Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

उच्च निष्पादन गैप/Si Heterojunction सौर कोशिकाओं का विकास

Published: November 16, 2018 doi: 10.3791/58292
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1School of Electrical, Computer, and Energy Engineering, Arizona State University

Summary

यहां, हम एक उच्च एसआई अल्पसंख्यक वाहक जीवन भर के साथ उच्च प्रदर्शन अंतर/si heterojunction सौर कोशिकाओं को विकसित करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं ।

Abstract

उनके Shockley-Queisser सीमा से परे एसआई आधारित सौर कोशिकाओं की दक्षता में सुधार करने के लिए, इष्टतम पथ के लिए उन्हें III-V-आधारित सौर कोशिकाओं के साथ एकीकृत करने के लिए है । इस काम में, हम एक उच्च एसआई अल्पसंख्यक-वाहक जीवनकाल और epitaxial गैप परतों के उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता के साथ उच्च प्रदर्शन गैप/si heterojunction सौर कोशिकाओं को पेश करते हैं । यह दिखाया गया है कि फास्फोरस (पी) लगाने से-एसआई सब्सट्रेट और एक पापएक्स परत में प्रसार परतों, एसआई अल्पसंख्यक-वाहक जीवनकाल अच्छी तरह से बनाए रखा जा सकता है आणविक बीम epitaxy (MBE) में अंतर वृद्धि के दौरान. वृद्धि की स्थिति को नियंत्रित करके, अंतर के उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता पी-रिच एसआई सतह पर उगाया गया था । फिल्म की गुणवत्ता परमाणु बल माइक्रोस्कोपी और उच्च संकल्प एक्स-रे विवर्तन की विशेषता है । इसके अलावा, मूएक्स एक छेद चयनात्मक संपर्क है कि कम सर्किट वर्तमान घनत्व में एक उल्लेखनीय वृद्धि करने के लिए नेतृत्व के रूप में लागू किया गया था । अंतर के प्राप्त उच्च डिवाइस प्रदर्शन/si heterojunction सौर कोशिकाओं एसआई आधारित फोटोवोल्टिक उपकरणों के प्रदर्शन के आगे बढ़ाने के लिए एक रास्ता स्थापित करता है ।

Introduction

समग्र सौर सेल दक्षता1,2को बढ़ाने के क्रम में जाली बेमेल के साथ विभिन्न सामग्रियों के एकीकरण पर एक सतत प्रयास किया गया है । iii-V/si एकीकरण के लिए आगे वर्तमान एसआई सौर सेल दक्षता बढ़ाने के लिए और multijunction सौर सेल अनुप्रयोगों के लिए एक एसआई सब्सट्रेट के साथ महंगी III-v सब्सट्रेट (जैसे GaAs और जीई) की जगह की क्षमता है । सभी III-V द्विआधारी सामग्री प्रणालियों के बीच, गैलियम phosphide (गैप) इस प्रयोजन के लिए एक अच्छा उंमीदवार है, क्योंकि यह छोटी जाली-बेमेल है (~ Si के साथ ०.४%) और एक उच्च अप्रत्यक्ष bandgap । इन सुविधाओं एसआई सब्सट्रेट के साथ अंतर के उच्च गुणवत्ता वाले एकीकरण सक्षम कर सकते हैं. यह सैद्धांतिक रूप से दिखाया गया है कि गैप/heterojunction सौर कोशिकाओं के पारंपरिक passivated उत्सर्जक रियर si सौर कोशिकाओं की दक्षता में वृद्धि कर सकता है3,अद्वितीय बैंड से लाभांवित करके4 -गैप और एसआई के बीच ऑफसेट (∆ Ev ~ १.०५ ev और ∆ ईसी ~ ०.०९ ev) । यह अंतर सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए एक होनहार इलेक्ट्रॉन चयनात्मक संपर्क बनाता है । हालांकि, उच्च प्रदर्शन अंतर को प्राप्त करने के लिए आदेश में/si heterojunction सौर कोशिकाओं, एक उच्च एसआई थोक जीवनकाल और उच्च अंतर/

एक एसआई सब्सट्रेट पर आणविक बीम epitaxy (MBE) और metalorganic भाप चरण epitaxy (MOVPE) द्वारा III-वी सामग्री की वृद्धि के दौरान, महत्वपूर्ण एसआई जीवन क्षरण व्यापक रूप से मनाया गया है5,6,7, 8 , 9. यह पता चला था कि जीवनकाल क्षरण मुख्य रूप से रिएक्टरों में एसआई वेफर्स के थर्मल उपचार के दौरान होता है, जो सतह ऑक्साइड desorption के लिए आवश्यक है और/या epitaxial विकास10से पहले सतह पुनर्निर्माण । यह क्षरण विकास रिएक्टरों5,7से उत्पंन दूषित पदार्थों के बाह्य प्रसार के लिए जिंमेदार माना था । इस एसआई आजीवन क्षरण को दबाने के लिए कई दृष्टिकोणों का प्रस्ताव किया गया है । हमारे पिछले काम में, हम दो तरीकों में एसआई जीवन क्षरण काफी दबा दिया जा सकता है का प्रदर्शन किया है । पहली विधि एक प्रसार बाधा7 के रूप में पापएक्स की शुरूआत और एक दूसरे के रूप में पी-प्रसार परत शुरू करने के द्वारा प्रदर्शन किया गया था एक 2 एसआई सब्सट्रेट करने के लिए एजेंट11 .

इस काम में, हम उच्च प्रदर्शन अंतर का प्रदर्शन किया है और aforementioned दृष्टिकोण के आधार पर सौर कोशिकाओं सिलिकॉन थोक जीवन क्षरण को कम करने के लिए । एसआई जीवनकाल को बनाए रखने के लिए इस्तेमाल किया तकनीक सक्रिय एसआई नीचे कोशिकाओं और उच्च गतिशीलता CMOS के रूप में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ multijunction सौर कोशिकाओं में व्यापक आवेदन कर सकते हैं । इस विस्तृत प्रोटोकॉल में गैप/si heterojunction सौर कोशिकाओं के निर्माण विवरण, एसआई वेफर क्लीनिंग सहित, पी-भट्ठी में प्रसार, अंतर वृद्धि, और गैप/si सौर कोशिकाओं प्रसंस्करण, प्रस्तुत कर रहे हैं ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

चेतावनी: रसायनों से निपटने के पहले सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डेटा शीट (MSDS) से परामर्श करें । धुआं हूड और व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (सुरक्षा चश्मा, दस्ताने, लैब कोट, पूर्ण लंबाई पैंट, बंद पैर के जूते) सहित एक सौर सेल निर्माण प्रदर्शन जब सभी उचित सुरक्षा प्रथाओं का उपयोग करें ।

1. Si वेफर क्लीनिंग

  1. साफ एसआई वेफर्स पिरांहा समाधान में (एच2ओ2/H2तो4) ११० डिग्री सेल्सियस पर ।
    1. पिरांहा समाधान का उत्पादन करने के लिए, एसिड स्नान (उच्च घनत्व पॉलीथीन टैंक और इसके बाद) के साथ १५.१४ एल के एच2तो4 (९६%) और फिर एच2ओ2 (30%)
    2. ११० डिग्री सेल्सियस पर स्थिर करने के लिए समाधान के तापमान के लिए रुको ।
    3. जगह 4 इंच व्यास, फ्लोट जोन (FZ), n-प्रकार, और डबल एक साफ 4 "वेफर कैसेट (और इसके बाद) में सी पॉलिश एसआई वेफर्स, और 10 मिनट के लिए पिरांहा स्नान में नाव जगह है ।
    4. पानी के साथ 10 मिनट के लिए कुल्ला (DI) ।
  2. ७४ डिग्री सेल्सियस पर आरसीए सफाई समाधान के साथ साफ एसआई वेफर्स ।
    1. एचसीएल का पतला समाधान तैयार करें: एच2ओ2. १३.२ एल के DI एच2ओ और २.२ एल के साथ एसिड स्नान भरें । इस समाधान को एच2ओ2 के २.२ एल के साथ स्पाइक करें और हीटर चालू कर दें ।
    2. उपयोग करने से पहले ७४ डिग्री सेल्सियस पर स्थिर करने के लिए समाधान के तापमान के लिए रुको ।
    3. एक साफ 4 में एसआई वेफर्स रखो "वेफर कैसेट और प्लेस वेफर्स 10 मिनट के लिए आरसीए समाधान में ।
    4. 10 मिनट के लिए DI पानी के साथ कुल्ला ।
  3. बफर ऑक्साइड खोदना (बोए) समाधान में साफ एसआई वेफर्स ।
    1. एसिड स्नान में बोए गए घोल के १५.१४ एल डालो.
    2. 3 मिनट के लिए स्नान में 4 "वेफर कैसेट प्लेस ।
    3. DI पानी के साथ 10 मिनट के लिए कुल्ला ।
    4. शुष्क N2द्वारा वेफर सूखी ।

2. पी-प्रसार भट्ठी में प्रसार

  1. एक प्रसार क्वार्ट्ज नाव में एक साफ वेफर रखो ।
  2. यह एक क्वार्ट्ज ट्यूब कि ८०० डिग्री सेल्सियस के आधार तापमान है में लोड । एन2 वातावरण में फर्नेस तापमान ८२० ° c करने के लिए रैंप । ८२० डिग्री सेल्सियस से कम, N2 वाहक गैस है कि फॉस्फोरस सीक् (POCl3) के माध्यम से बुलबुले १००० sccm पर बहने शुरू करते हैं । 15 मिनट के बाद, N2 वाहक गैस बंद कर दें और तापमान ८०० डिग्री सेल्सियस से नीचे नमूने लेने से पहले रैंप ।
  3. फास्फोरस सिलिकेट ग्लास (पीएसजी) को दूर करने के लिए 10 मिनट के लिए एक बोए गए घोल में नमूने रखें और फिर DI water में 10-मिनट कुल्ला करें ।

3. सिनएक्स कोटिंग PECVD द्वारा

  1. एक साफ नाव में वेफर रखो और 1 मिनट के लिए एक बोए स्नान में डुबकी सतह पर देशी ऑक्साइड को दूर करने के लिए ।
  2. DI पानी के साथ 10 मिनट के लिए कुल्ला ।
  3. एक सूखी एन2 बंदूक के साथ वेफर सूखी ।
  4. एक साफ एसआई वाहक पर एसआई वेफर प्लेस (१५६ mm monocrystalline si) ।
  5. प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) चैंबर में नमूना लोड ।
  6. जमा १५० एनएम-मोटी (३८.५ एस) पापx में ३५० ° c चैंबर में । ३.५ Torr और ६० sccm के एक बेस दबाव के साथ ३०० W आरएफ पावर पर जमा पापx एक सिलिकॉन स्रोत के रूप में और शिः4 के ६० sccm के रूप में एक एन स्रोत (२००० एन2 के sccm एक मंदक के रूप में इस्तेमाल किया गया था) ।
    1. सिनएक्स की वृद्धि दर की पुष्टि करें (३.९ एनएम/पापएक्स फिल्मों पॉलिश वेफर्स पर अलग जमाव समय के साथ जमा करके और माप चर कोण स्पेक्ट्रोस्कोपी ellipsometry (फूलदान) द्वारा मोटाई ।

4. MBE द्वारा अंतर वृद्धि

  1. पापएक्स जमाव के बाद, MBE चैंबर में वेफर लोड ।
  2. परिचयात्मक चैंबर में Outgas (3 एच के लिए १८० डिग्री सेल्सियस), तो बफर चैंबर में Outgas (२४० डिग्री सेल्सियस के लिए 2 ज) । वृद्धि चैंबर में लोड और 10 मिनट के लिए ८५० ° c पर सेंकना ।
  3. ५८० डिग्री सेल्सियस के तापमान में कमी । Ga बहाव सेल तापमान बढ़ाने के लिए उत्पादन ~ 2.71 × 10-7 Torr बीम-बराबर दबाव (BEP) और एसआई बहाव सेल तापमान १२५० ° c ।
  4. ~ 1.16 × 10-6 Torr BEP को प्राप्त करने के लिए पी-वाल्व्ड क्रैकर पोजिशनर को एडजस्ट करें । ga, P, और Si शटर खोलें और एक बाधित वृद्धि विधि के साथ 25 एनएम-मोटा अंतर बढ़ाएँ (5 एस के 10 चक्र खुले और 5 एस बंद) unshutter्ड विकास के १२१ s द्वारा पीछा किया (यानी, खुला Ga और पी शटर एक साथ).
  5. २०० ° c करने के लिए सब्सट्रेट तापमान घटाएं और वैक्यूम चैंबर से नमूना अनलोड ।

5. वापस निकालें n + और पापएक्स परतों गीला नक़्क़ाशी द्वारा

  1. HF क्षति से बचाने के लिए एक सुरक्षात्मक टेप के साथ अंतर सतह को कवर ।
  2. एक प्लास्टिक चोंच में ४९% HF समाधान की ~ ३०० मिलीलीटर तैयार करें ।
  3. 5 मिनट के लिए HF समाधान में नमूना प्लेस पूरी तरह से पापएक्स परत को दूर करने के लिए ।
  4. सुरक्षात्मक टेप निकालें, DI पानी से कुल्ला, और N2द्वारा सूखी ।
  5. एक नया सुरक्षात्मक टेप के साथ अंतर सतह को कवर ।
  6. कमरे के तापमान पर एक प्लास्टिक यूरिन (hydrofluoric एसिड (HF) (५० मिलीलीटर), नाइट्रिक एसिड (िनॉ3) (३६५ मिलीलीटर), और एसिटिक एसिड (CH3COOH) (८५ मिलीलीटर)) में HNA घोल तैयार करें ।
    सावधानी: ध्यान से समाधान में वेफर जगह HNA से बचने के लिए खाई की सतह में घुसना ।
  7. नमूना 3 मिनट के लिए HNA समाधान में रखो ।
  8. सुरक्षात्मक टेप निकालें और DI पानी से कुल्ला । N 2 द्वारा सूखी।

6. होल-नंगे एसआई ओर पर चयनात्मक संपर्क गठन

  1. चार चौथाई में एक हीरे की कलम के साथ वेफर सट ।
  2. एक डि पानी की टंकी में नमूनों को अच्छी तरह साफ कर लें ।
  3. सतह से देशी ऑक्साइड हटाने के लिए 30 एस के लिए एक बोए हुए नहाने के नमूनों को साफ करें ।
  4. DI पानी में वेफर्स में कुल्ला और फिर N2द्वारा सूखी ।
  5. एक ५० एनएम-मोटी एक एसआई: H नमूने में से एक पर PECVD द्वारा जमा si लाइफटाइम जांच करने के लिए ।
    1. ६० W आरएफ पावर पर a-Si: h layer जमा करें ३.२ Torr और ४० sccm के दबाव के साथ शिः4 के सिलिकॉन स्रोत (२०० एच2 के sccm एक मंदक के रूप में इस्तेमाल किया गया था) ।
    2. पॉलिश वेफर्स पर अलग जमाव समय के साथ एक si फिल्मों जमा और फूलदान के साथ मोटाई को मापने के द्वारा एक-एसआई: एच (१.६ एनएम/एस) की वृद्धि दर की पुष्टि करें ।
  6. जमा (i) a-si (9 एनएम) और (p +) एक-एसआई (16 एनएम) PECVD द्वारा एक अलग एसआई नमूने की ओर धंसा हुआ (सामने) ।
    1. p-type a-Si परत ३७ W आरएफ पावर पर ३.२ Torr और ४० sccm के दबाव के साथ शिः4 के सिलिकॉन स्रोत और 18 sccm B [CH3]3 के रूप में बोरान dopant (१९७ एच2 के sccm एक मंदक के रूप में इस्तेमाल किया गया था) के रूप में जमा ।
    2. पॉलिश किए गए वेफर्स पर विभिन्न विकास समय के साथ ए-si फिल्मों को जमा करके और फूलदान के साथ मोटाई को मापने के पी-टाइप ए-एसआई (२.० एनएम/) की वृद्धि दर की पुष्टि करें ।
  7. एक मू3 से थर्मल वाष्पीकरण द्वारा कमरे के तापमान पर एक 9 एनएम मोटी मूx परत जमा (९९.९९%) स्रोत की एक जमाव दर के साथ ०.५ Å/

7. बाहरी संपर्क गठन

  1. जमा ७५ एनएम-मोटी इंडियम टिन ऑक्साइड (इतो) (2ओ3/SnO में2 = 95/5 (वजन प्रतिशत), ९९.९९%) नमूनों के अंतर की ओर से आरएफ sputtering (आरएफ 1 किलोवाट की शक्ति और 5 Torr के दबाव) के साथ २.२ sccm की ऑक्सीजन प्रवाह दर ।
  2. नमूनों को उतारना और उन्हें चालू करना. उसके बाद इतो mesa साठा के लिए नमूनों पर mesa छाया मास्क का उपयोग करें ।
  3. जमा ७५ एनएम-मोटी इतो द्वारा आरएफ sputtering । जमा २०० एनएम-मोटी चांदी (आरएफ 1 किलोवाट की शक्ति और 8 Torr के दबाव) उंगली छाया मुखौटा को कवर उंगलियों के लिए । जमा २०० एनएम-वापस संपर्क के रूप में नमूनों के अंतर की ओर मोटी चांदी ।
  4. २२० डिग्री सेल्सियस पर वायुमंडलीय दबाव के तहत एक भट्ठी में नमूने एनएन ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

परमाणु शक्ति माइक्रोस्कोपी (AFM) छवियों और उच्च संकल्प एक्स-रे विवर्तन (XRD) स्कैन, (004) प्रतिबिंब के आसपास में और पारस्परिक अंतरिक्ष नक्शा (आरएसएम) के आसपास (२२४) प्रतिबिंब में घुमाव वक्र सहित, अंतर के लिए एकत्र किए गए थे/ संरचना (चित्रा 1) । AFM MBE-उगाया गैप की सतह आकृति विज्ञान की विशेषता के लिए इस्तेमाल किया गया था और XRD गैप लेयर के क्रिस्टल गुणवत्ता की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । प्रभावी अल्पसंख्यक-गैप/एसआई संरचना और एसआई थोक के वाहक जीवनकाल के लिए इस काम में इस्तेमाल किया जीवन भर की प्रभावशीलता की जांच करने के लिए मापा गया । बाहरी क्वांटम दक्षता (EQE), सतह प्रतिबिंब, छद्म प्रकाश j-v (सूरज-Voc), और अंतर के प्रकाश j-v/अंतिम उपकरणों (चित्रा 2) एकत्र किए गए थे । आंतरिक क्वांटम दक्षता (IQE) EQE डेटा सही प्रतिबिंब से उत्पंन किया गया था । प्रकाश और छद्म J-V पैरामीटर तालिका 1में सूचीबद्ध हैं । १३.१% की क्षमता और १४.१% एक खुले सर्किट वोल्टेज के साथ (वीoc) ६१८ एमवी और ५९८ एमवी संरचना से प्राप्त कर रहे हैं A और B, क्रमशः. मूx संरचना में एक छेद-चयनात्मक संपर्क के रूप में परत बेहतर प्रदर्शन से बेहतर एक एसआई: संरचना में एच एक ।

Figure 1
चित्रा 1: अंतर की खाई परत के लक्षण वर्णन/ (a) 25 एनएम-मोटी गैप सरफेस की 1 x 1 माइक्रोन2 AFM इमेज । (ख) सुसंगत डबल क्रिस्टल (डीसी) ω-2θ कमाल की वक्र (काले) Si और गैप (004) प्रतिबिंब के आसपास (एक फिट वक्र (लाल) संरचना में भी प्रस्तुत किया जाता है) । (ग) के पारस्परिक अंतरिक्ष नक्शा (२२४) विवर्तन धब्बे । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: अंतर की विद्युत विशेषताओं/Si heterojunction devices. (a) प्रभावी अल्पसंख्यक-गैप/si संरचना (काले डॉट्स) और si बल्क लाइफटाइम (लाल डॉट्स) के वाहक जीवनकाल । (ख) IQE और सतह प्रतिबिंब स्पेक्ट्रा के a-si/si/गैप (संरचना ए) (काला) और मूx/Si/GaP (संरचना b) (नीला) । (c) प्रकाश j-v (black) और छद्म प्रकाश j-v (लाल) a-si/si/गैप डिवाइस । (घ) हल्का j-वी (काला) और छद्म प्रकाश j-वी (लाल) मूx/Si/GaP डिवाइस । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

वीओसी जम्मूअजा एफएफ एफएफ0 WOC η η0
एमवी (एमए/ (%) (%) एमवी (%) (%)
संरचना A ६१८ ३३.१ ६४ ८० ५२२ १३.१ १६.५
संरचना B ५९८ ३४.३ ६९ ८० ५४२ १४.१ १६.९

तालिका 1. प्रकाश और छद्म J-V अंतराल के लिए मान/heterojunctions सौर कोशिकाओं ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

एक नाममात्र 25 एनएम-मोटी अंतर परत epitaxially MBE के माध्यम से पी रिच एसआई सतह पर उगाया गया था । एसआई सब्सट्रेट्स पर गैप लेयर की बेहतर गुणवत्ता विकसित करने के लिए, एक अपेक्षाकृत कम V/III (पी/ अंतर परत का एक अच्छा क्रिस्टल गुणवत्ता उच्च चालकता और पुनर्संयोजन केंद्रों के कम घनत्व को प्राप्त करने के लिए आवश्यक है । AFM रूट-अंतर सतह के वर्ग (RMS) ~ ०.५२ एनएम कोई गड्ढ़े के साथ एक चिकनी सतह दिखा रहा है, एक कम थ्रेडिंग अव्यवस्था घनत्व (आंकड़ा 1a) के साथ उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता का संकेत है । इसके अलावा, pendellosung फ्रिंज ω-2θ कमाल की वक्र (आंकड़ा 1b) चिकनी इंटरफेस का संकेत से मनाया गया । आधा अधिकतम पर पूर्ण चौड़ाई (गैप पीक के FWHM) ट्रिपल क्रिस्टल ω घुमाव से मापा जाता है ~ 14 arcsec और सूत्रण अव्यवस्था घनत्व की गणना ~ 2 × 106 cm-2है । (२२४) के आसपास के क्षेत्र में आरएसएम (चित्रा 1c) अंतर के विवर्तन स्पॉट/एसआई नमूना सुसंगत अंतर और si चोटियों, जो इंगित करता है गैप पूरी तरह से अच्छी क्रिस्टलीय गुणवत्ता के साथ एसआई सब्सट्रेट करने के लिए तनावपूर्ण है दिखाता है ।

उच्च प्रदर्शन si को प्राप्त करने के महत्वपूर्ण कदम सौर कोशिकाओं के अंतर के जमाव के दौरान उच्च एसआई अल्पसंख्यक वाहक जंमों को बनाए रखने के लिए है । यह दिखाया गया है कि अंतर वृद्धि से पहले एन + परत डालने से, Si बल्क जीवनकाल को अच्छी तरह से बनाए रखा जा सकता है (एक मिलीसेकंड स्तर तक). इसके अलावा, अंतर/Si जीवनकाल MBE चैंबर में अंतर विकास के बाद ~ १०० μs होने के लिए मापा गया था । एसआई के प्राप्त उच्च जीवनकाल एक होनहार डिवाइस प्रदर्शन इंगित करता है (जैसा चित्र 2cमें दिखाया गया है). गैप/si heterojunctions सौर कोशिकाओं के लिए प्रकाश और छद्म J-V पैरामीटर (a-si/si/गैप (संरचना a) और मूx/Si/GaP (संरचना B)) तालिका 1में सूचीबद्ध हैं, 1 किलोवाट एम-2के विकिरण तीव्रता के साथ एक am 1.5 g शर्त के तहत मापा जाता है । जबकि इतो और एजी इस काम में अंतर परत को संपर्क परतों के रूप में लागू किया गया है, तथापि, अंतर के बेहतर प्रदर्शन को प्राप्त करने/Si सौर कोशिकाओं, यह इतो मोटाई, पारदर्शिता, और इसकी चालकता का अनुकूलन करने के लिए सिफारिश की है ।

इस काम में, मूx भी एक छेद चयनात्मक संपर्क के रूप में इस्तेमाल किया गया था और कम तरंग दैर्ध्य में वाहक संग्रह क्षमता में सुधार होगा । मूएक्स के उच्च bandgap से एक एसआई परतों की तुलना में लाभांवित, IQE कम तरंग दैर्ध्य शासन (३००-६०० एनएम) को बढ़ावा देने से पता चलता है । मूx/Si/GaP सौर सेल सबसे अच्छा प्रदर्शन मूएक्स/Si सौर कोशिकाओं में से एक बेहतर कार्य निष्पादन का प्रदर्शन किया मूएक्स और Si अंतरफलक के बीच passivation परत डालने के बिना12 साहित्य ।

हालांकि एक उच्च एसआई थोक जीवनकाल aforementioned दृष्टिकोण से प्राप्त किया जा सकता है, अल्पसंख्यक-गैप के वाहक जीवनकाल/si संरचना अभी भी एक-एसआई passivated संरचनाओं, जो तात्पर्य है कि अंतर परत की गुणवत्ता में सुधार किया जाना चाहिए करने के लिए तुलनीय नहीं है । प्रदर्शन दृष्टिकोण है जो एक प्रसार कदम और पापएक्स कोटिंग परत की आवश्यकता है एसआई की सतह की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकता है; इसलिए, बाद में अंतर क्रिस्टल गुणवत्ता प्रभावित किया जा सकता है । इसके अलावा, एक्स-रे photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) और माध्यमिक-आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (सिम्स) इस संरचना में पी-प्रसार प्रोफ़ाइल की जांच करने के लिए आयोजित किया जा सकता है ।

इस काम में, हम उच्च प्रदर्शन अंतर/si heterojunction सौर कोशिकाओं एन + परतें में अंतर वृद्धि से पहले si सब्सट्रेट में डालने का प्रदर्शन किया है । इस प्रोटोकॉल को बनाए रखने के एक उच्च अल्पसंख्यक-एसआई के वाहक जीवनकाल लागू किया जा सकता है, जबकि epitaxially न केवल अंतर बढ़ रही है (यहां प्रस्तुत), लेकिन यह भी अंय III-V या द्वितीय छठी सामग्री heterojunction उपकरणों को प्राप्त करने के लिए । इसके अलावा, उच्च प्रदर्शन एसआई नीचे कोशिकाओं के साथ multijunction सौर कोशिकाओं को इस दृष्टिकोण से महसूस किया जा सकता है ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक इस अध्ययन में सौर कोशिकाओं के प्रसंस्करण और परीक्षण में उनके योगदान के लिए एल डिंग और एम Boccard का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं । लेखक अनुबंध DE-EE0006335 और इंजीनियरिंग अनुसंधान केंद्र राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन के कार्यक्रम के तहत ऊर्जा विभाग से धन स्वीकार करते है और ऊर्जा दक्षता और ऊर्जा विभाग के नवीकरणीय ऊर्जा के कार्यालय के तहत NSF सहकारी समझौता सं. EEC-१०४१८९५. सोम दाहाल at सौर ऊर्जा प्रयोगशाला का समर्थन किया था, भाग में, द्वारा NSF अनुबंध ECCS-१५४२१६० ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hydrogen peroxide, 30% Honeywell 10181019
Sulfuric acid, 96% KMG electronic chemicals, Inc. 64103
Hydrochloric acid, 37% KMG electronic chemicals, Inc. 64009
Buffered Oxide Etch 10:1 KMG electronic chemicals, Inc. 62060
Hydrofluoric acid, 49% Honeywell 10181736
Acetic acid Honeywell 10180830
Nitride acid, 69.5% KMG electronic chemicals, Inc. 200288

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Friedman, D. J. Progress and challenges for next-generation high-efficiency multijunction solar cells. Current Opinion in Solid State & Materials Science. 14, 131-138 (2010).
  2. Vadiee, E., et al. AlGaSb-Based Solar Cells Grown on GaAs: Structural investigation and device performance. IEEE Journal of Photovoltaics. , (2017).
  3. Wagner, H., et al. A numerical simulation study of gallium-phosphide/silicon heterojunction passivated emitter and rear solar cells. Journal of Applied Physics. 115, 044508 (2014).
  4. Limpert, S., et al. Results from coupled optical and electrical sentaurus TCAD models of a gallium phosphide on silicon electron carrier selective contact solar cell. 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC). , 836-840 (2014).
  5. Ding, L., et al. On the source of silicon minority-carrier lifetime degradation during molecular beam heteroepitaxial growth of III-V materials. 2016 IEEE 43rd Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). , IEEE. 2048-2051 (2016).
  6. Ding, L., et al. Silicon minority-carrier lifetime degradation during molecular beam heteroepitaxial III-V material growth. Energy Procedia. 92, 617-623 (2016).
  7. Zhang, C., Kim, Y., Faleev, N. N., Honsberg, C. B. Improvement of GaP crystal quality and silicon bulk lifetime in GaP/Si heteroepitaxy. Journal of Crystal Growth. 475, 83-87 (2017).
  8. García-Tabarés, E., et al. Evolution of silicon bulk lifetime during III-V-on-Si multijunction solar cell epitaxial growth. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 24, 634-644 (2016).
  9. Varache, R., et al. Evolution of bulk c-Si properties during the processing of GaP/c-Si heterojunction cell. Energy Procedia. 77, 493-499 (2015).
  10. Ishizaka, A., Shiraki, Y. Low temperature surface cleaning of silicon and its application to silicon MBE. Journal of The Electrochemical Society. 133, 666 (1986).
  11. Zhang, C., Vadiee, E., King, R. R., Honsberg, C. B. Carrier-selective contact GaP/Si solar cells grown by molecular beam epitaxy. Journal of Materials Research. 33, 414-423 (2018).
  12. Battaglia, C., et al. Hole Selective MoOx Contact for Silicon Solar Cells. Nano Letters. 14, 967-971 (2014).

Tags

इंजीनियरिंग अंक १४१ गैप heterojunction सौर कोशिकाओं MBE अल्पसंख्यक-वाहक लाइफटाइम मूएक्स photovoltaics Si
उच्च निष्पादन गैप/Si Heterojunction सौर कोशिकाओं का विकास
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhang, C., Vadiee, E., Dahal, S.,… More

Zhang, C., Vadiee, E., Dahal, S., King, R. R., Honsberg, C. B. Developing High Performance GaP/Si Heterojunction Solar Cells. J. Vis. Exp. (141), e58292, doi:10.3791/58292 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter