Termal Buharlaşma ve Atomik katman Biriktirme tarafından Record-verimlilik SNS Güneş Pilleri yapma

Bu prosedürün genel amacı, yeni malzemelere dayalı güneş pilleri geliştirmek için güvenilir bir platform oluşturmaktır. Bu, önce temiz, elektriksel olarak yalıtılmış bir alt tabaka hazırlanarak gerçekleştirilir. İkinci adım, arka delik, seçici elektrik kontağı için iki kat püskürtülmüş molibden biriktirmektir.

Daha sonra, P-tipi kalay sülfür emiciyi atomik katman biriktirme veya termal buharlaştırma ile biriktirin. Son adım, bir bileşik çinko oksi sülfür tampon tabakasından oluşan bir N tipi tabaka yığınını biriktirerek PN bağlantısını bitirmektir, ardından şeffaf bir iletken oksit ve yük toplamaya yardımcı olmak için biriktirilen metal parmaklar gelir. Sonuç olarak, elde edilen güneş pilleri, simüle edilmiş güneş ışığı altında akım voltaj eğrileri ve monokromatik aydınlatma altında kuantum verimliliği ölçülerek test edilir.

Bu yöntem kalay sülfür güneş pillerinin geliştirilmesi için gösterilmiş olsa da, diğer yeni malzemelere dayalı inorganik ince film substrat tarzı güneş pilleri geliştirmek için de kullanılabilir. Kalay sülfürün atomik katman biriktirme ile biriktirilmesi, Harvard'daki Gordon Group'ta yüksek lisans öğrencisi olan Schwan Yang tarafından gösterilecektir. MIT'deki fotovoltaik araştırma laboratuvarındaki bir doktora sonrası çalışma, termal buharlaşma yoluyla 10 sülfürün birikmesini gösterecektir.

Bu video, silikon gofret substratlarının hazırlanmasından sonra başlar. 300 nanometre veya daha kalın termal oksit ile bir inç kare cilalı 500 mikron kalınlığında silikon gofret kullanın. Önce 360 nanometrelik bir yapışma tabakası molibden püskürtün ve ardından ikinci bir 360 nanometre kalınlığında maum iletim tabakası biriktirin.

Hazırlanan substratları, substratları atomik tabaka birikimine hazırlamak için kalay sülfürün birikme zamanı gelene kadar bir nitrojen eldiven kutusunda saklayın. İlk olarak, organik parçacıkları gidermek için bunları bir UV ozon temizleyiciye aktarın. Alt tabakaları beş dakika boyunca temizleyin.

Temizlik gerçekleşirken, biriktirme odası için alt tabaka tutucusunun yakında olduğundan emin olun. Hazır olduklarında, alt tabakaları geri kazanın ve numune tutucuya yerleştirin. Bu numune tutucu alt tabakalarla doldurulur ve biriktirme odasına yerleştirilmeye hazırdır.

Tutucuyu fırına yerleştirin, ardından kaba bir vakum pompası kullanarak fırını aşağı pompalayın. Ardından, fırın sıcaklığını 200 santigrat derecede sabitleyin. Öncülleri kontrol ederek devam edin.

Kalay yedi, 95 santigrat derecede bir fırında kalay sülfür birikimi için bir öncü bulundurun. Kalay buharının verilmesine yardımcı olmak için gaz borularını saf nitrojen gazına sahip olacak şekilde düzenleyin. İkinci öncü, %4'lük bir gaz karışımında hidrojen sülfürdür Nitrojen gazındaki hidrojen sülfür, döngü başına 0.33 angstromluk bir büyüme hızında biriktirmeye devam eder.

Her atomik katman biriktirme döngüsü sırasında, toplam 1.1 tor saniye maruz kalma için üç doz 10 ate sağlayın. Ardından hazneyi nitrojen gazı ile boşaltın. Ardından, 1,5 tor saniyelik bir maruz kalma için hidrojen sülfürü nitrojen gazına enjekte edin.

Son olarak, tekrar nitrojen ile temizleyin. Alternatif bir biriktirme yöntemi, termal buharlaştırmadır. Proses odası basıncının iki kez 10 ila eksi yedi tor veya daha düşük olduğundan emin olun.

Alt tabakayı güvenli bir şekilde tutmak için uygun boyutta ceplere sahip bir numune tutucu kullanın. Daha önce olduğu gibi, iki kat molibden içeren önceden hazırlanmış bir alt tabaka kullanın. Burada şematik olarak tasvir edilmiştir.

Daha sonra karakterizasyon için tutucuyu bu alt tabaka ve küçük ek CYS alt tabakaları ile yükleyin. Numune tutucuyu yük kilidinden termal buharlaştırıcıya yükleyin. Yük kilidini aşağı doğru pompalayın ve ardından alt tabakaları büyüme odasına aktarın.

Konumdayken transfer kolunu kullanarak, saniyede bir angstrom'luk bir büyüme hızı ve 240 santigrat derece alt tabaka sıcaklığı elde etmek için kaynak ve alt tabaka ısıtıcılarını rampalayın. Şimdi kuvars kristal monitör ile biriktirme hızını ölçmek için alt tabakaları kaldırın. Kuvars kristal monitörü işlem odasına taşımak için doğrusal çeviri kolunu takın.

Yerine oturduktan sonra, ölçüme başlamak için kaynak kapağını açın. Büyüme hızı, Crystal Monitor kontrol cihazının ön panelinde belirtilmiştir. Ölçüm tamamlandığında, deklanşörü kapatın ve kuvars monitörü hazneden çıkarın.

Ardından alt tabakaları büyüme konumuna indirin ve biriktirmeyi başlatmak için kaynak kapağını açın. 1000 nanometrelik hedef film kalınlığı için biriktirme yaklaşık üç saat sürecektir. Biriktirme tamamlandığında, kaynak kapağını kapatın.

Kuvars kristal monitörü kullanarak büyüme hızı ölçümünü tekrarlayın. Ölçümden sonra kaynak kapağını kapatın, ısıtıcıları kapatın ve alt tabakaları yük kilidine aktarmadan önce soğumasını bekleyin. Kilidi havaya boşaltın ve alt tabakaları boşaltın.

Bunları numune tutucusundan hızlı bir şekilde çıkarın ve bir nitrojen eldiven kutusunda depoya taşıyın. Atomik tabaka veya termal buharlaştırma biriktirme işleminden sonra, numune bir kalay sülfür tabakasına sahip olacaktır. Tüm numuneler daha sonra hidrojen sülfür gazı içinde diz çökmeye ve ardından doğal bir oksit ile yüzey pasifikasyonuna tabi tutulur.

Bir sonraki adım, N tipi çinko oksi sülfür ve çinko oksit tampon katmanlarının atomik katman biriktirme ile biriktirilmesidir. Bir sonraki adım, şeffaf iletkenin biriktirilmesidir. İndiyum kalay oksit biriktirmeden önce indiyum kalay oksit kullanıyoruz.

Cihazların aktif alanları oluşturulmalıdır. Aktif cihaz alanını ayarlayan şeffaf iletken oksit ped boyutunu tanımlamak için metal gölge maskeleri kullanın. Maskeler, 0,25 santimetre kare boyutunda 11 dikdörtgen cihazı ve ayrıca çizimde optik yansıtma ölçümleri için kullanılan bir köşede daha büyük bir pedi tanımlar.

Bir cihaz için eklenecek indiyum kalay oksit tabakasının boyutunun bir göstergesi, gölgeli alan tarafından verilir, cihazları ve maskeleri bir maske hizalayıcıya monte edin. Maskeler, maske hizalayıcıda esnememeleri için yeterince kalın olmalıdır. Aksi takdirde, oksit ped alanı zayıf bir şekilde tanımlanabilir.

Maske hizalayıcıyı monte edilmiş cihazlarla püskürtme odasına götürün. Biriktirme adımı için maske hizalayıcısını yerine yerleştirin. Bir sonraki adım, 240 nanometre kalınlığında bir indiyum kalay oksit filmi büyütmektir.

Bunu yapmak için, alt tabakayı 80 ila 90 santigrat dereceye ısıtın ve alt tabaka dönüşünü etkinleştirin. Radyo frekansı püskürtmeyi, gücü, argon ve oksijen gazı akış hızını ve basıncı ayarlayın ve ardından biriktirmeyi şematik olarak izleyin. Bu, indiyum kalay oksit birikiminden sonra cihazın durumudur.

Bir sonraki adım metalizasyondur. Gümüş veya nikel alüminyum yığını olmak üzere 500 nanometre iletken metal biriktirmek için bir gölge maskesi ve elektron ışını buharlaşması kullanın. Bu tamamlanmış bir örnektir.

Burada gösterilen numunenin, imalattan sonra molibden geri temasını ortaya çıkarmak için zaten çizilmiş olduğuna dikkat edin. Cihaz karakterizasyonuna geçin 1.5 hava kütlesi katsayısı için kalibre edilmiş bir güneş simülatörü kullanarak. İlk olarak, tampon ve kalay sülfür katmanlarını kazımak ve molibden geri temasını ortaya çıkarmak için bir neşter bıçağı kullanın.

Daha sonra numuneyi raya monte edilmiş numune aynasına yerleştirin, bir vakum numuneyi yerinde tutar ve ayna sıcaklığı 25 santigrat derecede kontrol edilir. Şimdi, numune üzerindeki cihazların her biri ve çizik arka temas ile elektrik teması yapın. Bu, burada tüm cihazlarla aynı anda bakır berilyum ile iletişim kuran özel bir prob kartı ile yapılır.

Rutin ölçümler için dört telli modda çift prob ucu. Daha titiz testler için bir ışık açıklığı kullanmayı atlayın ve aktif alanı tanımlamak için açıklık kullanılmalıdır. Şeffaf iletken oksit gölge maskesi bu amaç için kullanılabilir.

Mandreni, cihazlar otomatik bir test sistemi kullanarak aydınlık ve karanlık akım voltajı verilerini toplayacak konumda olacak şekilde hareket ettirin. Program, ışık panjurunu açarken ve kapatırken tek tek cihazları sırayla incelemek için sistem. Test bu videoda görülebilir, ancak normalde ortam ışığını azaltmak için siyah bir perdenin arkasında yapılmalıdır.

Akım voltajı ölçümlerinden sonra, numune aynasını harici kuantum verimlilik sistemine kaydırın, ışıklı akım voltajı verileri, harici kuantum verimlilik verileri ve optik yansıma ölçümleri, cihazların temel bir karakterizasyonunu sağlar. İşte termal buharlaştırma kullanılarak yapılan iki örnekteki cihazlar için güneş pili performans verileri. Örnekler, her cihaz için biri için gri, diğeri için kırmızı renkte ayırt edilir.

Açık devre voltajı, kısa devre akımı yoğunluğu, doldurma faktörü ve güç dönüştürme verimliliği verilir. En iyi cihazlar yaklaşık% 4 verimliliğe sahiptir. Her iki cihazdaki verimlilik ve doldurma faktörü arasındaki belirgin korelasyon, şönt veya seri direnç kayıplarından muzdarip cihazlarla tutarlıdır.

Kırmızı renkli veriler, şönt direnci için beklendiği gibi verimlilik ve açık devre voltajı arasında bir korelasyon olduğunu da göstermektedir. Karşılaştırma için kayıplar. İşte atomik katman biriktirme kullanılarak yapılan cihazlar için güneş pili performans verileri.

Bu cihazlar, en iyisi% 4.6 verimlilik gösteren termal buharlaştırma cihazlarından daha iyi performansa sahiptir. Bu farkı çeşitli faktörler açıklayabilir. Bir faktör, atomik katman biriktirme ile üretilen cihazların daha az şönt direncinden muzdarip görünmesidir. Kayıp.

Hidrojen sülfat ile çalışmanın çok tehlikeli olabileceğini unutmayın. Hidrojen sülfat tankının, hidrojen sülfat dedektörlü bir film başlığı gibi bir havalandırma cihazında saklandığından emin olun. Bu temel üretim protokolünü, genel güneş pili performansını iyileştirmek ve belirli kayıp mekanizmalarını daha iyi anlamak için tasarlanmış kontrollü ve odaklanmış deneyler yapmak için bir platform olarak düşünüyoruz.

Bu videoyu izledikten sonra, tekrarlanabilir substrat tarzı bir güneş pilinin nasıl yapıldığını iyi anlamış olmalısınız.