Silício policristalino de película fina de células solares com plasmonic avançada Luz-caça com armadilhas

O objetivo geral do experimento a seguir é demonstrar como o espalhamento de luz por nanopartículas plasmônicas aumenta o aprisionamento de luz em células solares de filme fino e melhora seu desempenho. Isso é conseguido depositando um filme de prata precursor na superfície da célula solar de filme fino traseiro e, em seguida, ajoelhando-o para fabricar uma matriz aleatória de nanopartículas de prata de dispersão de luz. Como segundo passo, a célula solar com uma matriz de nanopartículas é revestida com uma camada dielétrica de fluoreto de magnésio seguida por uma tinta branca para adicionar um refletor traseiro difuso, que captura a luz transmitida através da matriz de nanopartículas Para aumentar ainda mais a corrente fotográfica da célula, a luz que entra na célula solar e que não é absorvida na primeira passagem, é espalhado de volta para as células tanto pela matriz de nanopartículas quanto pelo refletor difuso traseiro em ângulos oblíquos, o que aumenta a espessura da célula óptica e, assim, melhora a absorção de luz Os resultados são obtidos que mostram que a corrente de curto-circuito da célula solar aumenta em 45% na presença do refletor de espalhamento de luz plasmônica.

A principal vantagem desta técnica de abordagens convencionais de aprisionamento de luz baseadas em texturização é que ela pode ser aplicada a dispositivos planejadores e totalmente fabricados, evitando complicações impossíveis devido a defeitos relacionados à textura ou incompatibilidade com os processos de fabricação do dispositivo. Embora este método seja aplicado a células celulares da síndrome do silício cristalino, ele também pode ser aplicado a outros tipos de células solares e dispositivos optoeletrônicos para melhorar seus desempenhos, como células amorosas, de silício e de filme micrométrico, células solares orgânicas e até diodos emissores de luz. Comece este protocolo com a fabricação de células solares de silício policristalino, conforme descrito no protocolo escrito que acompanha este vídeo.

Esta visão de perto de uma célula resultante do processo de fabricação de duas semanas mostra a superfície do silício da célula entre o padrão de metalização onde as nanopartículas de silício serão formadas. Sopre a superfície da célula metalizada com nitrogênio seco para remover a poeira e carregue a amostra em um evaporador térmico contendo um barco de tungstênio cheio de 0,3 a 0,5 gramas de grânulos de prata. Bombeie a câmara do evaporador até a pressão de base de dois a três por 10 até o programa Próximo de cinco graus negativos.

O monitor de cristal de quartzo abreviado QCM com parâmetros para prata. Certifique-se de que o sample obturador está fechado e ligue o aquecedor do barco de tungstênio. Aumente a corrente lentamente o suficiente para evitar um aumento de pressão acima de oito em 10 para menos cinco tor até que os grânulos de prata derretam conforme observado através de uma janela de visualização Após a estabilização da pressão, defina a corrente para o ponto de ajuste que corresponde à taxa de deposição de prata de 0,1 a 0,2 angstroms por segundo.

Abra o obturador para iniciar o processo de deposição. Um aspecto crítico na fabricação de um refletor mono plus é controlar com precisão a espessura do filme de prata e as condições do joelho. Para formar as matrizes de nanopartículas com melhor desempenho.

Monitore a crescente espessura do filme de prata usando QCM e feche o obturador quando uma espessura de 14 nanômetros for atingida, deixe o barco de tungstênio esfriar por cerca de 15 minutos e, em seguida, descarregue a amostra, a célula com um filme de prata recém-depositado é colocada em um forno de purga de nitrogênio pré-aquecido a 230 graus Celsius e ajoelhado por 50 minutos. Após um ajoelhamento, uma mudança na aparência da superfície é aparente devido à presença de nanopartículas. O refletor traseiro consiste em revestimento dielétrico de fluoreto de magnésio de aproximadamente 300 nanômetros de espessura com uma camada de tinta de teto branca comercial.

Antes de fabricar o refletor traseiro, proteja os contatos da célula aplicando tinta preta neles. Isso permite a exposição dos contatos sob o dielétrico por um processo de elevação. Use uma pistola de nitrogênio para explodir a matriz de nanopartículas e contatos pintados para remover a poeira.

Utilize uma pressão moderada de nitrogênio para evitar a remoção de nanopartículas aderidas semanalmente. Coloque a amostra no evaporador térmico contendo um barco de tungstênio cheio de magnésio. Peças de flúor.

Bombeie o evaporador para baixo a uma pressão de dois a três por 10 para o conjunto de menos cinco tor. Os parâmetros QCM para fluoreto de magnésio garantem que o obturador da amostra esteja fechado e ligue o barco. O aquecedor aumenta lentamente a corrente para evitar pressurização excessiva até que o fluoreto de magnésio derreta como visto através de uma janela de visualização.

Depois que a pressão se estabilizar, ajuste a corrente para o ponto de ajuste que corresponde à taxa de deposição de fluoreto de magnésio de 0.3 nanômetros por segundo e abra o obturador da amostra. Monitore a espessura depositada usando QCM e feche o obturador quando 300 nanômetros for atingido, desligue o aquecedor depois que o barco de tungstênio for resfriado por cerca de 15 minutos, descarregue a amostra. Observe a mudança na aparência da célula com o revestimento de fluoreto de magnésio.

Para remover a máscara de tinta dos contatos da célula, mergulhe a célula com o revestimento dielétrico em acetona. Aguarde até que o dielétrico acima da tinta comece a rachar e decolar. Mantenha a célula em acetona até que toda a tinta com o dielétrico seja removida e os contatos de metal estejam totalmente expostos.

Remova a amostra da acetona. Tente com uma pistola de nitrogênio. Aplique uma camada de tinta branca com um pincel fino e macio em toda a superfície da célula.

Evitando cuidadosamente os contatos de metal, a camada de tinta deve ser espessa o suficiente para ser completamente opaca, de modo que nenhuma luz possa ser vista ao olhar através da célula pintada para uma fonte de luz brilhante, deixe a tinta secar por um dia. A corrente de curto-circuito da célula solar é calculada integrando a eficiência quântica externa ou curva EQE sobre o espectro solar global padrão. Tanto a corrente da célula quanto seu aprimoramento devido ao aprisionamento de luz dependem da espessura da camada absorvedora da célula.

A corrente em si é maior para células mais espessas, mas o aumento da corrente é maior para dispositivos mais finos. As células originais de dois mícrons de espessura sem aprisionamento de luz têm densidade de corrente de curto-circuito medida em aproximadamente 15 miliamperes por centímetro quadrado com refletor traseiro difuso. A corrente pode ser em torno de 20 miliamperes por centímetro quadrado ou 25 a 31% maior após a fabricação de uma matriz de nanopartículas na superfície da célula traseira.

A densidade de corrente de curto-circuito aumenta até cerca de 20 miliamperes por centímetro quadrado, o que é 32% de aprimoramento, um pouco melhor do que o efeito de aprimoramento do refletor traseiro difuso. Somente depois de adicionar o refletor difuso traseiro no revestimento de fluoreto de magnésio à célula com a matriz de nanopartículas plasmônicas, a densidade da corrente de curto-circuito é aumentada ainda mais para 22,3 miliamperes por centímetro quadrado ou cerca de 45% de aprimoramento. Observe que, para a célula de três mícrons de espessura, todas as correntes são mais altas até 25,7 miliamperes por centímetro quadrado, enquanto o aprimoramento relativo é ligeiramente menor em 42%O aprisionamento de luz tem um efeito relativamente maior em dispositivos mais finos Uma vez dominado.

Este procedimento pode ser feito dentro de quatro a cinco horas se for realizado corretamente. Excluindo, junte a tinta reflexiva que levará cerca de 12 horas e temperatura ambiente. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa ideia de como funciona a captura de argila plasmônica para células solares.

Além disso, você deve ter um bom entendimento de como fabricar um refletor de espalhamento plasmônico nas células solares para melhorar o aprisionamento de luz na corrente fotográfica da célula.