Cu geliştirilmiş Heterojonksiyonlar Kalite ₂ Depolar Atmosfer Basıncı Mekansal Atom Katman Optimizasyonu ile Güneş Pilleri O tabanlı
Zn _1-x Mg _X O

Burada sentezlenmesi için bir protokol mevcut Zn _1-x Mg _x O / Cu bakır oksit Zn _1-x Mg _x O atmosferik basınç mekansal atomik tabaka biriktirme (AP-sald) üzerinden düşük sıcaklıkta açık havada ₂ O heterokavşaklar. Böyle yüksek kaliteli konformal metal oksitler bu ucuz ve ölçeklenebilir bir yöntemle plastik gibi metal yüzeylere çeşitli yetiştirilebilir.

Bu prosedürün genel amacı, bir vakum dışında sentezlenen çinko oksit bakır oksit heteroeklemlerinde yüksek kaliteli bir arayüz elde etmektir. Bu, termal olarak oksitlenmiş bakır oksit üzerinde atmosferik basınç, uzamsal atomik katman biriktirme veya çinko oksit filmlerin AP-SALD ile elde edilir. Atmosferik uzamsal ALD, atmosferik basınç ve düşük sıcaklıkta kendi ikili uyumlu işlemlerinde hassas kalınlık kontrolü ile koruyucu oksit filmlerin biriktirilmesine izin veren bir oksit baskı tekniğidir.

Atmosferik basınçlı mekansal ALD sistemimiz, bu çalışmada çinko magnezyum oksit için gösterildiği gibi, elektronik için yüksek kaliteli, tek tip, kristalli, çok bileşenli metal oksitlerin hızlı sentezi için idealdir. İlk olarak, 0.127 milimetre kalınlığında bir bakır folyoyu 13 x 13 milimetre kareler halinde kesin ve asetonda sonikasyon yaparak temizleyin. Kalan asetonu çıkarmak için bakır folyo karelerini bir hava tabancasıyla kurulayın.

Ardından, kurutulmuş alt tabakaları bir alüminyum potaya yerleştirin ve potayı bir fırına yerleştirin. Bakır folyo kareleri sürekli bir argon akışı ile 1.000 santigrat dereceye ısıtın. Oksidasyon boyunca gaz analizörü ile fırındaki gaz ortamını izleyin.

1.000 santigrat dereceye ulaşıldığında, milyonda 10.000 parça oksijen kısmi basıncı elde etmek için fırına bir akış hızında oksijen verin ve en az iki saat koruyun. İki saat sonra oksijen akışını kapatın. Argon gazı akarken fırını 500 santigrat dereceye kadar soğutun.

Potaların fırından hızlı bir şekilde çekilmesiyle oksitlenmiş alt tabakaları kırın. Daha sonra soğuması için deiyonize suya batırın. Daha sonra, yüzeydeki herhangi bir bakır oksidi çıkarmak için tekrar tekrar bir damla seyreltik nitrik asit uygulayarak alt tabakaların bir tarafını aşındırın.

Bakır oksit yüzeyinde gri bir film görünmeyene kadar aşındırmaya devam edin. Aşındırmadan hemen sonra, her bir alt tabakayı deiyonize su ile durulayın ve izopropanol içinde sonikat yapın, ardından alt tabakaları bir hava tabancası ile kurulayın. Alt tabakaların kazınmış tarafına altın yatırdıktan sonra, yüzeye bir damla asit uygulayarak alt tabakaların diğer tarafını seyreltik nitrik asit içinde aşındırın, diğer taraftaki altın elektrodu aşındırmamaya dikkat edin.

Alt tabakaları duruladıktan ve kuruttuktan sonra, bir boya fırçası kullanarak siyah bir yalıtım boyası ile kaplayın ve güneş pilinin aktif alanı olarak yaklaşık 0,1 santimetre karelik maskelenmemiş bir alan bırakın. Arka taraftaki altın elektrodu bir işaretleyici ile örtün. AP-SALD reaktörünü kurduktan sonra, çinko magnezyum oksit biriktirmek için dietil çinko öncüsü aracılığıyla köpürme hızını dakikada 6 mililitre ve magnezyum öncüsü aracılığıyla dakikada 200 mililitre olarak ayarlayın.

Daha sonra, metal öncü karışımı için nitrojen taşıyıcı gazın akış hızını dakikada 100 mililitreye ayarlayın ve nitrojeni, dakikada 200 mililitre akan nitrojen gazı ile seyreltilmiş, oksidan görevi gören deiyonize sudan kabarcıklandırın. Şimdi, gaz manifolduna dakikada 500 mililitre nitrojen akıtın. Gaz manifoldunu dolaşan su yoluyla 40 santigrat derece sıcaklıkta tutun.

Ardından, sahneyi veya hareketli plakayı istenen sıcaklığa ısıtın. Plakayı kontrol eden yazılımla numune boyutunu, merdane hızını ve salınım sayısını ayarlayın. İstenilen oksidi 400 salınım için veya net, kalın, homojen bir film görülene kadar bir cam slayt üzerinde biriktirin.

Biriktirme işleminden sonra, subtreatı bir cam maske üzerine yerleştirin ve gaz manifoldunun altına yerleştirin. Kafayı veya gaz manifoldu yüksekliğini alt tabakanın 50 mikrometre üzerine ayarlayın. Çinko magnezyum oksit filmlerini, önce magnezyum öncü fıskiyecinin valfini, ardından çinko öncü fıskiyesinin valfini açarak biriktirin.

Ardından, yazılımda Biriktirmeyi Başlat'a tıklayarak plakayı gaz manifoldunun altında hareket ettirmeye başlayın. Su fıskiyesini ancak ısıtılırken bakır oksit yüzeyinin oksidana maruz kalmasını önlemek için alt tabakayı beş salınımlı metal öncüsü ile taradıktan sonra açın. Biriktirme işlemi bittiğinde, alt tabakaları ısıtılmış plakadan mümkün olan en kısa sürede çıkarın ve metal öncüllerin fıskiye valflerini kapatın.

Biriken oksit tozunu çıkarmak için manifolddaki gaz kanallarını bir bıçakla temizleyin. Yüzeydeki bakır oksit büyümesi sıcaklıkla hızlandığından, kazınmış bakır oksit substratlarının ısıtılmış plaka üzerinde açık havada geçirdiği süreyi en aza indirmek önemlidir. Alt tabakalara indiyum kalay oksit püskürttükten sonra, elektrotu açığa çıkarmak için işaretleyiciyi asetonlu altın elektrottan çıkarın.

Son olarak, indiyum kalay oksit ve altın elektrotların üzerine gümüş macunlu iki ince tel yapıştırarak elektrik kontakları uygulayın. Kazınmış ve kazınmamış bakır oksit substratlarının fototermal sapma spektrumları, iki elektron voltta doygunluğa ulaşmadan önce 1.4 elektron voltun üzerinde absorpsiyon gösterir, bu da substrat yüzeyindeki bakır oksit varlığına atfedilebilir. Aşındırılmamış substrat, iki elektron voltun altında daha yüksek bir absorpsiyona sahiptir, bu da yüzeyde daha kalın bir bakır oksit tabakası olduğunu düşündürür.

Bakır oksit substratları üzerinde bakır oksit büyümelerinin varlığı, enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi ile doğrulandı. Standart bir fotovoltaik hücre yüzeyinin SEM görüntüsü, havaya ve oksidanlara bakır oksit maruziyeti nedeniyle oluşan bakır oksit büyümelerini gösterir. Buna karşılık, optimize edilmiş cihazın yüzeyi bakır oksit çıkıntılarından arındırılmıştır.

Çinko oksit biriktirme koşullarının optimizasyonu yoluyla cihaz verimliliğinde altı kat artış sağlandı. Optimize edilmiş çinko magnezyum oksit filmlere sahip cihazlar, yüzde 2,2 gibi daha da yüksek verimlilik sağladı. İki cihazın dış kuantum verimlilik spektrumları, arayüze yakın emilen dalga boyları aralığı olan 475 nanometrenin altında farklılık gösterir.

Daha yüksek sıcaklıkta yapılan heteroeklemin dış kuantum verimliliği, daha düşük sıcaklıktaki heteroeklemin yarısından daha azdır, bu da daha fazla bakır oksit nedeniyle daha düşük kaliteli bir arayüz olduğunu düşündürür. Termal olarak oksitlenmiş bakır oksit için atmosferik ALD ile çinko oksit büyümesi koşullarının optimize edilmesi, heteroeklem arayüz kalitesinde ve güneş pili performansında bir iyileşmeye izin verdi. Aynı optimizasyon stratejisi, elektrokimyasal olarak biriken bakır oksit güneş pillerine de uygulanabilir.

Heteroeklem güneş pillerindeki açık devre voltajını artırmak için kristal çinko magnezyum oksidi bakır oksit üzerine atmosferik olarak biriktirdik. Bu çalışma, bir vakum dışında elde edilen bakır oksit heterojunctions için bugüne kadarki en yüksek yüzde 2.2 verimliliğini bildirdi.