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Engineering

थर्मल वाष्पीकरण और परमाणु परत बयान से रिकॉर्ड दक्षता एसएनएस सौर कोशिकाओं बनाने

Published: May 22, 2015 doi: 10.3791/52705
Automatic Translation
2,4, 1,2, 3, 2,4, 1,2, 2,4, 2, 5, 1,2
1Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 2Laboratory for Manufacturing and Productivity, Massachusetts Institute of Technology, 3School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, 4Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 5Department of Chemistry & Chemical Biology, Harvard University

Abstract

टिन सल्फाइड (एसएनएस) पृथ्वी-प्रचुर मात्रा में, गैर विषैले सौर कोशिकाओं के लिए एक उम्मीदवार अवशोषक सामग्री है। एसएनएस आसान चरण नियंत्रण और अनुकूल थर्मल वाष्पीकरण द्वारा तेजी से वृद्धि प्रदान करता है, और यह दृढ़ता से दृश्य प्रकाश अवशोषित। हालांकि, एक लंबे समय के लिए एसएनएस सौर कोशिकाओं के रिकॉर्ड सत्ता परिवर्तन दक्षता 2% से नीचे बनी रही। हाल ही में हमने परमाणु परत बयान द्वारा जमा एसएनएस का उपयोग कर 4.36% की नई प्रमाणित रिकॉर्ड क्षमता का प्रदर्शन किया है, और 3.88% थर्मल वाष्पीकरण के प्रयोग से। यहाँ इन रिकॉर्ड के लिए सौर कोशिकाओं के निर्माण की प्रक्रिया में वर्णित है, और निर्माण की प्रक्रिया के सांख्यिकीय वितरण की सूचना दी है। एक एकल सब्सट्रेट पर मापा दक्षता का मानक विचलन आम तौर पर 0.5% से अधिक है। सब्सट्रेट चयन और सफाई सहित सभी कदम, मो वर्णित हैं रियर संपर्क (कैथोड), एसएनएस बयान, annealing, सतह passivation, Zn (हे, एस) बफर परत चयन और बयान, पारदर्शी कंडक्टर (एनोड) बयान, और धातुरूप के लिए sputtering। प्रत्येक सब्सट्रेट पर हम सक्रिय क्षेत्र 0.25 सेमी 2 के साथ 11 अलग-अलग उपकरणों, प्रत्येक बनाना। इसके अलावा, नकली सौर प्रकाश के तहत वर्तमान वोल्टेज घटता के उच्च throughput माप, और चर प्रकाश पूर्वाग्रह के साथ बाहरी क्वांटम दक्षता माप के लिए एक प्रणाली में वर्णित है। इस प्रणाली के साथ हम एक स्वचालित ढंग से और कम से कम समय में सभी 11 उपकरणों पर पूरा डाटा सेट को मापने के लिए सक्षम हैं। इन परिणामों के बड़े नमूना सेट का अध्ययन करने के बजाय, उच्चतम प्रदर्शन उपकरणों पर बाल बाल ध्यान केंद्रित कर के मूल्य को दर्शाते हैं। बड़े डेटा सेट के भेद और हमारे उपकरणों को प्रभावित करने वाले व्यक्ति के नुकसान तंत्र में सुधार के लिए मदद करते हैं।

Introduction

पतली फिल्म फोटोवोल्टिक (पीवी) ब्याज और महत्वपूर्ण अनुसंधान गतिविधियों को आकर्षित करने के लिए जारी है। हालांकि, बाजार पी.वी. के अर्थशास्त्र तेजी से बदलता है और व्यावसायिक रूप से सफल पतली फिल्म PV विकसित कर रहे हैं एक और अधिक चुनौतीपूर्ण संभावना बन गई है। एक समान स्तर पर मे स्थित प्रौद्योगिकियों पर विनिर्माण लागत लाभ नहीं रह प्रदान के लिए लिया जा सकता है, और दोनों कार्यकुशलता और लागत में सुधार की मांग की जानी चाहिए। 1,2 के लिए हम एक अवशोषक सामग्री के रूप में एसएनएस विकसित करने के लिए चुना है, इस वास्तविकता के प्रकाश में पतली फिल्म PV। एसएनएस कम उत्पादन लागत में अनुवाद कर सकते हैं कि आंतरिक व्यावहारिक फायदे हैं। उच्च क्षमता का प्रदर्शन किया जा सकता है, यह वाणिज्यिक पतली फिल्म PV में CdTe के लिए एक बूंद में स्थानापन्न के रूप में माना जा सकता है। इधर, हाल ही में सूचना दी रिकार्ड एसएनएस सौर कोशिकाओं के लिए निर्माण प्रक्रिया का प्रदर्शन किया जाता है। हम इस तरह के सब्सट्रेट चयन, बयान की स्थिति, उपकरण लेआउट, और माप प्रोटोकॉल के रूप में व्यावहारिक पहलुओं पर ध्यान केंद्रित।

एसएनएस, गैर विषैले पृथ्वी से प्रचुर मात्रा में और कम खर्चीली तत्वों (टिन और सल्फर) से बना है। एसएनएस 1.1 eV की एक अप्रत्यक्ष bandgap के साथ एक निष्क्रिय और अघुलनशील semiconducting के ठोस (खनिज नाम Herzenbergite) है, 1.4 eV से ऊपर ऊर्जा के साथ फोटॉनों के लिए मजबूत प्रकाश अवशोषण (α> 10 4 सेमी -1), और वाहक एकाग्रता के साथ आंतरिक पी प्रकार चालकता रेंज में 15 अक्टूबर - 17 अक्टूबर सेमी -3 3 -। महत्वपूर्ण बात 7, एसएनएस congruently evaporates और 600 डिग्री सेल्सियस तक चरण स्थिर है 8,9 इस एसएनएस थर्मल वाष्पीकरण (ते) और इसकी उच्च द्वारा जमा किया जा सकता है कि इसका मतलब है। CdTe सौर कोशिकाओं के निर्माण में कार्यरत है के रूप में गति चचेरे भाई, बंद अंतरिक्ष उच्च बनाने की क्रिया (सीएसएस)। यह भी एसएनएस चरण नियंत्रण विशेषकर घन (में, गा) (एस, एसई) 2 (CIGS) और घन 2 ZnSnS 4 (CZTS) सहित, सबसे पतली फिल्म PV सामग्री के लिए की तुलना में कहीं अधिक सरल है कि इसका मतलब है। इसलिए, सेल एफईficiency एसएनएस पी.वी. के व्यावसायीकरण के लिए प्राथमिक बाधा के रूप में खड़ा है, और एसएनएस एक बार उच्च क्षमता प्रयोगशाला पैमाने पर प्रदर्शन कर रहे हैं CdTe के लिए एक बूंद में बदलने पर विचार किया जा सकता है। हालांकि यह दक्षता बाधा अतिरंजित नहीं किया जा सकता है। हम रिकॉर्ड दक्षता वाणिज्यिक विकास को प्रोत्साहित करने के क्रम में, 4% ~ से चार का एक पहलू से 15% वृद्धि चाहिए कि अनुमान है। सीएसएस द्वारा उच्च गुणवत्ता एसएनएस पतली फिल्मों की एक बूंद-इन CdTe के लिए प्रतिस्थापन भी आवश्यकता होगी विकास, और एसएनएस सीधे उगाया जा सकता है, जिस पर एक एन प्रकार साथी सामग्री के विकास के रूप में एसएनएस का विकास करना।

नीचे दिए गए दो अलग-अलग बयान तकनीक, परमाणु परत बयान (ALD) और ते का उपयोग कर रिकॉर्ड एसएनएस सौर कोशिकाओं fabricating के लिए कदम दर कदम प्रक्रिया में वर्णित है। ALD एक धीमी गति से विकास तरीका है, लेकिन करने की तारीख के उच्चतम दक्षता उपकरणों सामने आए है। ते तेजी और औद्योगिक रूप से स्केलेबल है, लेकिन क्षमता में ALD lags। , ते अलग एसएनएस बयान तरीकों के अलावाऔर ALD सौर कोशिकाओं annealing है, सतह passivation, और धातुरूप चरणों में थोड़ा भिन्न होते हैं। उपकरण निर्माण चरणों चित्रा 1 में बताए गए हैं।

प्रक्रिया का वर्णन करने के बाद, प्रमाणित रिकॉर्ड उपकरणों और संबंधित नमूने के लिए परीक्षण के परिणाम प्रस्तुत कर रहे हैं। रिकार्ड परिणाम पहले से सूचित किया गया है। यहाँ ध्यान एक ठेठ प्रसंस्करण रन के लिए परिणाम के वितरण पर है।

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Protocol

1. सब्सट्रेट चुनाव में और कटौती

  1. क्रय एक मोटी थर्मल ऑक्साइड के साथ सी वेफर्स पॉलिश। यहां बताया उपकरणों के लिए, एक 300 एनएम या मोटा थर्मल ऑक्साइड के साथ 500 माइक्रोन मोटी वेफर्स का उपयोग करें। सब्सट्रेट चयन मानदंड चर्चा अनुभाग में चर्चा कर रहे हैं।
  2. स्पिन कोट एक विशिष्ट सकारात्मक photoresist के साथ वेफर की पॉलिश की ओर (एसपीआर 700 या PMMA, ए 495) और नरम सेंकना (100 डिग्री सेल्सियस पर 30 सेकंड)।
    नोट: यह बाद के काटने चरण के दौरान क्षति या प्रदूषण को रोकने के लिए एक सुरक्षात्मक परत है।
  3. 1 "× 1" (25.4 x 25.4 मिमी 2) वर्ग substrates के में वेफर कटौती करने के लिए एक मरने देखा प्रयोग करें।

2. सब्सट्रेट सफाई

  1. 60 डिग्री सेल्सियस - 45 पर 5 मिनट के लिए डे-आयनित (डीआई) पानी में एक अल्ट्रासोनिक स्नान के बाद संकुचित नाइट्रोजन बंदूक का इस्तेमाल कदम काटने से होने वाली particulates और अन्य अवशेषों, निकालें।
  2. एक अल्ट्रासोनिक बीए के साथ photoresist परत निकालें60 डिग्री सेल्सियस - 45 पर 5 मिनट के लिए एसीटोन में वें।
  3. एसीटोन, इथेनॉल, और isopropyl शराब: 60 डिग्री सेल्सियस - 5 45 मिनट के लिए 3 बाद अल्ट्रासोनिक स्नान, सभी के साथ उजागर सब्सट्रेट साफ करें। Substrates के क्वार्ट्ज वाहक में बने हुए हैं, जबकि एक संकुचित नाइट्रोजन बंदूक के साथ सुखाने के द्वारा समाप्त करें।

3. मो Sputtering

  1. एक उच्च वैक्यूम sputtering प्रणाली में साफ सी / 2 Sio substrates के लोड। सब्सट्रेट थाली unheated है और सब्सट्रेट रोटेशन सक्षम है सुनिश्चित करें। 2 के साथ झुका मैग्नेट्रान बंदूकों के साथ एक वाणिज्यिक प्रणाली "लक्ष्य और लगभग 4 की दूरी फेंक" में यहां बताया उपकरणों, प्रक्रिया के लिए।
  2. अपेक्षाकृत उच्च पृष्ठभूमि दबाव एर के इस तरह के रूप में 10 mTorr में पहली परत (आसंजन परत) जमा। 360 एनएम मोटी है कि 2.6 ए / सेकंड की वृद्धि दर देता है, जो 180 डब्ल्यू के एक sputtering शक्ति (डीसी), और एक प्रथम मो परत के साथ यहां बताया उपकरणों, प्रक्रिया के लिए।
  3. दूसरी जमाएक अपेक्षाकृत कम पृष्ठभूमि दबाव एर के इस तरह के रूप में 2 mTorr पर परत (प्रवाहकीय परत)। पहली परत (180 डब्ल्यू) के रूप में ही sputtering शक्ति का प्रयोग करें और एक ही मोटाई जमा।
    नोट: यहां बताया उपकरणों पहली परत के रूप में ही मोटी एनएम 360, था कि एक दूसरे मो परत थी।
  4. मो बयान के बाद, एसएनएस बयान चरण तक वैक्यूम के तहत substrates के दुकान।

4. एसएनएस जमाव

नोट: ALD बयान तकनीक के उप-धारा 4.1 में वर्णित है, और ते बयान उप-धारा 4.2 में वर्णित है। ALD बयान प्रणाली चित्रा 2 में दिखाया गया है, और ते बयान प्रणाली में 3 चित्र में दिखाया गया है।

  1. ALD द्वारा जमा एसएनएस
    1. रिएक्टर में लोड करने से पहले, जैविक कणों को दूर करने के लिए 5 मिनट के लिए एक यूवी ओजोन क्लीनर में मो substrates के लिए डाल दिया। फिर सब्सट्रेट धारक पर substrates के लिए जगह और बयान क्षेत्र में डालें।
    2. भट्ठी टेम्पे स्थिरबयान शुरू करने से पहले 200 डिग्री सेल्सियस पर rature।
    3. भारतीय मानक ब्यूरो की प्रतिक्रिया (एन, एन '-diisopropylacetamidinato) -tin (द्वितीय) [एस एन 2, यहां एस.एन. (एएमडी) के रूप में संदर्भित (2 MEC (एन -iPr)) 2] और हाइड्रोजन सल्फाइड (ज से एसएनएस पतली फिल्मों के लिए आगे बढ़ें 2 एस) 4।
      1. एसएन (एएमडी) 95 डिग्री सेल्सियस के एक निरंतर तापमान पर 2 अग्रदूत रखें। बयान क्षेत्र के लिए ओवन में कंटेनर से एसएन (एएमडी) 2 वाष्प की डिलीवरी की सहायता के लिए शुद्ध एन 2 गैस का प्रयोग करें। प्रत्येक ALD चक्र के दौरान, एसएन (एएमडी) की आपूर्ति के तीन खुराक 1.1 Torr दूसरे के कुल निवेश के लिए 2 अग्रदूत।
      2. सल्फर स्रोत के रूप में एन 2 में 4% एच 2 एस के एक गैस मिश्रण का प्रयोग करें। हाइड्रोजन सल्फाइड वाष्प के लिए जोखिम खुराक प्रति 1.5 Torr दूसरे नंबर पर है सुनिश्चित करें। एच 2 एस के आंशिक दबाव और एन 2 में एच 2 एस की कुल दबाव में क्रमश: 0.76 Torr और 19 Torr हैं सुनिश्चित करें।
    4. सेट Tएसएन अग्रदूत खुराक और एच 2 एस खुराक के बीच समय पम्पिंग वह बयान में तेजी लाने के क्रम में (लघु सबसे अन्य परम्परागत ALD प्रक्रियाओं की तुलना में) केवल 1 सेकंड हो।
      नोट: एसएन अग्रदूत पूरी तरह से इस छोटे से पम्पिंग समय से नहीं हटाया गया है, क्योंकि एच 2 एस आता है, कुछ अवशिष्ट एसएन अग्रदूत बना हुआ है। इस तरह की प्रक्रिया एक स्पंदित सीवीडी प्रक्रिया के रूप में वर्णित किया जा सकता है। एसएनएस फिल्म की विकास दर 0.33 ए / चक्र, या 0.04 ए / सेकंड है।
  2. ते द्वारा जमा एसएनएस
    1. प्रक्रिया चैम्बर दबाव 2 एक्स 10 -7 Torr या कम है कि सुनिश्चित करें। लोड ताला के माध्यम से चेंबर में लोड substrates के। एक क्लिप के साथ, या सब्सट्रेट थाली करने के लिए नीचे खराब कर दिया है कि उचित आकार जेब के साथ एक कस्टम सब्सट्रेट धारक के साथ या तो थाली करने के लिए substrates के पकड़ो।
    2. उनके setpoints करने के लिए स्रोत और सब्सट्रेट हीटर रैंप। यहां बताया डिवाइस के लिए सब्सट्रेट तापमान 240 डिग्री सेल्सियस है और विकास दर 17; / सेकंड; 610 डिग्री सेल्सियस (स्रोत पाउडर की एक भी लोड करने के लिए समय के साथ आवश्यक स्रोत तापमान बढ़ जाती है) - रेंज 550 में स्रोत तापमान सेट इस विकास दर हासिल करने के लिए। लक्ष्य फिल्म मोटाई 1,000 समुद्री मील दूर है।
    3. पहले और प्रक्रिया के चेंबर में QCM हाथ ले जाकर एसएनएस फिल्म बयान के बाद क्वार्ट्ज क्रिस्टल मॉनिटर (QCM) का उपयोग कर बयान की दर को मापने। QCM सब्सट्रेट विकास की स्थिति में ले जाया जा सकता है, ताकि इस माप के लिए सब्सट्रेट उठाया है।
      नोट: जमा दर 3 घंटा के बयान से पूरे समय काफी लगातार बनी हुई है (0.05 ए / सेक विचलन ±)।
    4. बयान के बाद, हवा को निकाल से पहले वापस लोड ताला में नमूने हस्तांतरण। जल्दी निर्वात में या अगले प्रसंस्करण कदम से पहले माहौल निष्क्रिय glovebox में या तो भंडारण में हवा के माध्यम से नमूने परिवहन।
      नोट: ठेठ गैर-इरादतन हवा जोखिम समय लगभग 3 मिनट है। ठेठ भंडारण समय एक दिन और ओ के बीच हैEEK।

5. एसएनएस एनीलिंग

नोट: यह कदम ALD और ते सौर कोशिकाओं के लिए थोड़ा अलग ढंग से किया जाता है। ALD सौर कोशिकाओं के लिए annealing प्रक्रिया उप-धारा 5.1 में वर्णित है, और ते सौर कोशिकाओं के लिए प्रक्रिया को उप-धारा 5.2 में वर्णित है। annealing के उद्देश्य चर्चा अनुभाग में चर्चा की है।

  1. एच 2 एस गैस में ALD देसी एसएनएस फिल्मों पानी रखना।
    नोट: यह कदम ALD विकास के लिए इस्तेमाल एक ही सिस्टम में किया जाता है।
    1. 40 SCCM और 10 Torr के दबाव के प्रवाह की दर पर शुद्ध एच 2 एस गैस (शुद्ध 99.5%) का प्रयोग करें।
    2. 400 डिग्री सेल्सियस के तापमान को एसएनएस फिल्म हीट और एच 2 एस गैस वातावरण में 1 घंटे के लिए पकड़। गैस तापमान ऊपर ramping और नीचे सहित पूरी प्रक्रिया में बह रहा है सुनिश्चित करें।
  2. एच 2 एस गैस में ते देसी एसएनएस फिल्मों पानी रखना। एक समर्पित ट्यूब भट्ठी में इस चरण को पूरा करें।
    1. लोड वेंभट्ठी की गर्म जोन क्षेत्र में एक साफ क्वार्ट्ज थाली और स्लाइड पर ई नमूने हैं।
    2. भट्ठी को सील करने के बाद, शुद्ध एन 2 के साथ तीन बार शुद्ध और आधार दबाव के नीचे पंप करने के लिए अनुमति देते हैं।
    3. 28 Torr में 4% एच 2 एस के 100 SCCM में गैस का प्रवाह स्थापित करना।
    4. 10 मिनट से अधिक 400 डिग्री सेल्सियस तापमान रैंप। नमूने गर्म क्षेत्र में बेबस शांत करने के लिए अनुमति देते हैं, फिर 1 घंटे के लिए 400 डिग्री सेल्सियस पर पकड़ो। नमूने 60 डिग्री सेल्सियस से नीचे शांत जब तक निरंतर एच 2 एस गैस प्रवाह और दबाव बनाए रखें। नमूने निकालें और या तो अगले कदम के लिए तुरंत आगे बढ़ना है, या एक अक्रिय गैस दस्ताने बॉक्स में भंडारण में उन्हें जगह है।

एक देशी ऑक्साइड के साथ 6. एसएनएस भूतल Passivation

नोट: यह कदम ALD और ते सौर कोशिकाओं के लिए थोड़ा अलग ढंग से किया जाता है। उप-धारा 6.1 में ALD सौर कोशिकाओं के लिए सतह passivation प्रक्रिया में वर्णित है, और ते सौर कोशिकाओं के लिए प्रक्रिया को उप-धारा में वर्णित किया गया है6.2। इस कदम के समारोह में आगे की चर्चा खंड में चर्चा की है।

  1. ALD देसी नमूने के लिए, ALD द्वारा SNO 2 की एक पतली परत हो जाना।
    नोट: हम एसएनएस विकास के लिए प्रयोग किया जाता है कि तुलना में एक अलग रिएक्टर का उपयोग करें।
    1. टिन की चक्रीय एमाइड की प्रतिक्रिया से SNO 2 बढ़ो [(1,3 भारतीय मानक ब्यूरो (1,1-dimethylethyl) -4,5-dimethyl- (4 आर, 5R) -1,3,2-diazastannolidin-2-ylidene) एसएन (द्वितीय)] और हाइड्रोजन पेरोक्साइड (एच 2 ओ 2)। 43 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन, और आरटी पर एक bubbler में एच 2 ओ 2 में चक्रीय एमाइड टिन अग्रदूत स्टोर।
    2. बयान के लिए 120 डिग्री सेल्सियस पर सब्सट्रेट तापमान बनाए रखें।
    3. 5 चक्रों की कुल के लिए क्रमश: चक्र के अनुसार 0.33 और 1.5 Torr दूसरा, का उपयोग कर टिन अग्रदूत और एच 2 ओ 2, बेनकाब। एक्स-रे Photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) विश्लेषण 10 द्वारा मापा गया जिसके परिणामस्वरूप SNO 2 की मोटाई 0.6 0.7 एनएम है कि जाँच करें।
  2. ते देसी नमूने के लिए, एक थी फार्महवा जोखिम से SNO 2 के एन परत।
    1. 24 घंटे के लिए प्रयोगशाला परिवेशी वायु के लिए नमूनों को बेनकाब। XPS विश्लेषण द्वारा मापा गया जिसके परिणामस्वरूप SNO 2 की मोटाई, लगभग 0.5 एनएम है कि जाँच करें।
      नोट: ठेठ आर टी सी 24 ± 1 डिग्री है, और ठेठ आर्द्रता (गर्मियों में उच्च) 45% ± 13% है; यहां बताया उपकरणों के लिए, मान क्रमश: 24.6 सेल्सियस और <30%, थे।

Zn 7. बयान (हे, एस) / जेडएनओ बफर परत

नोट: यह कदम ALD द्वारा एसएनएस विकास के लिए प्रयोग किया जाता है कि एक ही ALD चैम्बर में किया जाता है।

  1. ALD से एन परत: एक Zn (हे, एस) आगे बढ़ें।
    1. 120 डिग्री सेल्सियस पर सब्सट्रेट तापमान बनाए रखें।
    2. बढ़ो Zn (ओ एस): diethylzinc की प्रतिक्रिया (Zn (सी 2 एच 5) 2, DEZ), विआयनीकृत पानी (एच 2 ओ), 2 एस एन 2 में 4% एच, और अमोनिया से ALD से एन (एनएच 3) 11। Bubbler contai स्टोरआरटी पर निंग DEZ। का एक चक्र अनुक्रम का उपयोग [DEZ-एच 2 ओ-DEZ-एनएच 3] 14 - [DEZ-एच 2 एस] 1, और इस सुपर चक्र 12 बार दोहराएँ। अमोनिया का जोखिम 11 Torr दूसरे नंबर पर है सुनिश्चित करें।
    3. रदरफोर्ड backscattering स्पेक्ट्रोस्कोपी 12 द्वारा मापा गया जिसके परिणामस्वरूप फिल्म में एस / Zn के अनुपात 0.14 है कि जाँच करें, और फिल्म की मोटाई लगभग 36 समुद्री मील दूर है।
  2. ALD से एक जेडएनओ परत आगे बढ़ें।
    1. 120 डिग्री सेल्सियस पर सब्सट्रेट तापमान बनाए रखें।
    2. DEZ-एच 2 ओ के 50 ALD चक्र के साथ जेडएनओ बढ़ो
      नोट: जिसके परिणामस्वरूप जेडएनओ फिल्म की मोटाई लगभग 18 समुद्री मील दूर है।

पारदर्शी संचालन ऑक्साइड की 8. जमाव (TCO), ईण्डीयुम टिन ऑक्साइड (आईटीओ)

  1. (610 माइक्रोन) एल्यूमीनियम 6061 चादर एक प्रयोगशाला लेजर कटर का उपयोग करते हुए "एक 0.024 से आईटीओ छाया मास्क काटें।
    नोट: मास्क 0.25 सेमी 2 में कर रहे हैं कि 11 आयताकार उपकरणों को परिभाषितआकार प्लस ऑप्टिकल परावर्तन माप के लिए प्रयोग किया जाता है कि एक कोने में एक बड़ा पैड, चित्रा 4 देखें।
  2. एक मुखौटा aligner में उपकरणों और मास्क माउंट।
    नोट: इस जगह में मास्क सुरक्षित करने के लिए नेस्टेड सब्सट्रेट के लिए जेब और मास्क और क्लिप के साथ एक एल्यूमीनियम प्लेट है।
  3. प्रतिक्रियाशील magnetron sputtering द्वारा जमा आईटीओ।
    1. लगभग 80 सब्सट्रेट गर्मी - 90 सी और सब्सट्रेट रोटेशन कर सकें।
    2. 4 mTorr कुल दबाव में 40 / 0.1 SCCM एर / ओ 2 गैस के प्रवाह के साथ 65 डब्ल्यू आरएफ sputtering के सत्ता में (2 ओ 3 / SNO 2 90/10 WT।%, शुद्ध 99.99% में) एक 2 इंच व्यास आईटीओ लक्ष्य का प्रयोग करें।
    3. एक 240 एनएम मोटी इतो फिल्म के लिए आगे बढ़ें।
      नोट: इन मानकों के साथ, रेंज में 0.5 ए / सेकंड और चादर प्रतिरोधों की विकास दर 40-60 Ω / वर्ग प्राप्त कर रहे हैं।

9. धातुरूप

  1. एक 127 माइक्रोन मोटी ऑस्टेन से काट धातुरूप छाया मास्कITIC स्टेनलेस स्टील शीट।
    नोट: ये मास्क एक वाणिज्यिक कंपनी द्वारा 10 + / -5 माइक्रोन सहिष्णुता के साथ काट रहे हैं। धातु पैटर्न 2 1.5 मिमी द्वारा अलग उँगलियाँ, प्रत्येक 7 मिमी लंबी है, और एक 1 x 1 मिमी 2 संपर्क पैड, चित्रा 4 देख के होते हैं।
  2. चरण 8.2 के रूप में, एक मुखौटा aligner में उपकरणों और मास्क माउंट।
  3. इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण द्वारा (ते उपकरणों के लिए) जमा या एजी (ALD उपकरणों के लिए) नी / अल।
    1. एक इलेक्ट्रॉन बीम धातुओं वाष्पीकरण प्रणाली के सब्सट्रेट प्लेट पर माउंट मुखौटा aligner। 1 एक्स 10 -6 Torr नीचे एक आधार के दबाव के नीचे पम्प।
    2. 2 ए / सेकंड की दर से धातु लुप्त हो जाना। 500 एनएम कुल धातु मोटाई जमा।

10 डिवाइस विशेषता

  1. नकली अंधेरे और AM1.5 में सौर प्रकाश में सभी उपकरणों पर - ('वी जे ") माप वर्तमान वोल्टेज प्रदर्शन करते हैं।
    1. वी डेटा FR - जम्मू इकट्ठा करके सौर सिम्युलेटर जांचनाएक calibrated सिलिकॉन सौर सेल और AM1.5 आतपन के लिए calibrated वर्तमान मूल्य तक पहुँचने तक सौर सिम्युलेटर दीपक शक्ति और ऊंचाई का समायोजन ओम।
    2. शीर्ष (एनोड, एजी या अल) और नीचे (कैथोड, मो) परतों दोनों के लिए संपर्क करने के लिए तांबा फीरोज़ा डबल जांच युक्तियों का उपयोग करके चार-तार मोड में उपकरणों से संपर्क करें। एक स्केलपेल ब्लेड के साथ बफर और एसएनएस परतों दूर scratching से नीचे की परत से संपर्क करें।
    3. उपाय प्रकाश और अंधेरे जम्मू - सोर्सिंग वोल्टेज से एक स्रोत-मीटर का उपयोग और वर्तमान को मापने वी डेटा।
      नोट: उपकरणों आमतौर पर 0.5 ± सीमा के भीतर मापा जाता वी उपकरणों वोल्टेज sweeps के दिशा या दर के लिए उत्तरदायी नहीं हैं। नियमित परीक्षण के लिए एक क्षेत्र को परिभाषित प्रकाश एपर्चर अधिक जानकारी के लिए चर्चा खंड देखें उपयोग नहीं किया है।
  2. चर प्रकाश और वोल्टेज पूर्वाग्रह के साथ, सभी उपकरणों पर बाहरी क्वांटम दक्षता (EQE) मापन का प्रदर्शन।
    1. Respo को मापने के द्वारा EQE प्रणाली जांचनाएक सी अंशांकन फोटोडायोड की NSE।
      नोट: सॉफ्टवेयर तदनुसार प्रकाश के स्तर को समायोजित करने के लिए एक NIST समर्थित मानक के साथ प्रदर्शन मापन के लिए इस डेटा तुलना करती है।
    2. कदम 10.1.2 के रूप में, चार-तार विधि का उपयोग उपकरणों से संपर्क करें।
    3. 270 1100 एनएम के तरंग दैर्ध्य रेंज पर 100 हर्ट्ज पर कटा हुआ एक रंग का प्रकाश के साथ नमूना illuminates और जिसके परिणामस्वरूप मौजूदा उपाय जो एक वाणिज्यिक प्रणाली का उपयोग कर EQE उपाय। निर्माता के मानक संचालन प्रक्रिया के अनुसार इस माप प्रदर्शन।
    4. चर वोल्टेज और सफेद प्रकाश पूर्वाग्रह के साथ EQE माप दोहराएँ। वोल्टेज पूर्वाग्रह, और प्रकाश पूर्वाग्रह की आपूर्ति करने के लिए एक हैलोजन लैंप की आपूर्ति करने के लिए एक sourcemeter का प्रयोग करें। आगे दोनों में उपकरणों को मापने और वोल्टेज पूर्वाग्रह रिवर्स, और ~ 1 सूर्य अप करने के लिए चर सफेद प्रकाश की तीव्रता के तहत।
    5. आंतरिक करने के लिए बाहरी कन्वर्ट करने के क्रम में एक एकीकृत क्षेत्र के साथ एक स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग इतो ऊपर की सतह के ऑप्टिकल reflectance (% आर) को मापनेक्वांटम दक्षता (IQE)। निर्माता के मानक संचालन प्रक्रिया के अनुसार इस माप प्रदर्शन।

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Representative Results

जैसा कि ऊपर वर्णित आंकड़ों में 6-8 परिणाम दो प्रतिनिधि "आधारभूत" ते देसी नमूने के लिए दिखाए जाते हैं। प्रबुद्ध जम्मू - इन दो नमूनों के लिए वी डेटा चित्रा 6 में साजिश रची है पहला नमूना ("SnS140203F") जैसा कि पहले बताया गया था कि 3.88% की प्रमाणित दक्षता के साथ युक्ति झुकेंगे 9 प्रतिनिधि जेवी वितरण भी प्रत्येक नमूने के लिए दिखाए जाते हैं।।। एक दिया पूर्वाग्रह वोल्टेज के लिए, इन वितरण के रूप में गणना कर रहे हैं 1 समीकरण जहां <जम्मू> सभी उपकरणों के लिए मापा वर्तमान घनत्व का औसत है, σ जम्मू इन मापों के मानक विचलन है, और एन माप की कुल संख्या है। दूसरे शब्दों में, औसत और मानक त्रुटि रेखांकन प्रतिनिधित्व कर रहे हैं। इस प्रतिनिधित्व विभिन्न नमूनों से परिणामों की तुलना के साथ मदद करता है, और के लिए नेत्रहीन का आकलनजिसके परिणामस्वरूप डिवाइस के प्रदर्शन पर उपकरण निर्माण में परिवर्तन के प्रभाव।

जम्मू - वी डेटा के नमूनों एक नमूना पर उपकरणों के बीच होती है कि अलग धकेलना प्रतिरोध के साथ समस्याओं से ग्रस्त है कि सलाह देते हैं। यह निष्कर्ष आगे आंकड़े 7 और 8 से मजबूत बनाया है। चित्रा 7 में मानक सौर सेल मानकों प्लॉट किए जाते हैं - खुला सर्किट वोल्टेज (वी ओसी), शॉर्ट सर्किट वर्तमान घनत्व (जे अनुसूचित जाति), पहलू (एफएफ), और सत्ता परिवर्तन दक्षता भर -। चित्रा 6 में दिखाया गया है कि सभी एक ही उपकरणों के लिए नेत्रहीन मापदंडों के बीच सह-संबंध की पहचान करने के लिए बार ग्राफ प्रतिनिधित्व मदद करता है। इन नमूनों के लिए सबसे स्पष्ट सहसंबंध अलग धकेलना या श्रृंखला प्रतिरोध घाटे से ग्रस्त हैं कि उपकरणों के लिए उम्मीद के रूप में, कार्यकुशलता और एफएफ के बीच है। दूसरी डिवाइस के लिए दक्षता और वी आयोजन समिति के बीच एक स्पष्ट सहसंबंध भी वहाँ है,अलग धकेलना प्रतिरोध नुकसान के लिए उम्मीद के रूप में।

इन परस्पर संबंधों 8 चित्रा में दिखाया गया बहुभिन्नरूपी भूखंडों द्वारा स्पष्ट किया जाता है। यहाँ, वी ओसी, जम्मू अनुसूचित जाति, और एफएफ श्रृंखला (आर एस) और अलग धकेलना (आर एसएच) प्रतिरोधों के खिलाफ साजिश रची है। आर एस और आर श रैखिक उपयोग कर की गणना कर रहे हैं जम्मू के लिए फिट बैठता है - 0.5 और 0 वी के पास वी डेटा, क्रमशः। वी डेटा - कई मामलों में यह जम्मू के लिए फिट हो सकते हैं, जो एक डायोड मॉडल में पैरामीटर के रूप में आर एस और आर श निकालने के लिए बेहतर होगा। हालांकि, अपेक्षाकृत कम दक्षता सौर कोशिकाओं के लिए विश्वसनीय नहीं कर रहे हैं उच्च दक्षता उपकरणों के लिए सफल हो कि कई नुकसान के सूत्रों का कहना है, और डायोड मॉडल हैं। इसलिए यह एक और अधिक मजबूत तकनीक के द्वारा आर एस और आर श निकालने के लिए पसंद किया जाता है। परिणामस्वरूप मूल्यों सही नहीं किया जा सकता है, रुझानडी एस अभी भी शिक्षाप्रद हैं और विकास का मार्गदर्शन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। प्रतिरोध अलग धकेलना है कि यह आंकड़ा 8 की पुष्टि में डेटा हानि का एक प्रमुख स्रोत है। इस सीमांत बल (आर एसएच) में बढ़ती प्रवृत्ति में सबसे स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है। डेटा डिवाइस के विकास के वर्तमान चरण में, अलग धकेलना प्रतिरोध स्पष्ट बनने के लिए अन्य सुधार की प्रक्रिया से दक्षता लाभ के लिए आदेश में लगभग 200 Ω 2 सेमी से अधिक से अधिक बनाए रखा जाना चाहिए, कि दिखाते हैं। आर एस यहां बताया उपकरणों को सीमित करने के लिए नहीं दिखाई देता है। आर एस के लिए मूल्यों को आम तौर पर 0.5 Ω 2 सेमी रहे हैं, और केवल शायद ही कभी 1 Ω 2 सेमी ऊपर के उद्यम।

एक प्रतिनिधि "आधारभूत" जैसा कि ऊपर वर्णित ALD देसी नमूना के लिए परिणाम 9 चित्रा में दिखाए जाते हैं। ALD उपकरणों 4.6% दक्षता दिखा सबसे अच्छा उपकरण के साथ, ते उपकरणों की तुलना में बेहतर प्रदर्शन दिखा। अलग एसएनएस विकास तकनीकों के अलावा, टीनिर्माण wo के प्रक्रियाओं ऑक्सीकरण द्वारा एसएनएस सतह passivation में मतभेद है। ALD नमूने एक हवा को तोड़ने के बिना विकास कक्ष में annealed रहे हैं, जबकि इसके अलावा, ते नमूने, फिल्म विकास और annealing के बीच में प्रयोगशाला हवा के संपर्क में हैं। ALD देसी नमूने ते देसी नमूनों की तुलना में अलग धकेलना प्रतिरोध घाटे से कम पीड़ित दिखाई देते हैं। इस अंतर का कारण ज्ञात नहीं है। यह ALD देसी एसएनएस फिल्मों ते देसी फिल्मों की तुलना में, की वजह से खुद को सीमित विकास मोड और धीमी विकास दर के लिए, और अधिक कॉम्पैक्ट हैं कि संभव है।

प्रमाणित डिवाइस परीक्षण। चित्रा 10 में reproduced हैं छोड़ दिया पर 9,10 एक ALD देसी एसएनएस परत का उपयोग प्रमाणित रिकार्ड डिवाइस दिखाया गया है। इस नमूने के लिए प्रमाणित दक्षता 4.36% थी, और कुशल 4.54% अप करने के लिए उपकरणों का एक ही निर्माण प्रक्रिया का उपयोग कर मापा गया है। सही पर एक ते देसी एसएनएस परत का उपयोग प्रमाणित रिकार्ड डिवाइस दिखाया गया है। इस नमूने के लिए प्रमाणित दक्षता3.88% थी, और 4.1% अप करने के लिए उपकरणों का एक ही प्रक्रिया के साथ मापा गया है। 3.88% प्रमाणित परीक्षा परिणाम 7 चित्र में दिखाया के रूप में औसत ± मानक विचलन, 3.5% 0.4% ± है, जिसके लिए एक ही नमूना, के लिए मापा सीमा के भीतर अच्छी तरह से है कि ध्यान दें।

परिवेश की स्थिति में एसएनएस ते देसी सौर कोशिकाओं की स्थिरता का प्रदर्शन 11 से पता चलता परिणाम चित्रा। चुनिंदा नमूने के लिए जम्मू - वी परीक्षण से पहले और ऊपर से ग्यारह महीने के लिए संग्रहीत करने के बाद प्रदर्शन किया गया। नमूने हवा में संग्रहीत और encapsulation बिना परिवेश प्रकाश से अवगत कराया गया। प्रक्रिया रिपोर्ट यहाँ की तुलना में 11 चित्रा में दिखाया गया है सभी चार नमूने थोड़ा अलग ढंग से संसाधित किया गया; इस ऐतिहासिक कारणों के लिए है, और यहां बताया उपकरणों के विभिन्न स्थिरता विशेषताओं होता है कि लगता है कि वहाँ कोई कारण नहीं है। प्रसंस्करण मतभेद बदलती performanc के लिए यह आंकड़ा शीर्षक में वर्णित है, और वे खाते हैंउपकरणों की ई। मुख्य मुद्दा यह कम से कम गिरावट एक वर्ष से अधिक मनाया जाता है। यह सौर कोशिकाओं नम गर्मी या लंबे समय तक पूर्ण स्पेक्ट्रम रोशनी के रूप में और अधिक तेजी से जीवन भर के परीक्षण के लिए जीवित है, कैसे होगा एसएनएस देखने की बात है।

चित्र 1
चित्रा 1. उपकरण निर्माण की प्रक्रिया। डिवाइस निर्माण की प्रक्रिया का गणन, धातुरूप करने के लिए सब्सट्रेट काटने (# 1, नीचे) (# 9, ऊपर) से।

चित्र 2
चित्रा 2. परमाणु परत बयान (ALD) प्रणाली सिंहावलोकन। (टॉप) प्रणाली ALD योजनाबद्ध ड्राइंग। गिने और लेबल महत्वपूर्ण घटकों के साथ (नीचे) प्रणाली ALD तस्वीर,। इस प्रणाली के एसएनएस बयान, एसएनएस annealing के प्रदर्शन, और परत बयान बफर और Gord में बैठता है सकते हैंहार्वर्ड विश्वविद्यालय में समूह पर। यह एक गर्म दीवार बयान ट्यूब के होते हैं, अग्रदूत स्टोर करने के लिए इस्तेमाल किया दो ओवन, गैस देने और नियंत्रण प्रणाली, तापमान को नियंत्रित प्रणाली और एक रोटरी फलक यांत्रिक वैक्यूम पंप। सब्सट्रेट धारक डाल सकता है पर सबसे आठ 1 "× 1" वर्ग substrates। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. थर्मल वाष्पीकरण (ते) प्रणाली सिंहावलोकन। महत्वपूर्ण घटकों के गिने और लेबल रहे हैं। इस प्रणाली के एसएनएस बयान करने के लिए समर्पित है और एमआईटी में Buonassisi समूह में बैठता है। प्रणाली एक प्रक्रिया कक्ष और एक लोड ताला के होते हैं। प्रक्रिया चैम्बर आम तौर पर उच्च निर्वात की स्थिति (1 × 10 -8 Torr) के तहत रखा है और साथ एक बंद सब्सट्रेट चरण में शामिल किया जाता हैनमूना रोटेशन और विकिरण हीटिंग, और स्रोत वाष्पीकरण के लिए एक बंद बहाव सेल। चैम्बर भी विकास दर को मापने के लिए सब्सट्रेट प्लेट के नीचे स्थित एक ले लेने योग्य क्वार्ट्ज क्रिस्टल मॉनिटर (QCM), और सब्सट्रेट के तापमान को मापने के लिए एक पाइरोमीटर है। वाणिज्यिक खरीदी एसएनएस पाउडर पहले वर्णित एक थर्मल पूर्व उपचार के साथ, अग्रदूत के लिए प्रयोग किया जाता है। 9 सब्सट्रेट थाली है, जो एक बड़ी युक्ति सब्सट्रेट (2 में 1 × 1) और एक छोटे सब्सट्रेट (2 में 1 × 1/3) रखती है एसएनएस फिल्म मापन के लिए इस्तेमाल किया। स्रोत छिद्र करने के लिए सब्सट्रेट से दूरी 10 सेमी है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4. धातुरूप पैटर्न और नमूना तस्वीर। & # 160; बाएँ पर ड्राइंग 0.25 सेमी 2 उपकरणों के लिए धातुरूप पैटर्न से पता चलता है। स्पष्टता के लिए TCO के पदचिह्न केवल एक ही डिवाइस पर उल्लिखित है। इसके अलावा ऑप्टिकल परावर्तन माप के लिए प्रयोग किया जाता है कि बड़े TCO के पैड का स्थान है दिखाया गया है। सही पर तस्वीर ते देसी एसएनएस साथ एक असली नमूना दिखाता है। बाएँ पर खरोंच क्षेत्र के परीक्षण के लिए अंतर्निहित मो परत करने के लिए संपर्क प्रदान करता है। तस्वीर:। के.जे. वांग इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
जांच के कार्ड के साथ 5. डिवाइस परीक्षण चित्रा। यह ऊपर से नीचे की छवि कस्टम जांच के कार्ड के साथ एक साथ संपर्क किया कई उपकरणों के साथ परीक्षण स्टेशन चक पर मुहिम शुरू की एक नमूना दिखाता है। नमूने का केवल आधा इस छवि में दिख रहा है।jove.com/files/ftp_upload/52705/52705fig5large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
6 चित्रा जम्मू - दो अलग अलग "आधारभूत" ते नमूनों पर उपकरणों के लिए वी परीक्षण। स्पष्टता के लिए, किसी नमूने पर सभी 12 उपकरणों (भूरे या लाल) एक ही रंग में प्लॉट किए जाते हैं। पाठ में वर्णित के रूप में प्रत्येक नमूने पर सभी उपकरणों के लिए वी लिफाफे (मानक त्रुटि ± औसत), - प्रतिनिधि जम्मू अलावा प्लॉट किए जाते हैं। इन मापों एक क्षेत्र को परिभाषित प्रकाश एपर्चर के बिना प्रदर्शन किया गया। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

। सहसंबंध अधिक पारदर्शी बनाने के लिए - 11 उपकरणों के प्रत्येक "SnS140203F" (ऊपर) और "SnS140306H" (नीचे) के लिए - दो आधारभूत ते नमूने के लिए 7 चित्रा सौर सेल परीक्षण पैरामीटर परीक्षण के परिणाम का परीक्षण प्रत्येक डिवाइस के लिए एक एकल लाइन पर प्लॉट किए जाते हैं । प्रत्येक भूखंड प्रत्येक वितरण के लिए सबसे अच्छा है, औसत, मानक विचलन (एसडी), और मानक त्रुटि (एसई) की रिपोर्ट से ऊपर है। सबसे अच्छा वी OC (उदाहरण के लिए) उच्चतम मापा वी OC, नहीं सबसे कुशल डिवाइस के वी OC है कि ध्यान दें। इन मापों एक क्षेत्र को परिभाषित प्रकाश एपर्चर के बिना प्रदर्शन किया गया। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आंकड़ा 8
8 चित्रा एस eries और दो ​​आधारभूत ते नमूने के लिए अलग धकेलना प्रतिरोध बहुभिन्नरूपी भूखंडों। प्रतिनिधित्व उपकरणों के आंकड़े 6-7 की रिपोर्ट में वही कर रहे हैं। श्रृंखला (आर एस) और अलग धकेलना (आर एसएच) resistances के पाठ में वर्णित के रूप में गणना कर रहे हैं। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

9 चित्रा
9 चित्रा जेवी परीक्षण और एक आधारभूत ALD नमूना के लिए परीक्षण मानकों। (टॉप) जेवी घटता अच्छा चोटी के प्रदर्शन दिखाने के लिए, लेकिन कुछ उपकरणों स्पष्ट रूप से कम अलग धकेलना प्रतिरोध से ग्रस्त हैं। (नीचे) परीक्षण पैरामीटर दक्षता और अलग धकेलना प्रतिरोध नुकसान के साथ संगत एफएफ, के बीच एक मजबूत संबंध को दिखाते हैं। इन मापों एक क्षेत्र को परिभाषित प्रकाश एपर्चर के बिना प्रदर्शन किया गया।.jove.com / फ़ाइलें / ftp_upload / 52,705 / 52705fig9large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

10 चित्रा
ALD- और ते देसी उपकरणों के लिए 10 चित्रा प्रमाणन का परिणाम है। राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला, संयुक्त राज्य अमरीका में पी.वी. प्रदर्शन विशेषता टीम द्वारा प्रदर्शन प्रमाणन। Sinsermsuksakul एट अल में के रूप में रिपोर्ट (बाएं) ALD प्रमाणित रिकॉर्ड, 4.36% है। Steinmann एट अल में रिपोर्ट के रूप में 10 (सही) ते प्रमाणित रिकॉर्ड, 3.88% है। 9 यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

11 चित्रा
चित्रा 11. लंबे समय तक स्टेशनएसएनएस सौर कोशिकाओं की साख जम्मू -। हवा में संग्रहित किया जा रहा है और encapsulation के बिना परिवेश प्रकाश के संपर्क में किया जा रहा है, जबकि बार-बार, लगभग एक वर्ष की अवधि में मापा गया है कि नमूनों की वी परीक्षण। काले घटता प्रारंभिक माप दिखाने के प्रत्येक कक्ष के लिए, लाल घटता अंतिम माप दिखाने के लिए, और घटता दिखा धराशायी। पतली लाइनों प्रत्येक परीक्षा के लिए सबसे अच्छा उपकरण दिखाने के लिए, और मोटी घटता प्रतिनिधि जम्मू रहे हैं - पाठ में वर्णित के रूप में प्रत्येक नमूने पर सभी उपकरणों के लिए वी लिफाफे (मानक त्रुटि ± औसत)। (क) कोई एच 2 एस annealing के कदम: सभी चार पैनलों निम्नलिखित मतभेदों के अलावा इस पांडुलिपि में वर्णित के रूप में संसाधित किया गया है कि ते देसी नमूने दिखाते हैं। (ख) पतली अवशोषक परत, 650 एनएम मोटी; कोई एच 2 एस annealing के कदम; हवा लोगों तक पहुंचाने के लिए 30 मिनट के लिए 200 डिग्री सेल्सियस पर प्रदर्शन किया। (ग) पतली अवशोषक परत मोटी 650 एनएम; कोई एच 2 एस annealing के कदम; बफर परत Wउच्च सल्फर सामग्री और कोई नाइट्रोजन डोपिंग रबर। (घ) antireflection कोटिंग डिवाइस ढेर के शीर्ष पर जमा किया। माप के बीच समय, क्रमशः। 50 सप्ताह, 48 सप्ताह, 48 सप्ताह, और पैनलों ए, बी, सी और डी के लिए 28 सप्ताह था इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 12
चित्रा 6-8 की रिपोर्ट में 12 चित्रा दो आधारभूत ते नमूने भर में स्थानिक गैर एकरूपता का दृश्य। परिणाम एक ही है। वहाँ प्रत्येक नमूने पर 11 उपकरणों रहे हैं, और प्रत्येक डिवाइस के रंग मापा दक्षता के अनुसार कोडित है; रंग मैप दोनों नमूनों के लिए ही है। सफेद काले और अंडे सेने डिवाइस नहीं मापा गया था कि या तो इंगित करता है, या कोई डिवाइस (प्रत्येक नमूने के एक कोने के रूप में) मौजूद थे।

चित्रा 13
चित्रा 13. आम कारण विचरण की उपस्थिति में परिकल्पना परीक्षण का उदाहरण सचित्र। काल्पनिक पात्र एंजेला और Nessi अलग से प्रक्रिया बी प्रक्रिया ए एंजेला की तुलना में उच्च दक्षता सौर कोशिकाओं उपज परिकल्पना है कि परीक्षण कर रहे हैं बेहतर प्रक्रिया नियंत्रण, लेकिन एक से थोड़ा कम आधारभूत दक्षता की तुलना में है Nessi। (ए, डी, जी) एंजेला और Nessi के परिणामों के लिए सच है प्रायिकता वितरण। (बी, ई, एच) व्यक्तिगत माप। (सी, एफ, मैं) मापा वितरण। केवल 6 नमूनों के साथ, एंजेला शून्य परिकल्पना को अस्वीकार कर सकते हैं लेकिन Nessi नहीं कर सकते हैं। पूर्ण विवरण के लिए पाठ देखें। देखने के लिए यहां क्लिक करेंआंकड़ा का एक बड़ा संस्करण।

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Discussion

सब्सट्रेट चयन सफाई

ऑक्सीकरण हो जाता सी वेफर्स substrates के रूप में उपयोग किया जाता है। substrates के लिए जिसके परिणामस्वरूप सौर कोशिकाओं के लिए यांत्रिक समर्थन कर रहे हैं, और उनके बिजली के गुणों महत्वपूर्ण नहीं हैं। वाणिज्यिक खरीदा सी वेफर्स वाणिज्यिक खरीदा कांच वेफर्स की तुलना में आम तौर पर क्लीनर रहे हैं, क्योंकि सी वेफर्स कांच के लिए पसंद कर रहे हैं, और इस सब्सट्रेट सफाई में समय की बचत होती है। सी भी वृद्धि और annealing के दौरान और अधिक भी हीटिंग की ओर जाता है, जो कांच की तुलना में उच्च तापीय चालकता है substrates। वाणिज्यिक खरीदा कांच वेफर्स के साथ यह है कि यह प्रदूषण के सभी दृश्य निशान को दूर करने के लिए, एक गर्म अल्ट्रासोनिक स्नान द्वारा पीछा दस्ताने उंगलियों के साथ एक पुस्तिका रगड़ सहित डिटर्जेंट के साथ substrates, साफ करने के लिए जरूरी हो गया था, और फिर भी सब्सट्रेट सफाई नहीं कर सकता था कि पाया गया था गारंटी हो। यह प्रयोगात्मक कांच या सी substrates के विकल्प डिवाइस के प्रदर्शन पर कोई असर पड़ता है कि इस बात की पुष्टि की गई थी। Howevएर, इस तुलना उपकरणों 2% में थे के साथ प्रदर्शन किया गया था - 3% कुशल रेंज है, और आधारभूत दक्षता में सुधार के रूप में दोहराया तुलना सार्थक हो जाएगा।

आम तौर पर 10 या उससे अधिक substrates के एक कस्टम डिजाइन क्वार्ट्ज वेफर वाहक का उपयोग करते हुए एक समय में साफ कर रहे हैं। इस चिमटी के साथ व्यक्तिगत रूप से वेफर्स से निपटने की तुलना में अधिक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम पैदावार।

मो sputtering

यह निराशाजनक परिणामों के कई अलग अलग विक्रेताओं से उपलब्ध substrates के साथ प्राप्त किया गया के बाद खरीद मो-लेपित substrates के बजाय घर में संपर्क (कैथोड) मो वापस जमा करने का निर्णय लिया गया। समस्याओं सफाई, delamination, या दोनों के साथ सामना करना पड़ा था खरीदी substrates के साथ (कांच पर मो sputtered)। मो फिल्म द्वारा प्रकाशित परिणामों के अनुसार, दो परतों, सी / 2 Sio सब्सट्रेट करने के लिए आसंजन के लिए एक और उच्च चालकता के लिए एक में डीसी magnetron sputtering द्वारा जमा किया जाता हैScofield के ई टी अल। 13

ठेठ मो फिल्मों लगभग 1 Ω / वर्ग की एक चादर प्रतिरोध के साथ मोटी 720 एनएम हैं। चादर प्रतिरोध प्रत्येक मो विकास चलाने के बाद एक चार बिंदु जांच प्रणाली का उपयोग करते हुए एक बलि सब्सट्रेट पर मापा जाता है। इसके अलावा, सब्सट्रेट करने के लिए आसंजन एक स्केलपेल ब्लेड का उपयोग कर परीक्षण किया है। खैर-पालन फिल्मों डे-laminating के बिना मध्यम दबाव में एक स्केलपेल के साथ हाथ से scratching सामना कर सकते हैं। खराब पालन फिल्मों de-टुकड़े टुकड़े होगा केवल मामूली दबाव के साथ। यह मो वृद्धि से पहले sputtering के कक्ष में एक छोटी सब्सट्रेट प्लाज्मा सफाई कदम अच्छा आसंजन प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है कि मनाया गया। इस सफाई कदम के लिए विशिष्ट मानदंडों 20 mTorr अर, 20 डब्ल्यू आरएफ, और 60 सेकंड कर रहे हैं।

थर्मल वाष्पीकरण द्वारा एसएनएस विकास

एसएनएस volu के साथ एक pyrolytic बोरान नाइट्राइड क्रूसिबल के साथ एक वाणिज्यिक खरीदी कम तापमान बहाव सेल का उपयोग कर स्रोत पाउडर से सुखाया जाता हैमुझे 32 सेमी 3। स्रोत पहली भरी हुई है जब यह एक ठीक पाउडर और रंग में गहरे भूरे रंग है। आमतौर पर पाउडर के 3 से 4 जी भरी हुई है। नए स्रोत पाउडर के साथ, स्रोत तापमान 240 डिग्री सेल्सियस तक गर्म एक सब्सट्रेट पर 1 ए / सेकंड की वृद्धि दर बनाए रखने के लिए लगभग 540 डिग्री सेल्सियस है। विकास रन की एक बढ़ती हुई संख्या के साथ स्रोत तापमान एक निरंतर वृद्धि दर बनाए रखने के लिए वृद्धि की जानी चाहिए। आवश्यक स्रोत तापमान 610 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है पाउडर का आदान-प्रदान किया जाता है।

स्रोत के तापमान को बारीकी से जुड़े एसएनएस गुच्छे का मुद्दा है। विकास दर पर 10 ए / सेकंड की वृद्धि हुई है, जब बड़े एसएनएस गुच्छे से बढ़ रही इस फिल्म में मनाया जा सकता है। यह इन मुख्य स्रोत से, या इस तरह के बहाव सेल कफन या स्रोत शटर के रूप में माध्यमिक स्रोतों से उत्पन्न चाहे अज्ञात है।

एक उल्लेखनीय अवलोकन स्रोत पाउडर का एक बैच समाप्त हो रहा है जब यह एक सफेद, झरझरा छाछ पीछे छोड़ देता हैक्रूसिबल के तल पर। एक्स-रे विवर्तन इस SNO 2 है कि पुष्टि करता है। इस अवशेषों का वजन आम तौर पर 0.01 छ है।

ALD से एसएनएस विकास

इस प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर एस.एन. (एएमडी) 2 अग्रदूत साबित करने के लिए बहती है कि नाइट्रोजन वाहक गैस का दबाव है। दबाव 250 Torr के पास बनाए रखा है, लेकिन समय-समय पर एक छोटा सा भिन्न हो सकते हैं। एसएन (एएमडी) 2 अग्रदूत bubbler और एन 2 गैस के जाल की मात्रा के अनुपात 5 है यह देखते हुए कि: 1, BUBBLER के अंदर दबाव लगभग 50 Torr है। यदि यह मान भी बड़े हो जाता है, एसएन अग्रदूत के वाष्पीकरण काफी दबा दिया जाएगा। दूसरी ओर, BUBBLER अंदर दबाव बहुत छोटा है, BUBBLER और एक चिकनी गैस के प्रवाह को सक्षम करने के लिए (~ 10 Torr के दबाव है) प्रतिक्रिया भट्ठी के बीच एक पर्याप्त दबाव ड्रॉप नहीं होगा। या तो इन परिदृश्यों अल में अपर्याप्त एसएन अग्रदूत के लिए परिणाम होगाडी प्रतिक्रिया। इस समस्या का एक संकेत प्रतिक्रिया भट्ठी की दुकान के पास उस फिल्म मोटाई इनलेट के पास उस से भी बहुत पतली है। प्रत्येक बयान के दौरान, रिएक्टर के अंदर दबाव प्रणाली के दबाव सही श्रेणी में बैठने के लिए सुनिश्चित करें कि निगरानी रखी जाती है।

प्रतिक्रिया क्षेत्र के भीतर एक समान तापमान वितरण सुनिश्चित करने के लिए इनलेट और गर्म दीवार बयान ट्यूब के आउटलेट हीटिंग टेप के साथ लिपटे रहे हैं। हीटिंग टेप के तहत, thermocouples की एक जोड़ी के तापमान को मापने के लिए डाला जाता है। प्रतिक्रिया क्षेत्र के अंदर एक गैर वर्दी तापमान वितरण अलग-अलग क्षेत्रों में अलग एसएनएस फिल्म morphologies के लिए परिणाम होगा। उच्च बयान तापमान पर, फिल्मों में rougher हो जाते हैं और एक हल्का रंग है। 200 डिग्री सेल्सियस नीचे तापमान में कम, फिल्मों आंखों से जांच की जा सकती है, के रूप में एक उच्च प्रतिबिंब है।

एक एच 2 एस ट्यूब भट्ठी में एसएनएस annealing के </ P>

annealing के कदम का उद्देश्य आकृति विज्ञान, स्फटिकता, और एसएनएस फिल्मों के बिजली के गुणों का अनुकूलन है। ते देसी सौर कोशिकाओं के लिए, annealing के कदम के लिए एक समर्पित ट्यूब भट्ठी में किया जाता है। इस 2 "व्यास क्वार्ट्ज ट्यूब भट्ठी 4% एच 2 एस (शेष एन 2), 4% एच 2 (शेष एन 2), शुद्ध एन 2 और शुद्ध एर के मिश्रण से बह करने में सक्षम है। तापमान बाहरी निक्रोम हीटिंग तत्वों द्वारा नियंत्रित और गर्म क्षेत्र में स्थित एक क्वार्ट्ज-encased thermocouple का उपयोग निगरानी कर रहे हैं। गैस अक्रिय तेल से भरा एक तेल पंप का उपयोग कर खाली कर रहा है। जवानों एच 2 एस प्रतिरोधी इलास्टोमर का उपयोग किया जाता है। विशिष्ट आधार दबाव 8 से 20 mTorr है।

400 डिग्री सेल्सियस के annealing तापमान माध्यमिक अनाज विकास और फिल्म फिर से वाष्पीकरण के बीच एक संतुलन है। सिद्धांत रूप में, उच्च annealing तापमान डिवाइस प्रदर्शन के लिए फायदेमंद हो सकता है, और महत्वपूर्ण फाई के बिना हासिल किया जा सकता हैउच्च भट्ठी दबाव का उपयोग करके एलएम नुकसान। यह सक्रिय जांच का विषय है।

एक देशी ऑक्साइड के साथ एसएनएस सतह passivation

passivation कदम का उद्देश्य अवशोषक और बफर परतों के बीच जंक्शन पर इलेक्ट्रॉनिक जाल राज्यों के घनत्व को कम करने के लिए, और अवशोषक और बफर परतों के घटक तत्वों के अवांछित मिश्रण को रोकने के लिए एक प्रसार बाधा के रूप में सेवा करने के लिए है। 14 यह है इस ऑक्सीकरण कदम के साथ कार्रवाई के नमूने के बिना संसाधित नमूनों की तुलना में अधिक वी ओसी मूल्यों है कि मनाया गया।

इस समय, ऑक्सीकरण कदम बड़े पैमाने पर अध्ययन नहीं किया गया है और शायद अनुकूल नहीं है। (नहीं दिखाया गया है) एक्स-रे Photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी परिणाम यह ऑक्साइड अच्छे प्रदर्शन के लिए कम से कम 1 एनएम मोटी होना चाहिए और वर्तमान अवरुद्ध से बचने के लिए अनुमान है कि का उपयोग करना।

पारदर्शी conduc का बयानting ऑक्साइड (TCO), इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ)

इस बात की देखभाल करने से पहले हर कदम पर नमूनों की कुल हवा जोखिम को नियंत्रित करने के लिए लिया जाता है। हालांकि, बफर परत बयान हवा जोखिम नहीं रह सीमित है और नमूने संग्रहीत और परिवेशी वायु में ले जाया जाता है के बाद।

पहले इस बात के लिए, सभी बयानों पूरे सब्सट्रेट कवर "कंबल" फिल्मों, किया गया है। बयानों पर इस बिंदु से व्यक्तिगत उपकरणों को परिभाषित करने के लिए नमूनों हैं। आईटीओ और धातुरूप दोनों चरणों के लिए बयानों लेजर कट धातु छाया मास्क का उपयोग परिभाषित कर रहे हैं। आईटीओ बयान के लिए यह जमा पैड के क्षेत्र में तेजी से छाया मुखौटा द्वारा परिभाषित किया गया है कि बहुत महत्वपूर्ण है। क्षेत्र में तेजी की वजह से मुखौटा aligner में नकाब की ठोके करने के लिए उदाहरण के लिए, परिभाषित नहीं किया जाता है, तो जिसके परिणामस्वरूप उपकरणों के क्षेत्र में सक्रिय 0.25 सेमी 2 का नाममात्र का आकार की तुलना में काफी बड़ा हो सकता है। यह गलत ओवर-रेपो करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैंवर्तमान घनत्व की rting।

धातुरूप करने की क्रिया

धातुरूप पैटर्न धातु के साथ अतिव्यापी बिना आईटीओ पर पूरी तरह से गिर क्वांटम दक्षता माप उपकरण की रोशनी मौके सक्षम बनाया गया है। 2 उंगलियों में यह बाधा परिणाम प्रत्येक 7 मिमी लंबा, 1.5 मिमी से अलग हो गए और एक 1 x 1 मिमी 2 संपर्क पैड, चित्रा 4। यह पैटर्न एक युक्ति-प्रदर्शन दृष्टि से इष्टतम से कम है देखते हैं। डिवाइस प्रदर्शन के लिए अनुकूलित पैटर्न छोटे अंतर के साथ अधिक उंगलियों का प्रयोग करेंगे।

एजी ते-विकसित कोशिकाओं के लिए इस्तेमाल किया गया है और नी / अल ALD-विकसित कोशिकाओं के लिए इस्तेमाल किया गया है। यह विभाजन ऐतिहासिक है और एक प्रयोगात्मक परिणाम पर आधारित नहीं है। यह नी / अल लंबे भंडारण समय के दौरान जंग के लिए बेहतर प्रतिरोध प्रदान करता है कि संभव है। वास्तव में, यह एजी संपर्कों examp के लिए (हवा में विस्तारित भंडारण के दौरान खुरचना की प्रवृत्ति है कि देखा गया हैLe, एक साल से अधिक समय तक)।

डिवाइस लक्षण वर्णन

("- वी जे") एकत्र मापन और बाहरी क्वांटम दक्षता (EQE) के साथ और सफेद रोशनी और वोल्टेज पूर्वाग्रह के बिना एकत्र माप तैयार उपकरणों वर्तमान वोल्टेज का उपयोग कर विशेषता है। टू-डेट सौर कोशिकाओं, एक-पर-एक-समय व्यक्तिगत उपकरणों से संपर्क करने के लिए एक विशिष्ट जांच स्टेशन विन्यास में जांच micromanipulators का उपयोग करके मापा गया है। सौर सिम्युलेटर और EQE सिस्टम शारीरिक रूप से काट दिया थे, इसलिए जरूरत नमूना प्रत्येक माप के लिए फिर से संपर्क किया जाएगा। जम्मू मापने के लिए 5 घंटा - - एक परिणाम के रूप में, यह लगभग 4 ले जाएगा वी और EQE सभी 11 उपकरणों पर।

जम्मू जोड़ती है कि एक एकीकृत उच्च throughput परीक्षण स्टेशन - वी और EQE एक भी नमूना चक का उपयोग करने और संपर्कों के सभी उपकरणों को एक साथ हाल ही में एमआईटी में स्थापित किया गया था कि एक जांच कर कार्ड, चित्र देखेंure 5। बिजली के कनेक्शन एक प्रोग्राम बहुसंकेतक द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं, और मोटरयुक्त XY चक चरण कंप्यूटर नियंत्रित है। इस तरह, जम्मू - वी और EQE माप 1 घंटे के तहत में सभी 11 उपकरणों पर क्रमिक रूप से किया जा सकता है।

एक क्षेत्र को परिभाषित प्रकाश एपर्चर का परीक्षण दिनचर्या डिवाइस के लिए इस्तेमाल नहीं कर रहा है। इसलिए सक्रिय उपकरण क्षेत्र वर्तमान घनत्व की ओवर-अनुमानों में जिसके परिणामस्वरूप, अनुमान के तहत हो सकता है। हालांकि एक एपर्चर अक्सर कम क्षमता (CF आंकड़े 7, 9 और 10) में जिसके परिणामस्वरूप, प्रमाणीकरण प्रयोगशालाओं द्वारा प्रयोग किया जाता है। एक क्षेत्र को परिभाषित प्रकाश छेद का उपयोग हमेशा वांछनीय है, लेकिन नियमित परीक्षण के लिए यह कारण अक्सर ऐसे नमूने के शीर्ष के साथ शारीरिक संपर्क को कम करने के रूप में व्यावहारिक चिंताओं की उपेक्षा की गई है। कारण सक्रिय उपकरण क्षेत्र के आकलन के तहत करने के लिए व्यवस्थित त्रुटि बड़ी युक्ति क्षेत्रों का उपयोग करके कम किया जा सकता है। यहाँ वर्णित काम करते हैं, बल्कि छोटे (0.2 के लिए5 सेमी 2) आकार प्रारंभिक चरण प्रौद्योगिकी के विकास के लिए उपयुक्त के रूप में चुना गया था (पहले चरण में कोई धातुरूप साथ 0.03 सेमी 2 का एक भी छोटे डिवाइस) का इस्तेमाल किया गया था। अब उपकरणों 4% कुशल की रेंज में हैं और repeatable रहे हैं, यह 1 सेमी 2 या अधिक का एक आकार करने के लिए बढ़ रही लायक है।

वी, Suns- वी ओसी, समाई वोल्टेज रूपरेखा, और thermography लॉक-इन - अवसर नमूनों पर, ऊपर वर्णित मानक तकनीक लक्षण वर्णन के अलावा भी तापमान पर निर्भर जम्मू सहित तकनीक का उपयोग कर जांच की जाती है। इन तकनीकों को समझते हैं और इस तरह के इंटरफ़ेस पुनर्संयोजन और श्रृंखला प्रतिरोध हानि के रूप में विशिष्ट नुकसान तंत्र यों के लिए उपयोग किया जाता है।

बंटवारे के निर्माण, उपकरण प्रोटोकॉल का महत्व

अकार्बनिक पतली फिल्म PV पर प्रकाशनों में डिवाइस परीक्षण के परिणाम (अनुभव) के साथ है के साथ कभी नहीं रहेप्रयोग को पुन: पेश करने के लिए प्रयोगात्मक विवरण ufficient। इस स्थिति में व्यक्ति शोधकर्ताओं के बीच अनावश्यक हताशा की ओर जाता है, और पूरे क्षेत्र की प्रगति बाधित। इस स्थिति में भी यह मुश्किल अन्य अनुसंधान समूहों द्वारा इस्तेमाल उन लोगों के साथ साथ वर्णित प्रक्रियाओं की तुलना करने के लिए बनाता है। इस पांडुलिपि में वर्णित तकनीक (मुख्य रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका में) पतली फिल्म PV में शोधकर्ताओं के साथ कई बातचीत की सहायता से विकसित किया गया है, और परीक्षण और त्रुटि के एक बहुत। लेखकों के लिए इस काम के लिए दूसरों अनावश्यक कुंठाओं से बचने में मदद करता है, और पतली फिल्म PV में प्रयोगात्मक विधियों का विवरण रिपोर्टिंग के लिए एक मिसाल है कि सेट की उम्मीद है।

वर्णित प्रोटोकॉल के भविष्य अनुप्रयोगों

इस के साथ साथ वर्णित प्रोटोकॉल एक "आधारभूत" एसएनएस सौर सेल की स्थापना के लिए प्रयोग किया जाता है। एक आधारभूत निर्माण प्रोटोकॉल का सबसे महत्वपूर्ण विशेषता repeatability है; पूर्ण दक्षता संख्या कम महत्वपूर्ण नहीं है। मैंएन 'लेखक का अनुभव है, repeatability की ऐसी सतह passivation में सुधार या थोक दोष घनत्व को कम करने से, के रूप में दक्षता में सुधार करने के लिए चल रहे अनुसंधान सक्षम हो जाएगा कि प्रमुख विशेषता है। एक repeatable आधारभूत प्रोटोकॉल के बिना यह निर्माण प्रोटोकॉल के लिए परिवर्तन के प्रभावों का न्याय करने के लिए बहुत मुश्किल है। यह पूरी तरह से परिकल्पना परीक्षण पर नीचे खंड में वर्णन किया गया है।

आधारभूत प्रोटोकॉल का लाभ उठाने होंगे एसएनएस सौर कोशिकाओं पर चल रही है और भविष्य में काम डिवाइस कार्यकुशलता बढ़ाने के लक्ष्य के साथ व्यक्ति निर्माण चरणों का अनुकूलन करने के लिए यहाँ वर्णित है। एन जंक्शन - इन सीधे अवशोषक के थोक में और पी पर दोष घनत्व प्रभाव के बाद से ब्याज की विशेष, एच 2 एस annealing और सतह passivation कदम उठाए हैं।

डाटा टुकड़ियों परिकल्पना परीक्षण सक्षम

चैंपियन क्षमता idolizes कि एक क्षेत्र में, इसे खत्म करने के लिए आकर्षक है(गैर चैंपियन) उपकरणों की> 99% - - और यह प्रदान करता है उपयोगी जानकारी पहनावा सके। इस अनुभाग में कलाकारों की टुकड़ी डेटा विश्लेषण प्रेरित है, और visualizing और कलाकारों की टुकड़ी डेटा से उपयोगी अंतर्दृष्टि निकालने के लिए सतही दृष्टिकोण प्रस्तुत करता है। यह पाठक प्रयोगात्मक सांख्यिकी (परिकल्पना परीक्षण) की एक काम समझ है, और किसी दिए गए डेटा सेट के लिए एक गाऊसी वितरण, मानक विचलन, मानक त्रुटि है, और 95% विश्वास अंतराल की गणना सहज है कि पूर्वकल्पित है।

सीधे शब्दों में कहें, पहनावा डेटा विश्लेषण कम करते हैं, तो बेहतर परिकल्पना परीक्षण के लिए सक्षम बनाता है जो परिवर्तनशीलता, का अध्ययन है। परिवर्तनशीलता, बोलचाल की भाषा में "शोर" परिकल्पना चालित प्रक्रिया इंजीनियरिंग और वैज्ञानिक अनुसंधान के दौरान "संकेत" obfuscates। शोर बढ़ता है, अधिक प्रयोगों अनिर्णायक प्रदान कर रहे हैं। अनिर्णायक प्रयोगों समय, संसाधन, और आशावाद की बर्बादी कर रहे हैं। पहनावा डेटा दो मायनों में परिवर्तनशीलता कम करने में मदद कर सकते हैं:

सबसे पहले, पहनावा डेटा अंतरिक्ष और समय में प्रक्रिया गैर uniformities प्रकट करते हैं। परिवर्तनशीलता के इस प्रकार व्यवस्थित है (उदाहरण के लिए।, एक दिया पतली फिल्म बयान कक्ष के भीतर तापमान या प्रवाह-दर-ढ़ाल के कारण), चित्रा 12 द्वारा उदाहरण प्रदर्शन भिन्नता का एक स्पष्ट स्थानिक संकल्प लिया पैटर्न, उपज। स्थानिक या अस्थायी भिन्नता हमलावर प्रक्रिया कदम के "" फिंगरप्रिंट का प्रतीक हैं। इन-सीटू मैट्रोलोजी और नियंत्रण के नमूने की पहचान करने और व्यवस्थित प्रक्रिया परिवर्तनशीलता के स्रोतों के निवारण में मदद कर सकते हैं।

दूसरा, पहनावा डेटा से पता चलता है या "आम कारण" विचरण, यानी, समान रूप से सभी कलाकारों की टुकड़ी तत्वों को प्रभावित करता है कि सांख्यिकीय परिवर्तनशीलता "भाग्य--ड्रा के"। यह कई युग्मित प्रसंस्करण कदम के कुल परिणाम है क्योंकि इस परिवर्तनशीलता, निवारण करने के लिए और अधिक कठिन है। आम कारण बताओ विचरण सबसे अच्छा कड़े प्रक्रिया नियंत्रण द्वारा कम किया जा सकता हैऔर हर कदम पर मानक संचालन प्रक्रियाओं - बेशक एक एक तेजी से बदलते में चुनौतीपूर्ण प्रस्ताव और न्यूनतम staffed शैक्षिक वातावरण। आम कारण बताओ विचरण को कम करने के लिए आवश्यक है क्यों फिर भी, निम्नलिखित व्यायाम दिखाता है।

आम कारण बताओ विचरण के प्रभाव का उदाहरण: डॉ जटिल और डॉ गन्दा के बीच एक दोस्ताना, काल्पनिक वैज्ञानिक प्रतियोगिता: एंजेला और Nessi दो अलग प्रयोगशालाओं से शोधकर्ताओं रहे हैं। वे इस प्रक्रिया बी आम कारण बताओ विचरण (गाऊसी दक्षता वितरण में यह परिणाम है कि मान लिया गया है, जो दोनों शोधकर्ताओं ने एक मानक परिकल्पना-परीक्षण की प्रक्रिया को काम पर एक अच्छी तरह से स्वीकार कर लिया आधारभूत प्रक्रिया ए, की तुलना में बेहतर उपकरणों उत्पन्न करता है कि परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए एक अनुकूल वैज्ञानिक प्रतियोगिता में लगे हुए हैं अधिक प्रतिनिधि सांख्यिकीय वितरण कार्यों लॉग-सामान्य outliers के बिना वितरण के लिए शामिल है, और मजबूत ओ के साथ वितरण के लिए अधिक सांख्यिकीय मजबूत लॉग-कॉची-Lorenzianutliers)।

एंजेला डा "के रूप में उसके सहयोगियों के लिए जाना जाता है सावधानीपूर्वक। "वह प्रक्रिया परिवर्तनशीलता को कम करने के लिए प्रयास करता है। एंजेला अन्य लोगों के साथ उसके beakerware साझा नहीं करता, पतली फिल्म बयान से पहले चैम्बर पूर्व कंडीशनिंग दिनचर्या को रोजगार हर निर्माण चलाने के साथ नियंत्रण के नमूने को शामिल किया गया है, और थर्मल ऑक्साइड सतहों के बजाय और अधिक चर कांच की सतहों के साथ आईसी ग्रेड सिलिकॉन substrates पसंद करती हैं। वह 10% की दक्षता और 0.5% की एक सच्ची मानक विचलन (σ) सच मतलब है एक "सच" (यानी।, वास्तविक) के साथ आधारभूत (प्रक्रिया ए) उपकरणों के उत्पादन करता है। उपकरण निर्माण और माप समय लगता है, और वह केवल बनाना और प्रक्रिया के प्रति छह उपकरणों (एन = 6) को मापने के लिए सक्षम है।

एक और प्रयोगशाला में, Nessi काम पर मुश्किल है। उसके सहयोगियों के लिए, Nessi डा "के रूप में जाना जाता है गन्दा। "उसका निर्माण और मैट्रोलोजी उपकरण एक साझा उपयोग में सुविधा में स्थित हैं। यह उसकी बारी है जबउन का उपयोग करने के लिए, वह कम आम कारण बताओ विचरण सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक सावधानियों नहीं ले करता है। लेकिन उसकी वजह से गंदापन की, उसे सच मानक विचलन निरपेक्ष 1.5% (एंजेला की तुलना में 3 × अधिक) है। सच यह उच्च σ कम अच्छी तरह से नियंत्रित प्रयोगात्मक शर्तों को दर्शाता है। Nessi उच्च शुद्धता फीडस्टॉक सामग्री का उपयोग करता है क्योंकि हालांकि, उसके आधारभूत प्रक्रिया एक 10.6% की एक सच्ची मतलब प्राप्त होता है। Nessi fabricates और उपायों एन = प्रक्रिया के प्रति 6 उपकरणों।

प्रक्रिया बी 10% रिश्तेदार द्वारा "सच" डिवाइस दक्षता में सुधार लगता है कि चलो (यानी, 10% से 11% करने के लिए सुधार;। 10.6% 11.7% करने के लिए बेहतर बनाता है)। । एंजेला और Nessi दोनों चित्रा 13 में दिखाया गया है कि वे प्रत्येक बनाना एन = 6 उपकरणों के लिए केंद्रीय सीमा प्रमेय को लागू "" सच वितरण (आंकड़े 13A, डी, जी) के शोधकर्ताओं के लिए छिपे हुए हैं कि ध्यान दें; वे केवल अपने प्रयोगात्मक डेटा का निरीक्षण (चित्राएस 13B, ई, एच) और जिसके परिणामस्वरूप गाऊसी फिट बैठता है, मानक त्रुटियों, और विश्वास अंतराल (आंकड़े -1 सी, एफ, आई)।

एक तरफ, एंजेला सख्त प्रक्रिया नियंत्रण (सच कम परिवर्तनशीलता, छोटे σ) प्रक्रिया बी ए (चित्रा 13C) की प्रक्रिया के लिए बेहतर है कि> 95% आत्मविश्वास के साथ समापन, उसे शून्य परिकल्पना को अस्वीकार करने की अनुमति देता है। सच उच्च σ है जो दूसरी ओर, Nessi, पर, उस प्रक्रिया को बी प्रक्रिया ए (चित्रा 13F) की तुलना में बेहतर है, समाप्त नहीं कर सकता एन = Nessi एंजेला से किसी से भी अधिक कर रहे हैं कि क्षमता के साथ दो उपकरणों बनाने के लिए भाग्यशाली है हालांकि 6. साथ (आंकड़े 13B, ई), एंजेला उसके क्षेत्र प्रक्रिया बी के बारे में सोचता है कि जिस तरह से क्रांतिकारी बदलाव होगा कि वैज्ञानिक कागज प्रकाशित करने के लिए दौड़ जीत है

Nessi वह उसे कम करने के लिए उसकी आवश्यकता है, जो उसे विश्वास अंतराल में वृद्धि करने की जरूरत है कि पता चलता हैमानक माप त्रुटि (एसई), अर्थात्।,

2 समीकरण । [1]

Nessi दो तरीकों में से एक मैच के लिए पीछा कर सकते हैं एंजेला 3 × छोटे एसई: Nessi उसे सच परिवर्तनशीलता 3 का एक पहलू से (σ ओ), या 3 2 = 9. Nessi का एक पहलू से एन बढ़ाने के एक उच्च करने के लिए उपयोग के लाभ को कम कर सकते हैं throughput के उपकरण-माप उपकरण, 9 × द्वारा एन बढ़ रही है। इस सुधारने उसे 3 × अधिक से अधिक प्रक्रिया परिवर्तनशीलता ऑफसेट, और वह> 95% निश्चितता (चित्रा 13I) के साथ शून्य परिकल्पना को खारिज, प्रक्रियाओं ए और बी के बीच एक सांख्यिकीय महत्वपूर्ण अंतर का पता लगाने में सक्षम है। वह वापस प्रकाशन के लिए दौड़ में है।

उच्च आधारभूत क्षमता सफल परिकल्पना परीक्षण की मुश्किलों को बढ़ा: एसई (1 समीकरण) के लिए समीकरण पर केंद्रित है, यह देखा जा सकता हैकैसे आधारभूत प्रदर्शन को बढ़ाने सफल परिकल्पना परीक्षण की बाधाओं बढ़ जाती है। इस aforementioned प्रक्रिया बी के बजाय 10% से 5% -efficient आधारभूत डिवाइस पर परीक्षण किया गया है, पूर्ण दक्षता में सुधार केवल 0.5% की बजाय 1% होगा। Σ ओ मान लिया जाये कि अपरिवर्तित है, 4 × द्वारा शून्य परिकल्पना बढ़ जाती है को अस्वीकार करने के लिए आवश्यक नमूने की न्यूनतम संख्या। इस प्रकार, आधारभूत डिवाइस के प्रदर्शन में सुधार, यानी σ को कम करने के रूप में एक ही गणितीय प्रभाव पड़ता है।, विश्वास अंतराल में एक 1 से 1 सुधार।

अंतिम शब्द: मानक त्रुटि को कम करने अनिर्णायक परिकल्पना परीक्षण के जोखिम को कम करने के लिए आवश्यक है। स्टैंडर्ड त्रुटि एसई में 1 से 1 कमी में जो परिणाम σ ओ, में प्रकट आम कारण बताओ विचरण, कम से कम किया जा सकता है। आधारभूत प्रदर्शन सुधारना एक बराबर प्रभाव पड़ता है। एक भी नमूना आकार एन बढ़ा सकते हैं, लेकिन यह एक कमजोर होगाक्योंकि वर्गमूल के एसई पर एर प्रभाव (बढ़ती एन भी व्यवस्थित विभिन्नता का खतरा बढ़ जाता है)।

प्रयोगात्मक आंकड़े को लागू करने के महत्व को व्यापक रूप से जीव विज्ञान और भौतिकी (CF खड़े आंकड़े समितियों में सभी उच्च ऊर्जा प्रयोगों) में स्वीकार किया जाता है। 15 पी.वी. में रिपोर्टिंग डेटा की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए, यह शोधकर्ताओं उपकरणों का 99% करने के लिए ध्यान देना सिफारिश की है कि वे निर्माण, और डेटा ensembles के साथ परिकल्पना परीक्षण को अपनाने।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

लेखकों प्रमाणित जेवी मापन के लिए राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला (NREL) से पॉल Ciszek और कीथ एमरी शुक्रिया अदा करना चाहूँगा, रिले बै्रन्ट (एमआईटी) Photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी मापन के लिए, और परिकल्पना परीक्षण खंड के लिए प्रेरणा के लिए जेफ कोटर (ASU)। इस काम अनुदान 02.20.MC11 तहत बॉश ऊर्जा अनुसंधान नेटवर्क के माध्यम से अनुबंध डे-EE0005329 तहत SunShot पहल, के माध्यम से अमेरिका के ऊर्जा विभाग द्वारा और रॉबर्ट बॉश एलएलसी द्वारा समर्थित है। वी Steinmann, आर Jaramillo, और लालकृष्ण हार्टमैन का समर्थन, क्रमशः अलेक्जेंडर वॉन हम्बोल्ट फाउंडेशन, एक डो EERE पोस्टडॉक्टोरल अनुसंधान पुरस्कार, और इंटेल पीएचडी फैलोशिप, स्वीकार करते हैं। पुरस्कार ईसीएस-0335765 के तहत राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित है जो हार्वर्ड विश्वविद्यालय में नेनो पैमाने सिस्टम के लिए केंद्र के इस काम का इस्तेमाल किया।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Quartz wafer carrier AM Quartz, Gainesville, TX bespoke design
Sputtering system PVD Products High vacuum sputtering system with load lock
4% H2S in N2 Airgas Inc. X02NI96C33A5626
99.5% H2S Matheson Trigas G1540250
SnS powder Sigma Aldrich 741000-5G
Effusion cell Veeco 35-LT Low temperature, single filament effusion cell
diethylzinc (Zn(C2H5)2) Strem Chemicals 93-3030
Laser cutter Electrox Scorpian G2 Used for ITO shadow masks
ITO sputtering target (In2O3/SnO2 90/10 wt.%, 99.99% pure) Kurt J. Lesker EJTITOX402A4
Metallization shadow masks MicroConnex bespoke design
Electron Beam Evaporator Denton High vacuum metals evaporator with load-lock
AM1.5 solar simulator Newport Oriel 91194 1,300 W Xe-lamp using an AM1.5G filter
Spectrophotometer Perkin Elmer Lambda 950 UV-Vis-NIR 150 mm Spectralon-coated integrating sphere
Calibrated Si solar cell PV Measurements BK-7 window glass
Double probe tips Accuprobe K1C8C1F
Souce-meter Keithley 2400
Quantum efficiency measurement system PV Measurements QEX7
Calibrated Si photodiode PV Measurements
High-throughput solar cell test station PV Measurements bespoke design
Inert pump oil DuPont Krytox PFPE oil, grade 1514; vendor: Eastern Scientific
H2S resistant elastomer o-rings DuPont Kalrez compound 7075; vendor: Marco Rubber
H2S resistant elastomer o-rings Marco Rubber Markez compound Z1028
H2S resistant elastomer o-rings Seals Eastern, Inc. Aflas vendor: Marco Rubber

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References

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इंजीनियरिंग अंक 99 सौर कोशिकाओं पतली फिल्म थर्मल वाष्पीकरण परमाणु परत बयान annealing टिन सल्फाइड
थर्मल वाष्पीकरण और परमाणु परत बयान से रिकॉर्ड दक्षता एसएनएस सौर कोशिकाओं बनाने
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Jaramillo, R., Steinmann, V., Yang,… More

Jaramillo, R., Steinmann, V., Yang, C., Hartman, K., Chakraborty, R., Poindexter, J. R., Castillo, M. L., Gordon, R., Buonassisi, T. Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition. J. Vis. Exp. (99), e52705, doi:10.3791/52705 (2015).

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