Desenvolvimento de células solares de alta Performance GaP/Si Heterojunction

Este método pode dizer, responder a perguntas-chave na fabricação de células solares integradas de silício estratificados sobre como manter uma alta vida útil do silício durante o crescimento. As principais vantagens desse processo são que podemos alcançar uma longa vida útil em massa de silício, mesmo após o crescimento heterovalente do contato seletivo do portador de fosfato de gálio no silício. Isso nos permite acessar as lacunas de banda de outros semicondutores III-V.

É uma forma de célula solar multijunção com uma célula de fundo de silício. Para começar, prepare uma solução de piranha em um banho de aquecimento de ácido polietileno de alta densidade, aquecendo-o a 110 graus Celsius, e aguarde a temperatura estabilizar. Em outro banho de ácido, prepare uma solução diluída de ácido clorídrico e peróxido de hidrogênio para remover a contaminação iônica, aquecendo-a a 74 graus Celsius e esperando a temperatura estabilizar.

Coloque wafers de silício polidos de quatro polegadas de diâmetro em um de wafer limpo de quatro polegadas de diâmetro. Mergulhe os wafers na solução de piranha por 10 minutos. Em seguida, enxágue os wafers por 10 minutos com água desionizada, e coloque-os em um limpo.

Mergulhe os wafers na solução de limpeza iônica por 10 minutos e enxágue-os com água deionizada por 10 minutos. Em seguida, mergulhe os wafers em uma solução de etch de óxido tamponado de 10 a um flúor de amônio para ácido fluorídrico por três minutos à temperatura ambiente, e enxágüe-os com água desionizada por 10 minutos. Seque os wafers limpos sob um fluxo de gás nitrogênio seco.

Em seguida, coloque um wafer limpo em um barco de quartzo e carregue-o em um forno de tubo de quartzo, aquecido a 800 graus Celsius com uma atmosfera de gás nitrogênio fluindo. Aumente o forno para 820 graus Celsius ao longo de 20 minutos. Em seguida, mude o gás transportador para nitrogênio borbulhado através de fósforo oximolloreto a 1.000 SCCM.

Após 15 minutos, pare o fluxo de gás transportador e aumente o forno até 800 graus Celsius. Retire o wafer do forno e deixe esfriar. Em seguida, mergulhe-o em uma solução de etch de óxido tampão fresco por 10 minutos para remover vidro silicato de fósforo.

Enxágüe o wafer em água desionizada por 10 minutos e seque-o com gás nitrogênio. Pouco antes da deposição do nitreto de silício, mergulhe o wafer em uma solução de etch de óxido tamponado por um minuto para remover óxidos nativos. Enxágüe-o em água deionizada por 10 minutos e seque-a com gás nitrogênio seco.

Coloque o wafer em um porta-silício monocristalino limpo e carregue-o em um instrumento PECVD, equipado com fontes de silano e amônia. Coloque a pressão da câmara em 3,5 torrs e deposite 150 nanômetros de nitreto de silício a 3,9 nanômetros por segundo, com 300 watts de potência RF. Em seguida, carregue o wafer em um instrumento MBE, equipado com gálio, fósforo e células de derrame de silício.

Outgas o wafer na câmara introdutória a 180 graus Celsius por três horas. Em seguida, transfira o wafer para a câmara tampão, e adásse-lo a 240 graus Celsius por duas horas. Coloque o wafer na câmara de crescimento e leve-o a 850 graus Celsius por 10 minutos.

Depois disso, esfrie o wafer a 580 graus Celsius, e prepare as células de derrame para gerar os fluxos apropriados. Abra o gálio, o fósforo e o silício estremece, e cresça 25 nanômetros de fosfato de gálio com um método de crescimento interrompido, seguido por 121 segundos de crescimento ininterrupto. Depois, esfrie a amostra a 200 graus Celsius e descarregue-a do instrumento.

Em seguida, cubra a superfície do fosfeto de gálio com uma fita dicing resistente a ácido. Mergulhe o wafer em cerca de 300 mililitros de ácido 49% hidrofluorídrico por cinco minutos para remover a camada de nitreto de silício. Retire a fita, enxágue o wafer com água desionizada por 10 minutos e seque-a sob um fluxo de gás nitrogênio.

Em seguida, cubra a superfície do fosfato de gálio com fita adesiva fresca. Em um béquer plástico, prepare 500 mililitros de uma mistura de ácido fluorídrico, ácido nítrico e ácido acético. Coloque cuidadosamente o wafer na solução HNA e deixe-o de molho à temperatura ambiente por três minutos.

Retire a fita, enxágue o wafer com água desionizada e seque-a com nitrogênio. Use uma caneta de diamante para cortar o wafer preparado em quatro quartos. Coloque as peças em uma cesta, limpe-as completamente em um tanque de água deionizada e seque-as com gás nitrogênio.

Em seguida, mergulhe as peças em uma solução de etch de óxido tamponado por 30 segundos, enxágue-as e seque-as com água deionizada e gás nitrogênio. Em seguida, deposite 50 nanômetros de silício amorfo em uma amostra, e verifique a vida útil do silício. Em seguida, deposite nove nanômetros de um silício amorfo intrínseco, e 16 nanômetros de um silício amorfo tipo p, com um dopante de boro, no lado de silício nu de uma segunda amostra.

Em uma terceira amostra, use evaporação térmica para depositar nove nanômetros de óxido de molhênio no lado de silício nu a 0,5 angstroms por segundo, à temperatura ambiente, a partir de uma fonte de trióxido de moleguênio. Em seguida, coloque as amostras de silício amorfo e óxido de molhênio em um instrumento de sputtering RF, com o lado do fosfeto de gálio voltado para cima. Deposite 75 nanômetros de óxido de índio 10, com uma taxa de fluxo de oxigênio de 2,2 SCCM.

Então, descarregue as amostras e vire-as. Coloque uma máscara de sombra de mesa em cada amostra. Carregue-os de volta no instrumento e deposite outros 75 nanômetros de ITO.

Descarregue as amostras, troque a máscara por uma máscara de sombra de dedo e deposite 200 nanômetros de prata na mesa do ITO a um quilowatt e oito torr. Vire as amostras e deposite outros 200 nanômetros de prata no lado do fosfeto do gálio ITO, como o contato de trás. Por fim, as amostras em um forno a 220 graus Celsius e pressão atmosférica.

A microscopia da força atômica mostrou que a camada de fosfito de gálio tinha uma rugosidade quadrada média raiz de cerca de 0,52 nanômetros, indicando alta qualidade de cristal com baixa densidade de luxação rosca. As franjas pendellosung observadas a partir da curva de balanço de ômega dois de cristal duplo na reflexão de silício e fósforo de gálio 004 eram consistentes com interfaces lisas. O mapa espacial recíproco de 224 pontos de defracção mostra picos coerentes de fosfato de gálio e silício, indicando que o fosfato de gálio está totalmente tenso para o substrato de silício com boa qualidade cristalina.

Formar uma camada N plus por difusão de fósforo antes de adicionar a camada de fosfito de gálio manteve a vida útil do volume de silício em até níveis de milissegundos. A vida útil do silício de gálio foi de cerca de 100 microssegundos. Os dispositivos foram construídos usando uma camada de silício amorfo, ou uma camada de óxido de molhênio.

A eficiência quântica interna do dispositivo de óxido de molisfodeno permaneceu alta em comprimentos de onda mais baixos do que um dispositivo de silício amorfo, mas também teve uma maior reflexão em comprimentos de onda mais baixos. O desempenho promissor das células solares foi observado para ambos os dispositivos. Os dispositivos de óxido de silício amorfo e molbdenum tinham eficiências comparáveis, tensões de circuito aberto e fatores de enchimento.

No geral, a camada de óxido de molhênio teve melhor desempenho como um contato seletivo do que a camada de silício amorfo. Ao tentar este procedimento, lembre-se de manter o segundo wafer o mais limpo possível antes de carregar na câmara MBE, especialmente ao depositar nitreto de silício.