygotowane podłoża w komorze rękawicowej wypełnionej azotem do momentu osadzania siarczku cyny, aby przygotować podłoża do osadzania warstw atomowych. Najpierw przenieś je do urządzenia do czyszczenia ozonem UV w celu usunięcia cząstek organicznych. Czyść podłoża przez pięć minut.Podczas czyszczenia należy upewnić się, że uchwyt podłoża do komory osadzania znajduje się w pobliżu. Po zakończeniu procesu należy wyjąć podłoża i umieścić je w uchwycie na próbki. Tak przygotowany uchwyt z podłożami jest gotowy do umieszczenia w komorze osadzania.Włóż uchwyt do pieca, a następnie wypompuj powietrze z pieca za pomocą pompy wstępnej. Następnie ustabilizuj temperaturę pieca na poziomie 200 °C. Kontynuuj, sprawdzając prekursory.Utrzymuj prekursor cyny w piecu w temperaturze 95°C w celu osadzania siarczku cyny. Skonfiguruj instalację gazową tak, aby czysty azot wspomagał doprowadzanie par prekursora cyny. Drugim prekursorem jest siarkowodór w mieszaninie gazowej zawierającej 4% siarkowodoru w azocie; przeprowadź osadzanie z szybkością wzrostu 0,33 Å na cykl.Podczas każdego cyklu osadzania warstw atomowych podaj trzy dawki 10 ate, aby uzyskać całkowitą ekspozycję wynoszącą 1,1 tor sekundy. Następnie przedmuchaj komorę azotem. W kolejnym kroku wprowadź siarkowodór w gazie azotowym z ekspozycją wynoszącą 1,5 tor sekundy.Na koniec ponownie przedmuchać azotem. Alternatywną metodą osadzania jest odparowanie termiczne. Należy upewnić się, że ciśnienie w komorze procesowej wynosi 2 × 10⁻⁷ tor lub mniej.Należy użyć uchwytu do próbek z kieszeniami o odpowiednim rozmiarze, aby stabilnie utrzymać podłoże. Podobnie jak poprzednio, należy zastosować wcześniej przygotowane podłoże z dwiema warstwami molibdenu. Przedstawiono to schematycznie na rysunku.Umieść w uchwycie ten podłoże oraz dodatkowe małe podłoża CYS do późniejszej charakterystyki. Wprowadź uchwyt z próbkami do parownika termicznego poprzez śluzę załadowczą. Odessaj powietrze ze śluzy, a następnie przenieś podłoża do komory wzrostu.Korzystając z ramienia transferowego, gdy znajduje się ono w odpowiedniej pozycji, zwiększ moc grzałek źródła i podłoża, aby osiągnąć szybkość wzrostu na poziomie 1 Å/s oraz temperaturę podłoża wynoszącą 240 °C. Następnie podnieś podłoża, aby zmierzyć szybkość osadzania za pomocą kwarcowego monitora kryształowego. Uruchom ramię translacyjne, aby wprowadzić kwarcowy monitor kryształowy do komory procesowej.Po umieszczeniu go na miejscu, otwórz migawkę źródła, aby rozpocząć pomiar. Szybkość wzrostu jest wyświetlana na przednim panelu kontrolera monitora kwarcowego. Po zakończeniu pomiaru zamknij migawkę i wyjmij monitor kwarcowy z komory.Następnie obniżyć podłoża do pozycji wzrostu i otworzyć migawkę źródła, aby rozpocząć nanoszenie. Dla docelowej grubości warstwy wynoszącej 1000 nanometrów proces nanoszenia potrwa około trzech godzin. Po zakończeniu nanoszenia zamknąć migawkę źródła.Powtórz pomiar szybkości wzrostu przy użyciu monitora kwarcowego. Po zakończeniu pomiaru zamknij przesłonę źródła, wyłącz grzałki i poczekaj do ochłodzenia podłoży przed ich przeniesieniem do śluzy załadowczej. Odpowietrz śluzę i wyjmij podłoża.Szybko zdejmij je z uchwytu na próbki i przenieś do przechowywania w rękawicy laboratoryjnej wypełnionej azotem. Po procesie osadzania metodą warstw atomowych lub parowania termicznego próbka będzie posiadać warstwę siarczku cyny. Wszystkie próbki są następnie poddawane wygrzewaniu w gazie wodorosiarczku wodoru, a następnie pasywacji powierzchni tlenkiem natywnym.Kolejnym krokiem jest osadzanie warstw buforowych z tlenku cynku oraz oksysiarczku cynku typu N metodą osadzania warstw atomowych. Następnym etapem jest osadzanie przezroczystego przewodnika. Przed osadzeniem tlenku indu i cynku stosujemy tlenek indu i cynku.Należy wyznaczyć obszary czynne urządzeń. Użyj metalowych masek cieniujących, aby zdefiniować rozmiar elektrod z przezroczystego tlenku przewodzącego, co określi aktywną powierzchnię urządzenia. Maski wyznaczają 11 prostokątnych urządzeń o powierzchni 0,25 cm², oraz większą elektrodę w jednym z narożników, która służy do pomiarów odbiciowości optycznej na rysunku.Zacieniony obszar wskazuje wielkość warstwy tlenku indu i cyny, którą należy nanieść na jedno urządzenie; zamontuj urządzenia i maski w wyrównywaczu masek. Maski powinny być wystarczająco grube, aby nie wyginały się w wyrównywaczu masek. W przeciwnym razie obszar kontaktu tlenkowego może zostać niedokładnie zdefiniowany.Przenieś mask aligner z zamontowanymi urządzeniami do komory rozpylania. Umieść mask aligner w pozycji odpowiedniej do etapu osadzania. Kolejnym krokiem jest wytworzenie warstwy tlenku indu i cyny o grubości 240 nanometrów.Aby to osiągnąć, należy podgrzać podłoże do 80-90 °C i włączyć obrót podłoża. Następnie należy ustawić częstotliwość radiową rozpylania, moc, przepływ argonu i tlenu oraz ciśnienie, a następnie schematycznie monitorować proces osadzania. Tak prezentuje się urządzenie po osadzeniu tlenku indu i cyny.Kolejnym krokiem jest metalizacja. Należy użyć maski cieniującej oraz naparowania wiązką elektronów, aby nanieść 500 nanometrów przewodzącego metalu: srebra lub warstwy niklu i aluminium. To jest gotowa próbka.Należy zauważyć, że próbka pokazana tutaj została już zarysowana w celu odsłonięcia tylnego kontaktu molibdenowego po zakończeniu procesu wytwarzania. Przejdź do charakterystyki urządzenia, używając symulatora słonecznego skalibrowanego dla współczynnika masy powietrza 1,5. Najpierw, za pomocą ostrza skalpela, zeskrob warstwy buforowe oraz siarczku cyny, aby odsłonić tylny kontakt molibdenowy.Następnie umieść próbkę w uchwycie montowanym na szynie; próżnia utrzymuje próbkę w stałej pozycji, a temperatura uchwytu jest kontrolowana i utrzymywana na poziomie 25 °C. Teraz nawiąż kontakt elektryczny z każdym z urządzeń na próbce oraz z wydrapanym kontaktem tylnym. W tym przypadku wykorzystano specjalnie zaprojektowaną kartę sond, która jednocześnie styka się ze wszystkimi urządzeniami za pomocą miedzi berylowej.Podwójne końcówki sond w trybie czteroprzewodowym do rutynowych pomiarów. Pomiń użycie przysłony świetlnej w przypadku bardziej rygorystycznych testów; przysłona powinna służyć do zdefiniowania obszaru aktywnego. W tym celu można zastosować maskę cieniową z przezroczystego tlenku przewodzącego.Przesuń uchwyt tak, aby urządzenia znajdowały się w pozycji umożliwiającej pomiar napięcia prądu ciemnego i jasnego przy użyciu zautomatyzowanego systemu testowego. Zaprogramuj system tak, aby sekwencyjnie badać poszczególne urządzenia, otwierając i zamykając migawkę świetlną. Przebieg testu pokazano w tym filmie, jednak zazwyczaj należy go przeprowadzać za czarną zasłoną w celu ograniczenia światła otoczenia.Po pomiarach charakterystyki prądowo-napięciowej należy przesunąć uchwyt z próbką do systemu pomiaru zewnętrznej wydajności kwantowej; dane prądowo-napięciowe przy oświetleniu, dane dotyczące zewnętrznej wydajności kwantowej oraz pomiary odbicia optycznego zapewniają podstawową charakterystykę urządzeń. Poniżej przedstawiono dane dotyczące wydajności ogniw słonecznych dla urządzeń na dwóch próbkach wykonanych metodą naparowania termicznego. Próbki są rozróżnione kolorami: szarym dla jednej i czerwonym dla drugiej w przypadku każdego urządzenia.Podano napięcie obwodu otwartego, gęstość prądu zwarcia, współczynnik wypełnienia oraz sprawność konwersji energii. Najlepsze urządzenia wykazują sprawność na poziomie około 4%. Pozorna korelacja między sprawnością a współczynnikiem wypełnienia w obu urządzeniach jest zgodna z charakterystyką urządzeń obciążonych stratami wynikającymi z rezystancji bocznikowej lub szeregowej.Dane zaznaczone na czerwono wykazują również korelację między sprawnością a napięciem obwodu otwartego, co jest typowe dla rezystancji bocznikowej. Straty do porównania. Poniżej znajdują się dane dotyczące wydajności ogniw słonecznych dla urządzeń wykonanych przy użyciu osadzania warstw atomowych.Urządzenia te wykazują lepszą wydajność niż urządzenia wykonane metodą odparowania termicznego, z czego najlepszy wynik to sprawność na poziomie 4,6%. Różnica ta może wynikać z różnych czynników. Jednym z nich jest fakt, że urządzenia wytwarzane metodą osadzania warstw atomowych wydają się być mniej podatne na straty wynikające z rezystancji bocznikowej.Należy pamiętać, że praca z wodorosiarczanem może być bardzo niebezpieczna. Upewnij się, że zbiornik z wodorosiarczanem znajduje się w urządzeniu wentylacyjnym, takim jak dygestorium wyposażone w detektory wodorosiarczanu. Niniejszy podstawowy protokół wytwarzania traktujemy jako platformę do przeprowadzania kontrolowanych i ukierunkowanych eksperymentów, mających na celu poprawę ogólnej wydajności ogniwa słonecznego oraz lepsze zrozumienie konkretnych mechanizmów strat.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak wykonać powtarzalne ogniwo słoneczne w stylu podłoża.

making-record-efficiency-sns-solar-cells-thermal-evaporation-atomic

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Wytwarzanie wysokowydajnych ogniw słonecznych SnS poprzez termiczne odparowywanie i depozycję warstw atomowych

Polikrystaliczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne z krzemu na szkle są wytwarzane poprzez osadzanie warstw krzemu domieszkowanego borem i fosforem, a następnie krystalizację, pasywację defektów i metalizację. Pułapkowanie światła oparte na plazmonice wprowadza się poprzez formowanie nanocząsteczek Ag na powierzchni ogniwa krzemowego pokrytego reflektorem dyfuzyjnym, co skutkuje wzrostem prądu światła o ok. 45%.

Ogniwa słoneczne z cienkich warstw polikrystalicznego krzemu z plazmonicznym wspomaganiem pułapkowania światła

Przedstawiono ogólną strategię opracowania kompozytów nanokryształów półprzewodnikowych z separacją ładunku, które można wykorzystać w produkcji energii słonecznej. Wykazano, że zgrupowanie domen nanokryształów typu donora i akceptora w obrębie pojedynczej nanocząstki nadaje jej funkcję fotokatalityczną, podczas gdy heterozłącza objętościowe (bulk-heterojunctions) w filmach z nanokryształów typu donora i akceptora mogą być wykorzystywane do fotowoltażnej konwersji energii.

Pozyskiwanie energii słonecznej za pomocą nanocryształów rozdzielających ładunki oraz ich ciał stałych

Opisana jest realna metodologia oparta na druku transferowym, mająca na celu wprowadzenie plazmonicznych nanostruktur metalowych do ogniw słonecznych.  Wykorzystując nanofilarowe stemple poli(dimetylosiloksanowe), uporządkowany układ nanodysków oparty na Ag zintegrowano ze standardowymi uwodornionymi mikrokrystalicznymi ogniwami słonecznymi Si, co doprowadziło do poprawy wydajności urządzenia dzięki plazmonicznemu pułapkowaniu światła.

Integracja nanostruktur srebra zatrzymujących światło w uwodornionych mikrokrystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych za pomocą druku transferowego

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania organicznych cienkich warstw ogniw słonecznych za pomocą powlekarki z matrycą mini-szczelinową oraz powiązane charakterystyki struktury w linii produkcyjnej za pomocą technik rozpraszania synchrotronowego.

Drukowanie, produkcja masowych heterozłączowych ogniw słonecznych i charakterystyka morfologii in situ

Ten protokół opisuje syntezę i osadzanie roztworu nieorganicznych nanokryształów warstwa po warstwie w celu wytworzenia cienkiej warstwy elektroniki na powierzchniach nieprzewodzących. Atramenty stabilizowane rozpuszczalnikiem mogą wytwarzać kompletne urządzenia fotowoltaiczne na podłożach szklanych poprzez powlekanie wirowe i natryskowe po wymianie ligandów i spiekaniu po osadzaniu.

Produkcja w pełni przetworzonych w roztworze nieorganicznych nanokrystalicznych urządzeń fotowoltaicznych

Prezentujemy obszerne badanie na temat efektów różnych metod wytwarzania organicznych/nieorganicznych cienkich warstw perowskitu, porównując struktury krystaliczne, gęstość stanów, poziomy energii i ostatecznie wydajność ogniw słonecznych.

Wpływ metod wytwarzania perowskitów hybrydowych na tworzenie filmu, strukturę elektronową i wydajność ogniw słonecznych

Ten manuskrypt opisuje, jak zaprojektować i wyprodukować wydajne odwrócone ogniwa słoneczne SMPV1:PC71BM z nanoprętami ZnO (NR) hodowanymi na wysokiej jakości warstwie nasiennej ZnO domieszkowanej Alem (AZO). Dobrze ustawione, zorientowane pionowo NR ZnO wykazują wysokie właściwości krystaliczne. Sprawność konwersji energii ogniw słonecznych może osiągnąć 6,01%.

Dobrze wyrównane pionowo zorientowane układy nanoprętów ZnO i ich zastosowanie w odwróconych małocząsteczkowych ogniwach słonecznych

Tutaj prezentujemy protokół do opracowania wysokowydajnych heterozłączowych ogniw słonecznych GaP/Si o wysokiej żywotności nośnika mniejszościowego Si.

Opracowywanie wysokowydajnych heterozłączowych ogniw słonecznych GaP/Si

Ta praca opisuje kompletny proces produkcji cienkich absorberów tellurku kadmu/tellurku selenu/tellurku kadmu dla zwiększenia wydajności. Proces wykorzystuje zautomatyzowany system próżniowy in-line do osadzania sublimacyjnego w bliskiej przestrzeni, który jest skalowalny, od produkcji urządzeń badawczych o małej powierzchni, a także modułów na dużą skalę.

Ultracienkie ogniwa słoneczne CdSeTe/CdTe osadzane sublimacyjnie w bliskiej przestrzeni dla zwiększenia gęstości prądu zwarciowego i fotoluminescencji

Opisujemy metodę wyżarzania w podczerwieni używaną do syntezy perowskitów i mezoskopowych warstw TiO2. Parametry wyżarzania są zróżnicowane i zoptymalizowane pod kątem obróbki na szkle z tlenku cyny (FTO) domieszkowanym fluorem i politereftalanu etylenu pokrytym tlenkiem indu cyny (ITO PET), co w efekcie zapewnia urządzeniom sprawność konwersji mocy &gt;20%.

Błyskawiczne wyżarzanie w podczerwieni do przetwarzania perowskitowych ogniw słonecznych

Nanokompozyty CdSe-SnSe są wytwarzane przez konsolidację cząstek SnSe zaprojektowanych powierzchniowo. Do produkcji cząstek SnSe stosuje się prostą syntezę wodną. Powlekanie cząstek SnSe kompleksami molekularnymi CdSe pozwala na kontrolowanie wielkości ziaren i zwiększenie liczby defektów występujących w nanokompozycie, a tym samym obniżenie przewodnictwa cieplnego.

Polikrystaliczny CdSe-SNSE o niskiej przewodności cieplnej poddany obróbce w roztworze, poddany inżynierii powierzchniowej

Poznaj metodę wytwarzania ogniw słonecznych SnS z użyciem osadzania warstw atomowych i termicznego odparowywania. Techniki te osiągają sprawność konwersji 4,36% i 3,88%, oferując nietoksyczną alternatywę dla fotowoltaiki.

Wytwarzanie rekordowo wydajnych ogniw słonecznych SnS metodą termicznego odparowywania i osadzania warstw atomowych

Przeglądaj więcej filmów