Opracowywanie wysokowydajnych heterozłączowych ogniw słonecznych GaP/Si

Ta metoda może wskazać, odpowiedzieć na kluczowe pytania w produkcji zintegrowanych krzemowych ogniw słonecznych z warstwowym krzemem na temat tego, jak utrzymać wysoką żywotność krzemu podczas wzrostu. Głównymi zaletami tego procesu jest to, że możemy osiągnąć długą żywotność masy krzemu, nawet po heterowalentnym wzroście selektywnego kontaktu nośnika fosforku galu z krzemem. Dzięki temu możemy uzyskać dostęp do pasm wzbronionych innych półprzewodników III-V.

Jest to forma wielozłączowego ogniwa słonecznego z krzemowym ogniwem dolnym. Na początek przygotuj roztwór piranii w łaźni grzewczej z kwasem polietylenowym o dużej gęstości, podgrzewając go do 110 stopni Celsjusza i poczekaj, aż temperatura się ustabilizuje. W innej kąpieli kwasowej przygotuj rozcieńczony roztwór kwasu solnego i nadtlenku wodoru w celu usunięcia zanieczyszczeń jonowych, podgrzewając go do 74 stopni Celsjusza i czekając na ustabilizowanie się temperatury.

Umieść dwustronnie polerowane wafle silikonowe o średnicy czterech cali w czystej czterocalowej kasecie waflowej z polipropylenu. Namocz wafle w roztworze piranii przez 10 minut. Następnie płucz wafle przez 10 minut wodą dejonizowaną i włóż je do czystej kasety.

Namocz wafle w jonowym roztworze czyszczącym przez 10 minut, a następnie spłucz je wodą dejonizowaną przez 10 minut. Następnie namocz wafle w buforowanym roztworze wytrawiania tlenkowego 10 do jednego fluorku amonu do kwasu fluorowodorowego przez trzy minuty w temperaturze pokojowej i płucz je wodą dejonizowaną przez 10 minut. Wysuszyć czyste wafle pod strumieniem suchego azotu gazowego.

Następnie umieść czysty wafel w kwarcowej łodzi i załaduj go do kwarcowego pieca rurowego, podgrzanego do 800 stopni Celsjusza atmosferą przepływającego azotu. Rozgrzej piec do 820 stopni Celsjusza w ciągu 20 minut. Następnie należy zamienić gaz nośny na azot przepuszczony przez tlenochlorek fosforu o stężeniu 1 000 SCCM.

Po 15 minutach zatrzymaj przepływ gazu nośnego i rozgrzej piec do 800 stopni Celsjusza. Wyjmij wafel z pieca i pozwól mu ostygnąć. Następnie zanurz go w świeżym buforowanym roztworze wytrawiania tlenkowego na 10 minut, aby usunąć szkło krzemianowo-fosforowe.

Opłucz wafel w wodzie dejonizowanej przez 10 minut i osusz go gazowym azotem. Tuż przed osadzaniem azotku krzemu zanurz płytkę w buforowanym roztworze wytrawiania tlenkowego na jedną minutę, aby usunąć rodzime tlenki. Opłucz go w wodzie dejonizowanej przez 10 minut i osusz suchym azotem.

Umieść wafel na czystym nośniku z krzemu monokrystalicznego i załaduj go do instrumentu PECVD, wyposażonego w źródła silanu i amoniaku. Ustaw ciśnienie w komorze na 3,5 tora i nanieś 150 nanometrów azotku krzemu z prędkością 3,9 nanometra na sekundę, z mocą 300 watów RF. Następnie załaduj wafel do instrumentu MBE, wyposażonego w ogniwa efuzyjne galu, fosforu i krzemu.

Odgazuj wafel w komorze wstępnej w temperaturze 180 stopni Celsjusza przez trzy godziny. Następnie przenieś wafel do komory buforowej i odgazowuj go w temperaturze 240 stopni Celsjusza przez dwie godziny. Załaduj wafel do komory wzrostowej i piecz go w temperaturze 850 stopni Celsjusza przez 10 minut.

Następnie schłodzić wafel do 580 stopni Celsjusza i przygotować komórki efuzyjne do wytworzenia odpowiednich strumieni. Otwórz dreszcze galu, fosforu i krzemu i wyhoduj 25 nanometrów fosforku galu metodą przerwanego wzrostu, po którym następuje 121 sekund nieprzerwanego wzrostu. Następnie schłodzić próbkę do 200 stopni Celsjusza i wyładować ją z instrumentu.

Następnie przykryj powierzchnię fosforku galu kwasoodporną taśmą do krojenia w kostkę. Namocz wafel w około 300 mililitrach 49% kwasu fluorowodorowego przez pięć minut, aby usunąć warstwę azotku krzemu. Usuń taśmę, opłucz wafel wodą dejonizowaną przez 10 minut i wysusz go pod strumieniem gazowego azotu.

Następnie przykryj powierzchnię fosforku galu świeżą taśmą do krojenia w kostkę. W plastikowej zlewce przygotuj 500 mililitrów mieszaniny kwasu fluorowodorowego, kwasu azotowego i kwasu octowego. Ostrożnie umieść wafel w roztworze HNA i pozwól mu moczyć się w temperaturze pokojowej przez trzy minuty.

Usuń taśmę, opłucz wafel wodą dejonizowaną i osusz go azotem. Za pomocą pisaka diamentowego pokrój przygotowany wafel na cztery ćwiartki. Umieść kawałki w koszu, dokładnie wyczyść je w zbiorniku z wodą dejonizowaną i wysusz gazowym azotem.

Następnie namocz kawałki w buforowanym roztworze wytrawiania tlenkowego na 30 sekund, a następnie spłucz i wysusz je wodą dejonizowaną i gazowym azotem. Następnie umieść 50 nanometrów amorficznego krzemu na jednej próbce i sprawdź żywotność krzemu. Następnie umieść dziewięć nanometrów wewnętrznego krzemu amorficznego i 16 nanometrów krzemu amorficznego typu p, z domieszką boru, na gołej stronie krzemowej drugiej próbki.

Na trzeciej próbce użyj odparowania termicznego, aby zdeponować dziewięć nanometrów tlenku molibdenu po stronie gołego krzemu z prędkością 0,5 angstrema na sekundę, w temperaturze pokojowej, ze źródła trójtlenku molibdenu. Następnie umieść próbki pokryte amorficznym krzemem i tlenkiem molibdenu w przyrządzie do rozpylania RF, stroną z fosforku galu skierowaną do góry. Zdeponuj 75 nanometrów tlenku indu 10 o natężeniu przepływu tlenu 2,2 SCCM.

Następnie rozładuj próbki i odwróć je na drugą stronę. Umieść maskę cienia mesa na każdej próbce. Załaduj je z powrotem do instrumentu i zdeponuj kolejne 75 nanometrów ITO.

Rozładuj próbki, zamień maskę na maskę cienia palca i umieść 200 nanometrów srebra na mesie ITO o mocy jednego kilowata i ośmiu torów. Odwróć próbki i umieść kolejne 200 nanometrów srebra po stronie ITO z fosforku galu, jako styk wsteczny. Na koniec wyżarzaj próbki w piecu w temperaturze 220 stopni Celsjusza i ciśnieniu atmosferycznym.

Mikroskopia sił atomowych wykazała, że warstwa fosforku galu miała chropowatość średnią kwadratową około 0,52 nanometra, co wskazuje na wysoką jakość kryształów przy niskiej gęstości przemieszczenia gwintu. Pręgi Pendellosunga obserwowane na podstawie krzywej kołysania podwójnego kryształu omega two theta w odbiciach krzemu i fosforku galu 004 były zgodne z gładkimi granicami faz. Mapa wzajemnych przestrzeni 224 plam defrakcji pokazuje spójne piki fosforku galu i krzemu, co wskazuje, że fosforek galu jest w pełni odcedzony do podłoża krzemowego o dobrej jakości krystalicznej.

Utworzenie warstwy N plus przez dyfuzję fosforu przed dodaniem warstwy fosforku galu utrzymywało żywotność masy krzemu na poziomie do milisekund. Czas życia krzemu z fosforku galu wynosił około 100 mikrosekund. Urządzenia zostały skonstruowane przy użyciu warstwy amorficznego krzemu lub warstwy tlenku molibdenu.

Wewnętrzna wydajność kwantowa urządzenia z tlenku molibdenu pozostawała wysoka przy niższych długościach fal niż w przypadku urządzenia z krzemu amorficznego, ale miała również wyższy współczynnik odbicia przy niższych długościach fal. W przypadku obu urządzeń zaobserwowano obiecującą wydajność ogniw słonecznych. Urządzenia z amorficznym krzemem i tlenkiem molibdenu miały porównywalną wydajność, napięcia w obwodzie otwartym i współczynniki wypełnienia.

Ogólnie rzecz biorąc, warstwa tlenku molibdenu działała lepiej jako cały selektywny kontakt niż amorficzna warstwa krzemu. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, aby druga płytka była jak najbardziej czysta przed załadowaniem do komory MBE, zwłaszcza podczas osadzania azotku krzemu.