Summary
Her præsenterer vi en protokol til at syntetisere Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O heterojunctions i open-air ved lav temperatur via atmosfærisk tryk rumlige atomare lag deposition (AP-SALD) af Zn 1-x Mg x O på kobberoxid. Sådanne høj kvalitet konforme metaloxider kan dyrkes på en række forskellige substrater, herunder plast af denne billig og skalerbar fremgangsmåde.
Introduction
Kobberoxid (Cu 2 O) er en jord-rigelige ugiftig p-type halvleder materiale 1. Med et band hul på 2 eV, kan kobberoxid udfylde rollen lys absorber i heterojunction eller tandem solceller. I heterojunction solceller, er Cu 2 O vides at blive parret med en række n-type med stort båndgab halvledere såsom ZnO 2 og dens dopede variationer 3,4, Ga 2 O 3 5,6 og TiO 2 7 (For en mere detaljeret oversigt over Cu 2 O solceller se Ref. 8). Udviklingen af Cu 2 O baseret heterojunction solceller er præsenteret i figur 1, hvor fremgangsmåden til syntetisering af heterojunction angives ud for hvert datapunkt. Man kan bemærke, at vakuum baserede metoder såsom pulserende laser deposition (PLD) eller atomare lag deposition (ALD) tilladt for højere magt konvertering effektivitet, der skal opnås (op til 6,1% 9). i contrast, har de effektivitetsgevinster for ikke-vakuum syntesemetoder såsom elektrokemisk udfældning (ECD) fortsat lavt. For billige solceller er det bedre at syntetisere heterojunction uden et vakuum. Mens en vakuum-fri, skalerbar teknik heterojunction dannelse er et mere passende alternativ, er det fortsat en udfordring at producere en grænseflade af høj kvalitet ved sådanne metoder. I dette arbejde anvender vi en open-air, til skalerbar tynd film deposition proces kaldet atmosfæretryk rumlige atomare lag udfældning (AP-SALD) vokse N-type oxider til Cu 2 O-solceller. Udviklingen af AP-SALD forhold til konventionelle ALD er, at i det tidligere, er forstadier adskilt i rummet i stedet for i tiden 10. Under afsætningsprocessen, et substrat svinger frem og tilbage på en opvarmet plade under en gas manifold som indeholder precursor gaskanaler adskilt af inerte gaskanaler, som vist i figur 2. Den nitrogengas, der bærer precursors strømmer vertikalt gennem gassen manifolden ned mod sideværts bevægede presseplade. På grund af svingningerne af pladen er hvert punkt på substratet successivt udsat for oxidant og metalprækursorer, som illustreret i figur 2. Dette tillader metaloxidfilmen at vokse lag på lag. En detaljeret beskrivelse af AP-SALD reaktor design og drift kan findes andre steder. 11,12 Denne tilgang gør det muligt for deposition at forekomme en til to størrelsesordener hurtigere end konventionelle ALD og uden vakuum, som er kompatibel med rulle-til-rulle behandling . Høj kvalitet konform oxide film produceret af AP-SALD kan deponeres ved lave temperaturer (<150 ° C) på en række substrater, herunder plast, som gør det muligt AP-sald film, der skal anvendes på lavpris funktionelle enheder som solceller 13 , lysemitterende dioder 14 og tyndfilmtransistorer 15.
Den specialfremstillede AP-SALD gas manifoldbrugt i dette arbejde blev mekanisk fastholdes på underlaget placeres på glaspladen. Dette tillod kontrol af substratet-manifold afstand uafhængig af gasstrømningshastigheder. En stor afstand på 50 um blev anvendt, hvilket resulterede i sammenblanding mellem metallet forstadium og oxidant i gasfasen. Derfor blev AP-SALD reaktor drives på kemisk dampaflejring (CVD) mode. Dette viste sig at være fordelagtigt i forhold til drift i ALD tilstand, fordi filmene blev dyrket ved en højere hastighed, men stadig med høj tykkelse ensartethed og var krystallinsk når deponeret ved samme temperaturer som ALD film. 12. Heri vi stadig henvise til reaktoren som en AP-sALD reaktor, fordi den har de samme grundlæggende design principper som andre AP-sald reaktorer. 11
Vi anvendte vores reaktor til at deponere n-type lag for vores solceller, især zinkoxid og zink magnesiumoxid (Zn 1-x Mg x O 16,17). Omfattende Mg into ZnO tillader ledningsbåndet stemmes, hvilket er vigtigt for at reducere tab som følge band-hale thermalization 13 og grænseflade-rekombination. 18,19
Her viser vi, hvordan tuning betingelserne for deponering zinkoxid og zink magnesium oxidfilm på termisk oxiderede cuprooxid substrater tilladt for forbedret brugerflade kvalitet og dermed bedre solcelle ydeevne, der skal opnås. Denne forbedring blev muliggjort gennem identifikation af de store begrænsende faktor i Cu 2 O baserede solceller: rekombination ved heterojunction grænsefladen på grund af en for stor dannelse af kobberforbindelser oxid (CuO) på Cu 2 O overflade.
Protocol
1. Udarbejdelse af kobberoxid Substrater
- Oxidation af kobberfolie
- Skær 0,127 mm tyk Cu folie i 13 mm x 13 mm firkanter og rene ved lydbehandling i acetone.
- Varm op kobberfolie til 1000 ° C, mens løbende strømmer Ar gas gennem ovnen. Overvåg gas ambient i ovnen med en gas analysator hele oxidation. Når temperaturen på 1000 ° C er nået, indfører oxygen til ovnen ved en strømningshastighed til opnåelse 10.000 ppm oxygen partialtryk og holde denne i mindst 2 timer. Efter 2 timer, slukke for ilt, men holde Ar gas flyder.
- Afkøle ovnen til 500 ° C (holde Ar gas, der strømmer). Quench de oxiderede prøver ved hurtig tilbagetrækning af diglerne fra ovnen. Dyp substraterne i deioniseret vand for at køle dem hurtigere.
- Ætsning af Cu 2 O
- Etch ene side af substraterne ved gentagne gange at anvendeen dråbe fortyndet salpetersyre (1: 1 blanding af H2O og 70% HNO 3) for at fjerne enhver cuprioxid fra overfladen. Fortsæt ætsning, indtil der ikke grå film er synlig på Cu 2 O overflade. ADVARSEL: Denne procedure udføres i et stinkskab.
- Umiddelbart efter ætsning, skylles hvert substrat i deioniseret vand og lydbehandling i isopropanol. Tør med en luftpistol.
- Deposit 80 nm guld på den ætsede side af Cu 2 O substrater ved afdampning en 1 g guld pellet anbringes i en wolfram båd inde en modstand fordamper. Brug basistryk 8 x 10 -6 mbar og strøm på 4 A at nå fordampning på 0,8 Å / sek.
- Etch den anden side af substraterne i fortyndet salpetersyre ved at påføre en dråbe af syre på overfladen. Sørg for, at syren ikke ætse den gyldne film på den anden side. Skyl og soniker som beskrevet i afsnit 1.2.2.
- Dæk substrater med en sort isolerende maling (brug høj temperatur engine emalje) ved anvendelse af en pensel, efterlader et umaskeret område på ca. 0,1 cm 2 som det aktive område af solcellen. Dæk gyldne elektrode på bagsiden med en tusch fuldstændigt.
2. Deponering Zn 1-x Mg x O Anvendelse AP-SALD Reactor
Bemærk:.. Depositum Zn 1-x Mg x O film på umaskeret side af Cu 2 O substrater 13 I dette arbejde blev en skræddersyet AP-SALD reaktor anvendt, tilpasset fra det oprindelige design er udviklet af Kodak 11,12 Detaljer af reaktoren tilpasning er angivet i Ref. 12.
- Opsætning AP-SALD systemet på følgende måde:
- Brug diethylzink (DEZ) som Zn precursor og bis (ethylcyclopentadienyl) magnesium som Mg precursor. Disse er flydende forstadier hver indeholdt i deres særskilte glas bubblers. Forstadierne er pyrofore og bør aldrig komme i kontakt med luft eller vand. Aflejringen system er gastæt.
- For zinkoxid deposition, justere boblende hastigheden af nitrogengas gennem diethylzink til 25 ml / min, som er indeholdt ved stuetemperatur (20 ° C). For zink magnesiumoxid deposition, justere gasfraktionen af hver precursor ved at indstille boblende hastighed gennem den diethylzink til 6 ml / min og 200 ml / min gennem bis (ethylcyclopentadienyl) magnesium (som opvarmes til 55 ° C) til at styre til Zn til Mg-forhold i Zn 1-x Mg x O.
- Indstil strømningshastigheden af nitrogenbærergas efter metallet-blandingen til 100 ml / min. Boble nitrogengas ved 100 ml / min gennem deioniseret vand, som anvendes som oxidant. Denne damp fortyndes med nitrogenbærergas strømmer ved 200 ml / min.
- Flow nitrogengas ved 500 ml / min til gas manifold. I AP-SALD gas manifold, er denne nitrogengas forgrening til fire separate kanaler. Hver kanal tjener til rumligt adskille de to oxidantkanalerne fra metallet precursor mix kanal mellem dem.
- Hold gas manifold ved en temperatur på 40 ° C via cirkulerende vand. Opvarm scenen (bevægede presseplade) til den ønskede temperatur (50 - 150 ° C).
- Indstil de ønskede prøve-to-head afstand, stikprøvestørrelse, plade hastighed (50 mm / sek) og antal svingninger (cykler) med softwaren styrer pladen. ZnO deposition er således 1,1 nm / sek (eller omdrejning) og Zn 1-x Mg x O belægningshastighed er ca. 0,54 nm / sek ved 150 ° C. En typisk antal deposition cyklusser er 200.
- Afsætte den ønskede oxid på en glasplade til 400 oscillationer eller indtil en klar tyk homogen film kan ses.
- Placer underlaget på et glas maske, hvis det kræves, og derefter placere den under gas manifold. Juster hovedet (gas manifold) højde til 50 um over underlaget.
- Deponere Zn 1-x Mg x O film af første åbning ventilerne for Mg forløber bobleflasken, så Zn forløber bobleflasken, derefter starte MOVIng af pladen under gas manifold ved at klikke på "start deposition" i softwaren. Åbn H2O bubbler kun efter scanning af substratet med 5 svingninger af metalprækursorer for at undgå Cu 2 O overflade eksponering for oxidanten under opvarmning.
- Når aflejringen er færdig, skal du fjerne Cu 2 O substrater fra den opvarmede plade så hurtigt som muligt, og luk absorptionskolben ventiler af metal forstadier. Rengør gaskanalerne i manifolden med en kniv til at fjerne eventuelt deponeret oxid pulver. Starte den næste deposition cyklussen som beskrevet i 2.6.
- Når du er færdig, rense systemet i 30 min før lukketid kvælstof ventiler.
3. katodeforstøvning af ITO
- Sputter 175 nm af indiumtinoxid (ITO) ved jævnstrøm magnetron sputtering 20 på følgende betingelser:. Effekt 20 W, sokkel tryk <10 -9 mbar, Ar tryk 2,5 Pa ved en sputtering på 35 nm / min, sputter ITO i 5 min for en 175 nm tyk ITO film. Den resulterende ITO / ZnO / Cu 2 O heterojunction er vist i figur 3.
4. Efterbehandling af Devices
- Rengør tusch fra guldelektroden med acetone for at blotlægge den gyldne elektrode.
- Påfør elektriske kontakter ved at stikke 2 tynde ledninger med Ag pasta onto ITO og Au-elektroder.
Representative Results
Termodynamisk, CuO er den eneste stabile fase af kobberoxid i luft ved stuetemperatur, idet Cu-O fasestabilitet diagram afslører 21 - 23. For at kontrollere tilstedeværelsen af CuO på overfladen af Cu 2 O, absorptionsspektre af ætsede og uætset termisk oxideret Cu 2 O substrater blev taget med fototermisk afbøjning spektroskopi (PDS) - et meget følsomt teknik, som giver mulighed for sub-båndgab absorptionsmåling 24 (figur 4). Begge spektre viste absorption over 1,4 eV, der falder sammen med båndgab af CuO, før mætning ved 2 eV (Cu 2 O båndgab). Den uætset substrat havde en højere absorption under 2 eV, hvilket antyder et tykkere lag af CuO på overfladen af uætset Cu 2 O end på den ætsede substrat. Indsættelsen i Figur 4 viser et gråt lag af CuO på som-oxiderede (uætset) Cu 2 O substrat. Menskunne påvises nogen grå film visuelt på det ætsede substrat, nogle CuO var stadig til stede på overfladen, da PDS målinger antyder. Tilstedeværelsen af en meget tynd CuO film på overfladen af Cu 2 O substrater blev også bekræftet med røntgen photoelectron spectroscopy (XPS) 19,25. Cuprioxid stede på Cu 2 O overflade indfører dybt plan trap stater (Cu2 +) 18 ved heterojunction grænseflade, der kan fungere som rekombinationscentre og dermed CuO tilstedeværelse på pn junction er uønsket.
Varme Cu 2 O substrater i nærvær af oxidanter (fx luft og fugt) letter oxidationen af Cu 2 O til CuO. For at opnå polykrystallinsk ZnO af AP-SALD, substraterne opvarmes til 150 ° C. Som substrat holdes ved forhøjet temperatur i fri luft eller under oxiderende gas under afsætningen, CuO danner hurtigt på Cu
Fotovoltaiske enheder blev foretaget med ZnO deponeret af AP-SALD ved 150 ° C i 400 sek oven på ætset termisk oxiderede Cu 2 O substrater. Figur 6A viser overfladen af denne standard enhed. Man kan bemærke mange stang- og blomst-lignende udvækster stede i enheden. Som bekræftet tidligere med EDX og PDS, disse udvækster er cuprioxid og forekomme på grund af Cu 2 O udsættelse for luft og oxidanter. Tabel 1 og figur 7 ( 'ZnO / Cu 2 O standard' cUrve) demonstrerer den relativt dårlige resultater af denne enhed.
For at undgå CuO formation på Cu 2 O overflade blev betingelserne for deponering ZnO af AP-SALD på de ætsede termisk oxiderede Cu 2 O substrater optimeres. Der blev truffet følgende foranstaltninger for at minimere CuO vækst: reduktion af deposition temperatur (figur 8A); reduktion af deposition tid (figur 8B); scanning substratoverfladen i et par svingninger uden eksponering oxidantgassen, dvs. med kun metalprækursorer og inerte kanaler åbne (fig 8C); og endelig, undgåelse af unødvendige opvarmning af nøgne Cu 2 O substrater i luften lige før starten af deposition. De optimale parametre for ZnO aflejring på Cu 2 O blev fundet at være 100 ° C, 100 sek og 5 vandfri cyklusser. Overfladen af den optimerede indretningen var fri for CuO outgrowths, hvilket ses i figur 6B. Den strømtæthed-spænding (JV) er karakteristisk for den optimerede ZnO / Cu 2 O-enhed sammenlignes med den standard enhed i figur 7. Det fotovoltaiske præstationer både standard og optimerede ZnO / Cu 2 O-enheder er vist i tabel 1. Det kan ses, at ved at følge de fire ovennævnte foranstaltninger, blev en seks gange forøgelse i effektkonverteringsvirkningsgrad af indretningerne opnået.
For yderligere at belyse effekten af optimering af AP-sald betingelser om reduktion af CuO og heterojunction kvalitet, blev ekstern kvanteudbytte (EQE) målinger udført på enheder med ZnO deponeret ved 150 ° C og 100 ° C (figur 9). Den EQE spektrene for de to enheder, mens ens ved bølgelængder over 475 nm, afveg betydeligt ved bølgelængder under 475 nm, hvilket er den række af bølgelængden s absorberet tæt på grænsefladen. For den kortere bølgelængde stråling, den EQE af anordningen med ZnO fremstillet ved højere temperatur var mindre end halvdelen af indretningen med ZnO fremstillet ved lavere temperatur. Dette antyder, at mere cuprioxid var til stede ved ZnO / Cu 2 O interface fremstillet ved højere temperatur, hvilket reducerede ladning samling fra regionen tæt på heterointerface følge af forøget rekombination.
Mg blev inkorporeret i AP-SALD ZnO film for at øge ledningsbåndet ZnO og reducere rekombination yderligere 15. Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O solceller blev foretaget med de optimerede Zn 0,8 mg 0,2 O film, hvilket resulterer i 2,2% enhed PCE - det højeste til dato for Cu 2 O-baserede solceller med open-air fabrikerede heterojunctions (se enheden ydeevne i figur 7 og tabel 1).
indhold "fo: holde-together.within-side =" 1 ">
Figur 1. Cu 2 O-baserede solcelle effektivitet ved udgivelsesår (Dette tal er blevet ændret fra ref. 8). Markers viser, om grænsefladen blev dannet i vakuum eller i atmosfæren (ikke-vakuum) og etiketter angiver metoden til heterojunction formation. MSP - magnetron sputtering, IBS - ionstråle sputtering, Vape - vakuum bue plasma fordampning. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2. Skematisk af AP-SALD deposition proces (sammenlignet med konventionel ALD) og set-up til fremstilling af flerkomponent metal okseides. (A) Sekventiel eksponeringen af hver forløber og purge skridt i konventionel ALD (delta-doping) (Dette tal er gengivet fra Ref. 11). I forbindelse med dette manuskript, M1 er diethylzink damp, M2 bis (ethylcyclopentadienyl) magnesium damp, og O1 og O2 vanddamp. (B) Sekventiel eksponering af metal-blandingen (co-injektion), inert gas kanaler (svarende til "purge" trin) og oxidant i AP-SALD (Dette tal er gengivet fra Ref. 11). (C) Skematisk af en generel AP-SALD reaktor, der viser forstadierne rumligt adskilt af inerte gaskanaler, med substratet oscilleres under de forskellige kanaler (Dette tal er gengivet fra Ref. 11, som er en modifikation fra en i Ref. 26). (D) Oversigt skematisk af de vigtige komponenter i en AP-SALD-system med atomic force mikroskopi (AFM) billeder, der viser morfologien afsubstrat før og efter Zn 1-x Mg x O udfældning (Dette tal er gengivet fra Ref. 13). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3. Tværsnit SEM billede af ITO / ZnO / Cu 2 O heterojunction (Dette tal er gengivet fra ref. 8). Conformal coating af Cu 2 O substrat med ZnO og ITO-film kan observeres. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4. PDS spektre af ætsede og uætset (as-oxi dized) Cu 2 O substrater (Dette tal er blevet ændret fra ref. 8). De mellemværker viser fotografier af de ætsede og uætset kobberoxid substrater. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5. SEM billeder af overfladen af en Cu 2 O substrat, når (A) frisk ætset og (B) efter udglødning ved 150 ° C i luft i 3 min (Dette tal er gengivet fra ref. 8). Inlays show overflade sammensætning erhvervet med EDX. klik her for at se en større version af dette tal.
501 / 53501fig6.jpg "/>
Figur 6. SEM billeder af overfladen af ZnO / Cu 2 O solceller lavet ved hjælp af (A) standardbetingelser og (B) optimerede betingelser for AP-SALD ZnO (Dette tal er gengivet fra ref. 8). Forskellige udvækster kan være ses i standard enhed. klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7. Light JV egenskaber for Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O solceller fremstillet ved standard og optimerede AP-sald forhold (Dette tal er blevet ændret fra ref. 8). De JV kurver demonstrerer solcelle præstationsforbedring, når sammensætning og AP-sald betingelser for Zn 1-x Mg x O film optimeres.s: //www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig7large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8. Virkningen af AP-sald parametre om udførelsen af ZnO / Cu 2 O solceller. (A) og (B) Effekten af AP-SALD ZnO deposition tid og temperatur på åbne kredsløb (V oc) af enhederne (Dette tal er gengivet fra ref. 8), (C) korrelation af vand- gratis cykler med V-oc af enhederne. klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 9. EQE spectren af ZnO / Cu 2 O solceller med ZnO deponeret ved 100 ° C og 150 ° C. (Dette tal er gengivet fra ref. 8). Afbrydelse spænding på enhederne er angivet i legenden. Klik her for at se en større version af dette tal.
| Solcelle | Deposition temperatur, ° C | Deposition tid, sec | J sc, mA / cm2 | V oc, V | FF,% | PCE,% |
| ZnO / Cu 2 O Standard | 150 | 400 | 3.7 | 0,18 | 35 | 0,23 |
| ZnO / Cu 2 O Optimeret | 100 | 100 </ Td> | 7.5 | 0,49 | 40 | 1,46 |
| Zn 0,8 mg 0,2 / Cu 2 O Optimeret | 150 | 100 | 6.9 | 0,65 | 49 | 2.20 |
Tabel 1. Standard og optimeret AP-SALD Zn 1-x Mg x O deposition parametre og ydeevne af de bedste tilsvarende ITO / Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O solceller (Denne tabel er blevet ændret fra ref. 8) . J SC - kortslutning strømtæthed, FF - fyld faktor.
Discussion
Kritiske trin i protokollen er fastsat af Cu 2 O til CuO substratoverflade oxidation. Disse omfatter ætsning af substraterne i fortyndet salpetersyre for at fjerne enhver CuO efter oxidation og efter fordampningen af den gyldne elektrode, minimere den tid substrater tilbringer i fri luft, inden Zn 1-x Mg x O aflejring og endelig aflejring af Zn 1-x Mg x O på Cu 2 O substrater af AP-SALD.
Fordelen ved AP-SALD forhold til konventionelle ALD er, at film kan dyrkes uden et vakuum med en vækstrate, der er en til to størrelsesordener højere. Det indebærer imidlertid, at de Cu 2 O substrater have været udsat for oxidanter i luft ved forhøjet temperatur mindst lige før aflejring, hvilket er tilstrækkeligt for en tynd CuO lag dannes på overfladen. Dette begrænser tilsyneladende anvendelsen af AP-SALD metode til nogle oxidationsfølsomme materials. Men ved at optimere AP-sald forhold såsom temperatur og tid, samt minimere Cu 2 O udsættelse for luft og fugt, en seks-dobling i virkningsgrad på ZnO / Cu 2 O enheder lavet ved hjælp af AP-SALD blev opnået . Forbedringen kom fra den forståelse, at Cu 2 O til CuO oxidation er den vigtigste begrænsende faktor kobberoxid som materiale i heterojunction solceller og modificere fabrikation forsøgsprotokollen i overensstemmelse hermed.
For helt at undgå oxidation af cuprooxid, skal holdes i en inert atmosfære eller i vakuum hele tiden, hvilket kan være en udfordring, når der anvendes en udendørs deposition teknik, såsom AP-SALD substraterne. Mens oxidationen af Cu 2 O undgås i vakuum baserede teknikker 3,18, for fremstilling i stor skala, er det vigtigt, at dette problem kan minimeres i atmosfæriske fabrikationsprocesser. I AP-SALD, kan substratoverfladen udsættes forreduktionsmidler forud for dannelsen af heterointerface, og ved at afbalancere oxidationen af Cu 2 O med reduktionen af CuO ved hjælp dannende gas under aflejringen af n-typen oxid. 25. Reduktionsmidlet anvendes i AP-SALD kunne være en blanding af en inert gas med en reducerende gas (f.eks N2 + 5% H2 25), eller et antal cykler med et reducerende forstadium før udfældning, dvs. vandfrie cyklusser, for at reducere CuO tilbage til Cu 2 O lige før ZnO oxid begynder at vokse på overfladen.
I dette arbejde, har en standard-protokol blevet udviklet, som minimerer CuO dannelse optimering fremstillingstrin fra Cu 2 O behandling og ætsning på pn junction dannelse af AP-SALD i open-air. Succesen af dette arbejde viser potentialet af AP-SALD som et lovende fremgangsmåde til anvendelse i billige og skalerbare fotoelektromotoriske anordninger. Teknikken kan anvendes til hurtige pengition af en række n- og p-type halvledende metaloxider samt blokering, buffer og barrierelag i solceller på varmefølsomme substrater, herunder plast.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Copper foil | Avocado Research Chemicals LTD T/A Alfa Aesar | 13380 | 0.127 mm thick, 99.9% (metals basis), annealed |
| Rapidox Oxygen analyzer | Rapidox | Model 2100 | |
| Alumina boat | Almath Crucibles LTD | 6121203 | Dimensions 20 mm x 50 mm x 5 mm |
| Gold pellets | KJLC | EVMAUXX40G | 99.99% pure, 1/8" x 1/8", sold by the gram |
| Diethylzinc | Aldrich | 256781 | ≥52 wt. % Zn basis |
| Bis(ethylcyclopentadienyl)magnesium | Strem Chemicals UK | 12-0510 | 5 g |
| ITO target | GoodFellow Cambridge Limited | LS 427438 | Indium Oxide/Tin Oxide target (In2O3 90 / SnO2 10). Condition: Hot-pressed. Thickness: 2.0 mm ± 0.5 mm. Size: 35.5 mm x 55.5 mm ± 0.5 mm |
| VHT engine enamel paint | Halfords | 325019 | very high temperature engine enamel black paint |
| Nitric acid HNO3, ACS reagent 70% | Sigma-Aldrich Co Ltd | 438073-2.5L | Harmful, irritant |
| 2% Oxygen/Argon 200 bar | BOC Limited | 225757-L | gas mixture for Cu foil oxidation, to be diluted with Ar |
References
- Meyer, B. K., et al. Binary copper oxide semiconductors: From materials towards devices. Phys. Status Solidi (B). 249 (8), 1487-1509 (2012).
- Mittiga, A., Salza, E., Sarto, F., Tucci, M., Vasanthi, R. Heterojunction solar cell with 2% efficiency based on a Cu2O substrate. Appl. Phys. Lett. 88 (16), 163502 (2006).
- Minami, T., Miyata, T., Nishi, Y. Cu2O-based heterojunction solar cells with an Al-doped ZnO/oxide semiconductor/thermally oxidized Cu2O sheet structure. Solar Energy. 105, 206-217 (2014).
- Duan, Z., Du Pasquier, A., Lu, Y., Xu, Y., Garfunkel, E. Effects of Mg composition on open circuit voltage of Cu2O-MgxZn1−xO heterojunction solar cells. Sol. Energ. Mat. Sol. C. 96, 1-6 (2011).
- Minami, T., Nishi, Y., Miyata, T. High-efficiency Cu2O-based heterojunction solar cells fabricated using a Ga2O3 thin film as n-type layer. Appl. Phys. Express. 6 (4), 044101 (2013).
- Lee, Y. S., et al. Atomic layer deposited gallium oxide buffer layer enables 1.2 v open-circuit voltage in cuprous oxide solar cells. Adv. Mater. 26 (27), 4704-4710 (2014).
- Pavan, M., et al. TiO2/Cu2O all-oxide heterojunction solar cells produced by spray pyrolysis. Sol. Energ. Mat. Sol. C. 132, 549-556 (2015).
- Ievskaya, Y., Hoye, R. L. Z., Sadhanala, A., Musselman, K. P., MacManus-Driscoll, J. L. Fabrication of ZnO/Cu2O heterojunctions in atmospheric conditions: Improved interface quality and solar cell performance. Sol. Energ. Mat. Sol. C. 135, 43-48 (2015).
- Minami, T., Nishi, Y., Miyata, T. Heterojunction solar cell with 6% efficiency based on an n-type aluminum-gallium-oxide thin film and p-type sodium-doped Cu2O sheet. Appl. Phys. Express. 8, 022301 (2015).
- Munoz-Rojas, D., MacManus-Driscoll, J. Spatial Atmospheric Atomic Layer Deposition: A new laboratory and industrial tool for low-cost photovoltaics. Mater. Horiz. , (2014).
- Hoye, R. L. Z., et al. Research Update: Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition of ZnO thin films: Reactors, doping, and devices. APL Mat. 3 (4), 040701 (2015).
- Hoye, R. L. Z., Muñoz-Rojas, D., Musselman, K. P., Vaynzof, Y., MacManus-Driscoll, J. L. Synthesis and Modeling of Uniform Complex Metal Oxides by Close-Proximity Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition. ACS Appl. Mater. Interfaces. 7, 10684-10694 (2015).
- Hoye, R. L. Z., et al. Improved open-circuit voltage in ZnO-PbSe quantum dot solar cells by understanding and reducing losses arising from the ZnO conduction band tail. Adv. Energy Mat. 4 (8), 1301544 (2014).
- Hoye, R. L. Z., et al. Enhanced Performance in Fluorene-Free Organometal Halide Perovskite Light-Emitting Diodes using Tunable, Low Electron Affinity Oxide Electron Injectors. Adv. Mater. 27, 1414-1419 (2014).
- Hoye, R. L. Z., Musselman, K. P., MacManus-Driscoll, J. L. Research Update: Doping ZnO and TiO2 for solar cells. APL Mat. 1 (6), 060701 (2013).
- Ohtomo, A., et al. MgxZn1-xO as a II-VI widegap semiconductor alloy. Appl. Phys. Lett. 72 (19), 2466-2468 (1998).
- Su, S. C., et al. Valence band offset of ZnO4H-SiC heterojunction measured by x-ray photoelectron spectroscopy. Appl. Phys. Lett. 92 (19), 1-4 (2008).
- Lee, S. W., et al. Improved Cu2O-based solar cells using atomic layer deposition to control the Cu oxidation state at the p-n junction. Adv. Energy Mat. 4 (11), 1301916 (2014).
- Brandt, R. E., et al. Band offsets of n-type electron-selective contacts on cuprous oxide (Cu2O) for photovoltaics. Appl. Phys. Lett. 105 (26), 263901 (2014).
- Hakimi, A. Magnetism and spin transport studies on indium tin oxide. , University of Cambridge. Doctoral Thesis, Department of Materials Science and Metallurgy http://www.dspace.cam.ac.uk/handle/1810/239351 (2011).
- Biccari, F. Defects and doping in Cu2O. , University of Rome, Department of Physics. Doctoral Thesis http://server2.phys.uniroma1.it/DipWeb/dottorato/DOTT_FISICA/MENU/03DOTTORANDI/TesiFin22/Biccari.pdf (2009).
- Schmidt-Whitley, R., Martinez-Clemente, M., Revcolevschi, A. Growth and microstructural control of single crystal cuprous oxide Cu2O. J. Cryst. Growth. 23 (2), 113-120 (1974).
- Laughlin, D. E., Hono, K. Predominance phase diagram for the Cu-O2 system. Physical Metallurgy. 1, 219 (2014).
- Kronemeijer, A. J., et al. Two-dimensional carrier distribution in top-gate polymer field-effect transistors: correlation between width of density of localized states and Urbach energy. Adv. Mater. 26 (5), 728-733 (2014).
- Hoye, R. L. Z., et al. Perspective: Maintaining surface-phase purity is key to efficient open air fabricated cuprous oxide solar cells. APL Mat. 3, 020901 (2015).
- Poodt, P., et al. Spatial atomic layer deposition: A route towards further industrialization of atomic layer deposition. J. Vac. Sci. Technol., A. 30 (1), 010802 (2012).
