Поликристаллического кремния тонкопленочные солнечные элементы с Плазмонных повышенной световой захвата

Поликристаллических кремниевых тонкопленочных солнечных элементов на стекло изготавливается путем осаждения бора и фосфора, легированных слоев кремния следует кристаллизации, пассивация дефектов и металлизации. Плазмонных свет захвата вводится путем формирования наночастиц серебра на поверхности кремния клетки ограничены с рассеянным отражатель в результате чего около 45% фототока аксессуара.

Общая цель данного эксперимента — продемонстрировать, как рассеяние света плазмонными наночастицами усиливает захват света в тонкопленочных солнечных элементах и улучшает их характеристики. Это достигается путем нанесения пленки-предшественника серебра на заднюю тонкую поверхность солнечного элемента, а затем опускания ее на колени для изготовления массива случайных наночастиц серебра, рассеивающего свет. В качестве второго шага солнечная батарея с массивом наночастиц покрывается слоем диэлектрика фторида магния, за которым следует белая краска для добавления диффузного заднего отражателя, который улавливает свет, проходящий через массив наночастиц. рассеивается обратно к ячейкам как массивом наночастиц, так и задним диффузным отражателем под косыми углами, что увеличивает толщину оптической ячейки и, таким образом, улучшает поглощение света Получены результаты, которые показывают, что ток короткого замыкания солнечной батареи увеличивается на 45% в присутствии плазмонного отражателя рассеяния света.

Основное преимущество этой техники традиционных подходов к светоулавливанию, основанных на текстурировании, заключается в том, что она может быть применена как к планирующим, так и к полностью изготовленным устройствам, что позволяет избежать невозможных осложнений из-за дефектов, связанных с текстурой, или несовместимости с процессами изготовления устройств. Хотя этот метод применяется к клеткам синдрома кристаллического кремния, он также может быть применен к другим типам солнечных батарей и оптоэлектронных устройств для улучшения их характеристик, таких как амурные, кремниевые и микронные пленочные клетки, органические солнечные элементы и даже светодиоды, излучающие свет. Начните этот протокол с изготовления солнечных элементов из поликристаллического кремния, как описано в письменном протоколе, прилагаемом к этому видео.

На этом снимке крупным планом полученной ячейки в результате двухнедельного процесса изготовления показана поверхность кремния ячейки между моделью металлизации, где будут формироваться наночастицы кремния. Продуйте металлизированную поверхность ячейки сухим азотом, чтобы удалить пыль, и загрузите образец в термический испаритель, содержащий вольфрамовую лодочку, наполненную от 0,3 до 0,5 грамма серебряных гранул. Откачайте камеру испарителя до базового давления два-три на 10 до минус пяти тор программы Next.

Монитор из кварцевого кристалла имеет сокращенную аббревиатуру QCM с параметрами для серебра. Убедитесь, что заслонка образца закрыта, и включите вольфрамовый лодочный обогреватель. Увеличивайте ток достаточно медленно, чтобы избежать повышения давления выше восьми на 10 до минус пяти тор, пока серебряные гранулы не расплавятся, как видно через иллюминатор.

Откройте затвор, чтобы начать процесс осаждения. Критически важным аспектом при изготовлении моноотражателя plus mono является точный контроль толщины серебряной пленки и условий колена. Для формирования наиболее эффективных массивов наночастиц.

Следите за толщиной растущей серебряной пленки с помощью QCM и закрывайте затвор при достижении толщины 14 нанометров, дайте вольфрамовой лодочке остыть около 15 минут, а затем выгрузите образец, ячейку со свеженанесенной серебряной пленкой помещают в продуваемую азотом печь, предварительно разогретую до 230 градусов Цельсия и ставят на колени на 50 минут. После стояния на коленях изменение внешнего вида поверхности становится очевидным из-за присутствия наночастиц. Задний отражатель состоит из облицовки из фторида магния толщиной около 300 нанометров с покрытием из коммерческой белой потолочной краски.

Перед изготовлением заднего отражателя защитите контакты ячеек, нанеся на них черные маркерные чернила. Это позволяет обнажить контакты из-под диэлектрика в процессе отрыва. Используйте азотный пистолет для обдува массива наночастиц и окрашенные контакты для удаления пыли.

Используйте умеренное давление азота, чтобы избежать удаления еженедельно прилипших наночастиц. Поместите образец в термический испаритель, содержащий вольфрамовую лодочку, наполненную магнием. Кусочки фтора.

Откачайте испаритель до давления два-три на 10 до минус пяти тор набора. Параметры QCM для фторида магния, убедитесь, что заслонка образца закрыта, и включите лодку. Нагреватель медленно увеличивает ток, чтобы избежать чрезмерного давления, пока фторид магния не расплавится, как видно через смотровое окно.

После того как давление стабилизируется, установите ток на заданное значение, соответствующее скорости осаждения фторида магния 0,3 нанометра в секунду, и откройте затвор образца. Следите за толщиной осаждения с помощью QCM и закрывайте затвор при достижении 300 нанометров, выключайте нагреватель после охлаждения вольфрамовой лодки примерно на 15 минут, выгружайте образец. Обратите внимание на изменение внешнего вида клетки с оболочкой из фторида магния.

Чтобы снять чернильную маску с контактов ячейки, погрузите ячейку с диэлектрической оболочкой в ацетон. Подождите, пока диэлектрик над чернилами начнет трескаться и отслаиваться. Держите ячейку в ацетоне до тех пор, пока все чернила с диэлектриком не будут удалены, а металлические контакты полностью не обнажены.

Извлеките образец из ацетона. Попробуйте с помощью азотной пушки. Нанесите слой белой краски тонкой мягкой кистью на всю поверхность клетки.

Тщательно избегая контактов с металлом, слой краски должен быть достаточно толстым, чтобы быть полностью непрозрачным, чтобы при взгляде через окрашенную ячейку на яркий источник света не было видно света, дайте краске высохнуть в течение суток. Ток короткого замыкания солнечной батареи рассчитывается путем интегрирования внешней квантовой эффективности или кривой EQE по стандартному глобальному солнечному спектру. Как ток ячейки, так и его усиление за счет светоулавливания зависят от толщины слоя поглотителя ячейки.

Сам ток выше для более толстых ячеек, но усиление тока выше для более тонких устройств. Оригинальные ячейки толщиной два микрона без светоловушки имеют плотность тока короткого замыкания, измеренную примерно 15 миллиампер на квадратный сантиметр с диффузным обратным отражателем. Ток может составлять около 20 миллиампер на квадратный сантиметр или на 25-31% выше после изготовления массива наночастиц на задней поверхности клетки.

Плотность тока короткого замыкания увеличивается примерно до 20 миллиампер на квадратный сантиметр, что на 32% больше, чем эффект усиления диффузного обратного отражателя. Только после добавления заднего диффузного отражателя на оболочке из фторида магния к ячейке с матрицей плазмонных наночастиц плотность тока короткого замыкания увеличивается до 22,3 миллиампер на квадратный сантиметр, или примерно на 45%. Обратите внимание, что для ячейки толщиной три микрона все токи выше до 25,7 миллиампер на квадратный сантиметр, в то время как относительное усиление немного ниже и составляет 42%.

Эту процедуру можно сделать в течение четырех-пяти часов, если она выполнена правильно. За исключением, добавьте светоотражающую краску, которая займет около 12 часов и комнатной температуры. После просмотра этого видео вы должны иметь хорошее представление о том, как работает улавливание плазмонной глины для солнечных батарей.

Кроме того, вы должны хорошо понимать, как изготовить плазмонный рассеивающий отражатель на солнечных элементах, чтобы улучшить улавливание света в фототоке клетки.