Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Nära rymden Sublimation-Deponerade ultratunna CdSeTe/CdTe solceller för förbättrad kortslutning strömtäthet och fotoluminescens

Published: March 6, 2020 doi: 10.3791/60937
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Physics, Colorado State University

Summary

Detta arbete beskriver hela tillverkningsprocessen av tunna absorbatorkkadmiumseleniumtellurid/kadmiumtelluridsolcellsapparater för ökad effektivitet. Processen använder ett automatiserat in-line vakuumsystem för närrymd sublimering nedfall som är skalbar, från tillverkning av små område forskningsenheter samt storskaliga moduler.

Abstract

Utvecklingen av solceller utrustning arkitekturer är nödvändiga för att göra solenergi en kostnadseffektiv och tillförlitlig källa till förnybar energi mitt växande globala energikrav och klimatförändringar. Tunnfilms CdTe-tekniken har visat kostnadskonkurrenskraft och ökad effektivitet delvis på grund av snabba tillverkningstider, minimal materialanvändning och införande av en CdSeTe-legering i ett ~3 μm absorbatorskikt. Detta arbete presenterar närrymd sublimering tillverkning av tunna, 1,5 μm CdSeTe / CdTe bilayer enheter med hjälp av en automatiserad in-line vakuum nedfall system. Den tunna bilayer struktur och tillverkning teknik minimera nedfall tid, öka enhetens effektivitet, och underlätta framtida tunn absorbator-baserade enhet arkitektur utveckling. Tre tillverkningsparametrar verkar vara de mest slagkraftiga för att optimera tunna CdSeTe/CdTe absorbatorenheter: substratförvärmningstemperatur, CdSeTe:CdTe-tjockleksförhållande och CdCl 2-passivation. För korrekt sublimering av CdSeTe måste substrattemperaturen före nedfallet vara ~540 °C (högre än för CdTe) som styrs av uppehållstid i en förvärmningskälla. Variation i cdsete: CdTe tjocklek förhållandet avslöjar ett starkt beroende av enhetens prestanda på detta förhållande. De optimala absorbatortjocklekarna är 0,5 μm CdSeTe/1,0 μm CdTe, och icke-optimerade tjockleksförhållanden minskar effektiviteten genom ryggbarriäreffekter. Tunna absorbatorer är känsliga för CdCl2 passivation variation; en mycket mindre aggressiv CdCl2-behandling (jämfört med tjockare absorbatorer) avseende både temperatur och tid ger optimal enhetsprestanda. Med optimerade tillverkningsförhållanden ökar CdSeTe/CdTe enhetens kortslutningsströmstäthet och fotoluminescensintensitet jämfört med enabsorbercdte. Dessutom erbjuder ett in-line dammsublimeringvakuumdeposition system material och tidsminskning, skalbarhet och uppnåelighet av framtida ultratunna absorbatorarkitekturer.

Introduction

Den globala efterfrågan på energi accelererar snabbt och 2018 visade den snabbaste( 2,3%) tillväxttakten under det senaste årtiondet1. I kombination med ökad medvetenhet om effekterna av klimatförändringarna och förbränningen av fossila bränslen har behovet av kostnadskonkurrens, ren och förnybar energi blivit mycket tydligt. Av de många förnybara energikällor, solenergi är särskiljande för sin totala potential, eftersom mängden solenergi som når jorden vida överstiger den globala energiförbrukningen2.

Solceller (PV) enheter direkt omvandla solenergi till elkraft och är mångsidiga i skalbarhet (t.ex. personligt bruk mini-moduler och grid-integrerade solpaneler) och materialteknik. Teknik som multi- och single-junction, single-crystal gallium arsenide (GaAs) solceller har effektivitetsvinster nå 39,2% och 35,5%, respektive3. Tillverkning av dessa högeffektiva solceller är dock kostsamoch tidskrävande. Polykristallin kadmium telluride (CdTe) som material för tunnfilms-tv är fördelaktigt för sin låga kostnad, höggenomströmningtillverkning, olika depositiontekniker och gynnsam absorptionskoefficient. Dessa attribut gör CdTe gynnsam för storskalig tillverkning, och förbättringar i effektivitet har gjort CdTe kostnads-konkurrenskraftiga med PV-marknaden dominerande kisel och fossila bränslen4.

En nyligen framsteg som har drivit ökningen av CdTe enheteneffektivitet är införlivandet av kadmium selen telluride (CdSeTe) legering material i absorbatorskiktet. Integrering av den lägre ~1,4 eV band gap CdSeTe material i en 1,5 eV CdTe absorbator minskar främre bandet gapet på bilayer absorbator. Detta ökar fotonfraktionen ovanför bandgapet och förbättrar därmed den aktuella samlingen. Framgångsrik inkorporering av CdSeTe i absorbatorer som är 3 μm eller tjockare för ökad strömtäthet har visats med olika tillverkningstekniker (dvs. närrymd sublimering, förånga transport nedfall och galvanisering)5,6,7. Ökad rumtemperatur fotoluminiscens emissionsspektroskopi (PL), tidslöst fotoluminescens (TRPL) och elektroluminiscenssignaler från bilayerabsorbatorenheter5,8 indikerar att cdsete förutom ökad strömsamling verkar ha bättre radiativ effektivitet och minoritetsbärares livslängd, och en CdSeTe/CdTe-enhet har en större spänning i förhållande till idealet än endast med CdTe. Detta har till stor del tillskrivits selen passivation av bulk defekter9.

Lite forskning har rapporterats om införlivandet av CdSeTe till tunnare (≤1,5 μm) CdTe absorbatorer. Vi har därför undersökt egenskaperna hos tunna 0,5 μm CdSeTe/1,0 μm CdTe-bilayer-absorbatorenheter tillverkade av sublimering i närrymden (CSS) för att avgöra om fördelarna med tjocka bilayerabsorbenter också kan uppnås med tunna bilayerabsorbatorer. Sådana CdSeTe/CdTe absorbatorer, mer än dubbelt så tunna som deras tjockare motsvarigheter, erbjuder en märkbar minskning av nedfalltid och material och lägre tillverkningskostnader. Slutligen har de potential för framtida utveckling av enhetsarkitektur som kräver absorbatortjocklekar på mindre än 2 μm.

CSS nedfall av absorbatorer i ett enda automatiserat in-line vakuumsystem erbjuder många fördelar jämfört med andra tillverkningsmetoder10,11. Snabbare nedfall med CSS-tillverkning ökar enhetsdataflödet och främjar större experimentella datauppsättningar. Dessutom begränsar den gemensamma vakuummiljön i CSS-systemet i detta arbete potentiella utmaningar med absorbatorgränssnitt. TunnfilmsPV-enheter har många gränssnitt, som var och en kan fungera som en rekombinationcentrum för elektroner och hål, vilket minskar den totala enhetens effektivitet. Användningen av ett enda vakuumsystem för CdSeTe, CdTe och kadmiumklorid (CdCl2)nedfall (nödvändigt för god absorbatorkvalitet12,13,14,15,16) kan ge ett bättre gränssnitt och minska interfacial defekter.

Den in-line automatiserade vakuumsystem som utvecklats vid Colorado State University10 är också fördelaktigt i sin skalbarhet och repeterbarhet. Nedfallparametrar är till exempel användarinställda och nedfallsprocessen är automatiserad så att användaren inte behöver göra justeringar under absorbertillverkningen. Även om små forskningsenheter för området tillverkas i detta system kan systemdesignen skalas upp för större områdesnedfall, vilket möjliggör en koppling mellan experiment i forskningsskala och implementering i modulskala.

Detta protokoll presenterar de tillverkningsmetoder som används för att tillverka 0,5 μm CdSeTe/1,0 μm CdTe tunnfilmsPV-enheter. Som jämförelse tillverkas en uppsättning 1,5 μm CdTe-enheter. En- och bilayer absorbatorstrukturer har nominellt identiska nedfallsförhållanden i alla processsteg, med undantag för CdSeTe-nedfallet. För att karakterisera om tunna CdSeTe/CdTe absorbatorer behåller samma fördelar som deras tjockare motsvarigheter, strömdensitetsspänning (J-V), kvanteffektivitet (QE) och PL-mätningar utförs på de tunna absorberarenheterna för enkel- och bilayer. En ökning av kortslutningsströmtäthet (JSC)mätt med J-V och QE, förutom en ökning av PL-signalen för CdSeTe/CdTe vs. CdTe-enhet, ange att tunna CdSeTe/CdTe-enheter tillverkade av CSS visar anmärkningsvärd förbättring av aktuell insamling, materialkvalitet och enhetseffektivitet.

Även om detta arbete fokuserar på fördelarna med införlivandet av en CdSeTe-legering i en CdTe PV-enhetsstruktur, beskrivs den fullständiga tillverkningsprocessen för CdTe- och CdSeTe/CdTe-enheter därefter i sin helhet. Figur 1A,B visar färdiga enhetsstrukturer för CdTe- respektive CdSeTe/CdTe-enheter, bestående av ett genomskinligt ledande oxidsubstrat (TCO)-bestruket glas, magnesiumzinkoxid av typen n,czno), p-typ CdTe eller CdSeTe/CdTe absorbator med CdCl2-behandling och koppardopningsbehandling, tunt Te-skikt och nickelryggkontakt. Exklusive CSS absorbatornedfall är tillverkningsförhållandena identiska mellan enkel- och bilayerstrukturen. Om inget annat anges utförs därför varje steg på både CdTe- och CdSeTe/CdTe-strukturer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

VARNING: Handskar måste bäras vid hantering av substrat för att förhindra filmkontaminering och kontakt mellan material och hud. Denna tillverkningsprocess kräver hantering av strukturer som innehåller kadmiumföreningar. Därför bör en labbrock och handskar bäras i labbet hela tiden.

1. Rengöring av substrat

  1. Placera TCO-belagda glassubstrat (9,1 cm x 7,8 cm) i ett rack i rostfritt stål med gott om avstånd så att rengöringslösning och tryckluft kan appliceras på varje glasyta.
  2. Blås av allt damm från substraten med hjälp av en kvävetryckluftslang.
  3. Placera racket i en ultraljudrenare (UC1) och fyll med isopropylalkohol (IPA). Låt sitta i 30 min för att ta bort kvarvarande olja och föroreningar från den industriella glasskärningsprocessen.
  4. Töm IPA från UC1. IPA kan återanvändas upp till 5x för första rengöring av substrat.
  5. Skölj substraten med dejoniserat (DI) vatten och fyll sedan UC1 med DI-vatten ca 1 cm ovanför substratens övre kant. Tillsätt 200 ml koncentrerad rengöringslösning jämnt över substraten för att ytterligare avlägsna kvarvarande olja, fett, partiklar eller hårda vattenfläckar.
  6. Med hjälp av huvudkraften, slå på UC1 till 43 kHz ultraljudfrekvens och 425 W effekt och låt substraten sitta i 1 h.
  7. Skölj en andra, större ultraljudrenare (UC2) med DI-vatten och fyll tre fjärdedelar av sin volym med DI-vatten.
  8. Stäng av UC1 och ta bort rostfria rack. Börja omedelbart skölja substrat med DI-vatten över ett handfat.
    OBS: Låt inte substraten torka i detta skede.
  9. Överför rostfria rack till UC2 och fyll helt med DI-vatten så att substraten är helt täckta. Slå på UC2 till 40 kHz ultraljudfrekvens och 600 W effekt och låt substraten sitta i 30 min.
  10. Förbered den hemlagade IPA-ångtorken.
    1. Se till att ventilen är stängd, anslut en gasslang till extremt hög renhet (UHP) kväve. Öppna kvävetanken och ställ in regulatorn på 10 psi. Öppna ventilen mot kväveflöde och justera till 100 PSIG på den bifogade flödesmätaren och stäng sedan ventilen igen.
    2. Fyll en kolv med 150 ml färsk IPA och trä tätt korkkolven. Korken tätar försiktigt kolvens öppning samtidigt som kväve och IPA kan passera genom två små metallrörssystem inbäddade i korken. Dessa ansluter till en liten metall rörsystem med fina hål, som sitter över UC2 så att kväve / IPA ånga är tillbud på substraten.
  11. När UC2 sköljcykeln är klar, stäng av värmen och UC2.
  12. Öppna ångtorkarventilen mot kväve och IPA och öppna dräneringsventilen på UC2 så att DI-vattnet kommer ut mycket långsamt.
    OBS: DI-vattnet måste tömmas mycket långsamt. Denna process ersätter DI-vattnet med kväve/IPA-ånga för att förhindra att vattenfläckar bildas på substraten. Detta bör ta 1-2 h för 30.000 cm3 vatten.
  13. När den töms helt, ta bort racket från UC2 och stäng ångtorkarventilen.
  14. Förvaras i en ren och innesluten miljö för framtida bruk.
    OBS: Rengörde substrat kan lämnas i denna miljö på obestämd tid, så länge de förblir rena. Inspektera rengörade substrat innan vidare användning för att säkerställa att de inte behöver genomgå rengöringsprocessen igen.

2. Magnesium zinkoxid fönsterskikt sputter nedfall

OBS: Denna MgZnO sputter-nedfall process använder en obalanserad magnetron och en 4 "diameter, 0,25" tjockt mål med ett mål-till-substrat avstånd på 15 cm. Målet är 99,99% renhet (MgO)11(ZnO)89 i procent vikt.

  1. Sputter system start-up
    1. Slå på den mekaniska pumpen och framringsventilen, följt av diffusionspumpen för sputterkammaren. Se till att målkylvattnet är på och att de mekaniska ventilerna till målkylvattnet är öppna.
    2. Slå på lastlåspumpen med strömbrytaren på pumpen.
    3. Låt diffusionspumpen värmas upp i 15 min.
    4. Kontrollera kammarens tryck på tryckmätaren: om det är under 2,0 x 10-1 Torr, öppna diffusionspumpens grindventil. Om trycket är större än 2,0 x 10-1 Torr, byt förlinjeventilen för att stänga och öppna grovventilen tills trycket sjunker. Byt sedan av blandningsventilen, öppna förlinjen och öppna diffusionspumpens grindventil manuellt.
    5. I datorprogramvaran ställer du in körtrycket till 5 mTorr och klickar på "gasenable", vilket möjliggör gasflödet. Flödet bör vara ~ 19-20 sccm och syre inställd på 3% av det totala flödet med balansen som argon i programvaran.
    6. Låt kammaren pumpa i 10 min.
    7. Kontrollera att bastrycket är under 1,0 x 10-5 Torr på jonmätarens avläsning.
    8. Se till att överföringsarmen dras in helt från kammaren (titta genom kammarens siktport för att säkerställa att provhållaren inte är i kammaren) och ställ lastlåsets grindventil stängd.
    9. Se till att slutaren är stängd: detta kan kontrolleras genom att titta genom fönstret viewport för att se att den är direkt ovanför sputterkatoden.
    10. Ställ in RF-generatorn på 60 W på strömförsörjningen. I datorprogramvaran öka trycket till 15 mTorr för plasmatändning, slå på RF-strömmen, och när plasman har antänts, minska trycket tillbaka till 5 mTorr i programvaran. Den reflekterade effekten bör vara 1–2 W. Om det är mycket högre måste RF-matchningsnätverket ställas in.
    11. Målet måste värmas upp för att undvika sprickbildning: öka kraften på RF kraftgenerator n med en hastighet av 20 W / min tills når en slutlig effekt på 140 W. Den reflekterade kraften bör helst vara <5% av den verkliga kraften. Låt målet försputter med slutaren stängd i 15 min.
  2. MgZnO sputter nedfall
    1. För att kalibrera nedfall måste ett vittnesprov tillverkas. Använd en permanent markör för att rita en linje på ~0,2 cm (längd) på TCO-belagd sida av ett rent substrat.
    2. Se till att lastlåsgrindventilen är stängd och lossa och öppna dörrratten för lastlåset. Ventilera lastlåset med en kvarts sväng av UHP-ventilen tills lastlåsdörren lossnar. Håll ventilen delvis öppen för att rensa lastlåset medan dörren är öppen.
    3. Använd en handhållen luftfläkt för att försiktigt ta bort eventuella dammpartiklar från det rena TCO-belagda substratet. Ta bort eventuella substrat på provhållaren och ladda det rena substratet TCO sida nedåt med hjälp av ett par gummitippade pincett. Håll provet på kanten för att undvika nedfallområdet.
    4. Stäng och dra åt lastlåsdörren. Slå på lastlåspumpen och stäng kväveventilen.
    5. Pumpa lastlåset ner tills belastningslåsettryckmätaren läser under 5,0 x 10-2 Torr. Stäng sedan av lastlåspumpen och öppna lastlåsporten (trycket får inte spika över 7 mTorr). Vänta tills trycket ska jämnas och manuellt sätta i överföringsarmen så att provet sitter ovanför den slutare katoden.
    6. Ställ in önskad nedfallstid på en timer och börja tidsinställningen när slutaren öppnas manuellt. Stäng omedelbart slutaren när timern slocknar.
    7. Dra tillbaka överföringsarmen helt och stäng lastlåset.
    8. Ta bort eller byt ut provet efter steg 2.2.2–2.2.5.
    9. För att erhålla MgZnO-nedfall, ta bort den permanenta markören från vittnesprovet med en bomullstippad applikator doppad i metanol. Mät tjockleken med en profilometer17 och ställ in efterföljande nedfallstider för önskad MgZnO-tjocklek (100 nm för de prover som presenteras i detta arbete).
    10. Upprepa nedfallet för så många prover som önskas.
      OBS: Efter MgZnO nedfall kan proverna lagras under en tid. Med risk för oxidering rekommenderas att de förvaras i en exsickator under vakuum i högst 1 vecka för bästa resultat.

3. Sublimering av närrymdssublimering och behandling av absorbatorskikt

  1. Css-systemstart
    1. Se till att 1) systemet är under vakuum, 2) de mekaniska och diffusionspumpar är på, 3) lastlåset gate ventilen är öppen för kammaren, och 4) trycket är inställt på 40 mTorr.
    2. Öppna gasflödesventilen manuellt (98% N2 och 2% O2) och välj "Gas enable" på datorprogramvaran. Trycket bör stabiliseras runt 40 mTorr.
    3. Slå på den kvarvarande gasanalysatorn (RGA) genom att öppna RGA-ventilen och ansluta till programvaran. Detta är nödvändigt för att spåra vatten-, syre-, kväve- och vätenivåer i systemet. Dessa nivåer är vanligtvis runt 4,5 x 10-9, 2,5 x 10-8, 2,3 x 10-6, och 8,0 x10 -10 Torr för varje, respektive.
    4. Ta CSS-systemets topp- och bottenkällor upp till driftstemperaturer na i datorprogrammet. De översta källtemperaturerna är inställda på 620 °C för förvärmning, 360 °C för CdTe, 420 °C för CdSe20Te80, 387 °C för CdCl2, 400 °C för anneal och 620 °C för bakeoff. Bottenkälltemperaturer är inställda på 620 °C för förvärmning, 555 °C för CdTe, 545 °C för CdSe20Te80, 439 °C för CdCl2, 400 °C för anneal och 620 °C för bakeoff. Dessa temperaturskillnader främjar sublimering från botten till topp källor så att materialet sublimerar på provet, som ligger mellan källorna.
    5. När källorna har nått driftstemperaturer, kör provhållaren genom bakeoff recept: i programvaran väljer du "Bakeoff" i receptlistan och klicka på "Kör". Detta flyttar automatiskt överföringsarmen så att provhållaren stannar i bakeoff-källan i 480 s. Detta värmer upp provhållaren och bakar bort eventuellt överflödigt material.
    6. När överföringsarmen automatiskt drar tillbaka provhållaren till hemläget och stänger grindventilen, ventilera lastlåset genom att öppna UHP-ventilen för kväveventil. Öppna lastlåsdörren och stäng ventilventilen när den ventileras.
  2. CSS nedfall och passivationbehandling av absorbatorer
    1. Använd en handhållen luftblåsare för att försiktigt ta bort eventuella dammpartiklar från det rena MgZnO/TCO-belagda substratet och lasta substratet på provhållaren (MgZnO-sidan nedåt).
    2. Stäng lastlåsdörren och pumpa ner lastlåset genom att slå på lastlåsets roughingswitch.
    3. Medan du pumpar ner, mata in önskat recept för CSS nedfall i datorprogrammet. Recepten som används för att förbereda CdTe- och CdSeTe/CdTe-strukturerna är olika i detta skede och är följande.
    4. För cdte-vittnesprovet (för bestämning av CdTe-nedfall, krävs för tillverkning av både CdTe och CdSeTe/CdTe-enheten) använd:
      110 s i förvärmningskälla (detta höjer glaset till ~ 480 ° C så att CdTe kommer att korrekt sublimera på substratet);
      110 s i CdTe källa (detta sublimerar CdTe på substratet);
      180 s i CdCl2 källa [CdCl2 nedfall är nödvändigt för god CdTe enhetens prestanda (det har visat sig att det passivatsäs gränser och dinglande bindningar och främjar spannmåltillväxt och anpassning i polykristallina CdTe absorbator12,13,14,15,16)];
      240 s i anneal källa (detta driver CdCl2 i absorbatormaterialet); Och
      300 s i kylkälla (detta gör att provet kan svalna för lossning).
    5. Med hjälp av ett rakblad, skriva ett litet område av CdTe material från substratet och mäta CdTe filmens tjocklek med hjälp av en yta profilometer för att bestämma nedfall hastighet17.
    6. För cdsete-vittnesprovet (för bestämning av CdSeTe-nedfall, som endast krävs för tillverkning av CdSeTe/CdTe-enheter) använd:
      140 s i förvärmningskälla (detta höjer glaset till ~ 540 ° C så att CdSeTe kommer att korrekt sublimera på substratet);
      300 s i CdSeTe källa (detta sublimerar CdSeTe på substratet); Och
      300 s i kylkälla.
    7. Med hjälp av ett rakblad, skriva ett litet område av CdSeTe material från substratet och mäta CdSeTe filmens tjocklek med hjälp av en yta profilometer för att bestämma nedfall hastighet17.
    8. För den tunna single absorbator (CdTe-provet) använder du:
      110 s i förvärmningskälla;
      xx s i CdTe-källa [uppehållstiden beror på CdTe-nedfall och önskad tjocklek (för den 1,5 μm enda CdTe absorbator som används här är uppehållstiden 60 s)];
      150 s i CdCl2-källa [CdCl2-behandlingen är beroende av absorbatortjocklek; därför bör experiment utföras för att optimera behandlingsförhållandena (de listade uppehållstiderna är optimerade för tunna, 1,5 μm absorbatorer18)];
      240 s i anneal källa; Och
      300 s i kylkälla.
    9. Använd: Använd:
      140 s i förvärmningskälla;
      xx s i CdSeTe källa [igen, uppehållstiden beror på CdSeTe nedfall och önskad tjocklek (för 0,5 μm CdSeTe skikt som används här, är uppehållstiden 231 s)];
      xx s i CdTe-källa [uppehållstiden beror på önskad CdTe-tjocklek och nedfallsom beräknat s på cdte-vittnesprovets uppmätta tjocklek (för 1,5 μm tvålagers CdSeTe/CdTe-absorbator som används här, är uppehållstiden 50 s för ett 1,0 μm CdTe-skikt)];
      150 s i CdCl2 källa;
      240 s i anneal källa; Och
      300 s i kylkälla.
    10. När belastningslåset sa under 40 mTorr i datorprogramvaran, med hjälp av programvaran, öppna lastlåsets grindventil och välj "Start". Programmet kör automatiskt det valda receptet och återgår till hemtjänsten när du slutför kylsteget10.
    11. När hela nedfallet är helt öppet lastlåsventilen, ventilen till atmosfären och öppnar lastlåsdörren för slutlig substratkylning. Efter ~ 60 s, bör substratet vara tillräckligt svalt för att ta bort från provhållaren med en luddfri trasa.
    12. När provet har tagits bort stänger du lastlåsdörren, pumpar ner lastlåset genom att slå på grovbrytaren och följ steg 3.1.5 för att köra bakeoff-receptet. En bakväg måste köras mellan varje provdeposition för att rengöra provhållaren.
    13. Det bearbetade provet ska ha ett vitt dimmigt lager på filmen från CdCl 2-behandlingen. Ta en bild av filmen för att notera dis mönstret. Om det finns lite eller inget synligt material från CdCl 2-behandlingen, behöver denna behandling sannolikt optimering.
    14. Skölj det överskjutande CdCl2-materialet bort av filmen till en graderad bägare med DI-vatten och torka filmen med komprimerad argon.
      VARNING: Denna CdCl 2-sköljning ska utföras i ett inneslutet hölje. När cdcl2/DI-vattenblandningen är klar, kasseras den i rätt behållare för farligt avfall.
      OBS: Efter CSS-nedfall kan proverna lagras under en tid, men det rekommenderas att de förvaras i en exsickator under vakuum i högst 1 vecka för bästa resultat. Ett schema för det automatiserade css-nedfallssystemet i raden visas i figur 2.

4. Närsublimering av koppar i nära rymden

  1. Css-systemstart
    1. Se till att de mekaniska pumparna och diffusionspumparna är på.
    2. Öppna processgasventilen och justera ratten för gasflödeskontroll manuellt tills 40 mTorr-drifttrycket visas på tryckmätaren.
    3. Ställ in och slå på CSS-källorna manuellt med hjälp av PID-styrenheter (proportional-integral-derivat). De högsta källtemperaturer som används i detta experiment är 330 °C för förvärmningskällan, 170 °C för CuCl-källan och 200 °C för annealkällan. De nedre källtemperaturerna är 330 °C för förvärmningskällan, 190 °C för CuCl-källan och 200 °C för annealkällan.
    4. Byt upp diffusionspumpventilen och stäng lastlåsets grindventil manuellt.
  2. CuCl behandling på absorbator strukturer
    1. När källorna har uppnått driftstemperaturen kan provet laddas på provhållaren:
      1. Lossa ratten för lastlåsdörren.
      2. Ventilera lastlåset med en fjärdedels sväng av UHP-ventilen för kväve.
      3. Öppna lastlåsdörren och använd en handhållen luftfläkt för att försiktigt ta bort eventuella dammpartiklar från provet. Placera provfilmens sida nedåt på provhållaren med hjälp av ett par gummitippade pincett, håll provet på kanten för att undvika nedfallområdet.
      4. Stäng ventilventilen och stäng och dra åt lastlåsdörren.
      5. Öppna lastlåspumpen manuellt och låt lastlåspumpen under delningstrycket (40 mTorr).
    2. När crossover-trycket erhålls stänger du lastlåspumpen manuellt och öppnar lastlåsets grindventil manuellt.
    3. Flytta överföringsarmen manuellt till förvärmnings-, CuCl- och anneal-positionerna sekventiellt. En timer används för uppehållstiden i varje position. För de prover som beskrivs, de bor gånger är 75 s, 5 s, och 250 s för förvärmning, CuCl, och anneal källor, respektive.
    4. Efter glödgningssteget, manuellt föra överföringsarmen tillbaka till hemmaläget och stäng lastlåsets grindventil.
    5. Följ steg 4.2.1 för att utbyta prover.
      OBS: Vid lossning av ett tidigare prov är det fortfarande troligt varmt. Ta bort provet med ett par gummi-tippade pincett och låt det svalna (film sida upp) på ett metallblock. Efter Cu-behandlingen kan proverna lagras under en tid, men det rekommenderas att de förvaras i en exsickator under vakuum i högst 1 vecka för bästa resultat.

5. Avdunstning nedfall av tunt tellurium

  1. Slå på den mekaniska pumpen, förinskventilen och diffusionspumpen med hjälp av brytare på förångarsystemet. Låt diffusionspumpen värmas upp i 20 min.
  2. Ventilera och öppna kammaren genom att öppna kväveventilen och lyft förångarens kammare. Ladda Te i den aluminiumlackbelagda molybdenbåten. Flytta förångarens kammare på plats igen när materialet har laddats.
  3. Ange rätt inställningar för Te-deposition från en aluminiumlackerad molybdenbåt i panelen för kvartskristall (QCM) (densitet = 6,25 g/cm3 och akustisk impedans = 9,81 g/cm2s).
  4. Öppna kammarens överdel för att komma åt provhållaren. Använd en handhållen luftfläkt för att försiktigt ta bort eventuella dammpartiklar från provet. Fyll provfilmen sett nedåt på provhållaren och stäng kammarens överdel.
  5. Flytta spaken manuellt till groviserande läge. både grov- och kammartrycksavläsningar na ska börja sjunka. Låt trycket sjunka under 10 mTorr.
  6. Vrid tillbaka förlinjeventilen till framlinjens position. Vänta ~ 30 s för någon tillfällig spik i tryck som skall lösas, sedan öppna den höga vakuumventilen. När kammarentryckläsaren har baserat ut, har rätt nedfall tryck på 1,0 x 10-5 Torr uppnåtts.
  7. Slå på strömbrytaren, öppna slutaren och vrid upp den aktuella kontrollen för att börja nedfall. Det optimala strömområdet är 90–100 AC-ampere så att nedfallkommer att vara ~5–10 Å/s. Nedfallsfrekvensen, som visas på QCM-avläsningen, kan ändras snabbt. Därför måste strömmen kontinuerligt justeras under nedfallet för att hålla räntan mellan 5–10 Å/s.
  8. När QCM visar önskad Te-tjocklek (40 nm för de prover som används här), snabbt och samtidigt stänga strömmen till noll, stäng av strömbrytaren och stäng slutaren.
  9. Stäng den höga vakuumventilen, öppna kväveventilen och ta bort provet från provhållaren. Upprepa steg 5.4–5.8 för nedfall på ytterligare prover.
    OBS: Efter Te-nedfallet kan proverna lagras under en tid, men det rekommenderas att de förvaras i en exsickator under vakuum i högst 1 vecka för bästa resultat.

6. Nickel tillbaka kontaktansökan

VARNING: På grund av ångorna från Ni-färgen och metyleketon (MEK) kör du alltid en luftfläkt för att cykla luft under denna process.

  1. Montera proverna (filmsidan framåt) på en vertikal monteringshylla.
  2. Se till att Ni-applikatorns kanon är ren hela tiden. Om inte, rengör med MEK.
  3. Ryggkontakten är en blandning av ledande Ni-färg och tunnare vid ett 2:1-förhållande. Innan du applicerar färgen ska du skaka ryggkontaktlösningen för att säkerställa fullständig blandning.
  4. Häll ni ryggkontaktlösning i applikatorpistolen och slå på den bifogade luftkompressorslangen. Spraya en provbit (dvs. kartong) för att säkerställa att färgen applicerar jämnt. Om den är enhetlig ska du applicera bakåtkontakten på proverna genom att spruta lösningen över provuppsättningen med en långsam lateral rörelse. Låt ryggkontakten torka något och applicera så många gånger som behövs för fullständig täckning (vanligtvis fungerar fem pass bra).
    OBS: Ni-lösningen kan torka och täppa till applikatorns pistol; För att undvika en av-igensättningsprocess under back-contact-applicering är det därför viktigt att vänta högst 60 s mellan sprayuppsättningar.
  5. Stäng av luftkompressorn och låt ryggkontakten torka på proverna i minst 1 h.

7. Avgränsning i 25 småenheter

OBS: För att avsluta den tunna filmstrukturen i elektriskt kontaktbara enheter måste filmstacken avgränsas i små områdesenheter så att TCO:s främre kontakt och Ni-ryggkontakten är elektriskt åtkomliga. Detta görs med hjälp av en metallmask med mekanisk borttagning av halvledaren.

  1. Placera ett prov i metallmasken.
  2. Placera det maskerade provet i handskfacket och använd en sifonslang, applicera glaset, beaded media på de omaskerade delarna av provet. Korrekt materialborttagning uppnås när maskfönstren blir nästan transparenta.
  3. Upprepa denna process med den andra masken så att 25 små kvadratiska enheter visas i ett 5 x 5-mönster på provet när de slutförs. De färdiga områdena är ~0,6 cm2.
  4. Rengör filmsidan av proverna med en bomullstippad applikator doppad i DI-vatten.
  5. För att minimera lateralt motstånd vid elektriska mätningar av de färdiga enheterna lödduett rutnätsmönster mellan enheterna med en indiumlödning.
    OBS: De färdiga enhetsstrukturerna anges i figur 1A och figur 1B för CdTe- respektive CdSeTe/CdTe-absorbatorenheterna.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Tillsatsen av CdSeTe till en tunn CdTe absorbator förbättrar enhetens effektivitet genom överlägsen absorbatmaterialkvalitet och högre kortslutningsströmstäthet (JSC). Figur 3A och figur 3B( anpassad från Bothwell et al.8) visar PL respektive TRPL för den enda CdTe absorbator och CdSeTe/ CdTe bilayer absorbator enheter. Både PL- och TRPL-mätningar visar tydligt förbättrad fotoluminescens med CdSeTe/CdTe-bilayerabsorbaren. PL-intensiteten förbättras med en faktor på sex, och TRPL-svansens livslängd, som är i form med en enda exponentiell till den långsamma delen av förfallet, är 12,6 ± 0,1 nför biskiktets struktur (jämfört med 1,6 ± 0,02 nför monoskiktets struktur), vilket indikerar bättre CdSeTe-materialkvalitet. PL-mätningen verifierar också den framgångsrika införlivandet av CdSeTe-skiktet. Förskjutningen i topp PL intensitet, vilket motsvarar absorberband gap, från 1,50 till 1,42 eV, bekräftar att det nedre bandet gap CdSeTe material är operativ i absorbatorskiktet.

Högre JSC i bilayerabsorbatorn visas genom strömdensitetsspänning (J-V) och quantum efficiency (QE) mätningar, som visas i figur 4 respektive figur 5. Förskjutningen i de ljusa J-V-kurvorna längs den aktuella densitetsaxeln som visas i figur 4 motsvarar en förändring i JSC från 24,0 mA/cm2 till 25,5 mA/cm2 för de bäst presterande CdTe- respektive CdSeTe/CdTe-enheterna.

QE-mätningar av CdTe- och CdSeTe/CdTe-enheterna (figur 5A respektive bild 5B)visar bilayerenhetens ytterligare fotonkonvertering i det långa våglängdsområdet och bekräftar ökningen av JSC för den enheten. JSC-värden, som bestäms genom att integrera QE-data över våglängdsområdet19 är 24,6 mA/cm2 för CdTe-enheten och 25,9 mA/cm2 för CdSeTe/CdTe-enheten. QE-data för tvåskiktsenheten används i ström som samlas in i CdSeTe- och CdTe-skikten8med hjälp av optiska överföringsdata som mäts på en 0,5 μm CdSeTe-film. Detta belyser den dominerande roll cdsete spelar i absorption. Den nuvarande densitetsom samlas in i CdSeTe-skiktet är 22,9 mA/cm2 jämfört med 3,0 mA/cm2 i CdTe-skiktet, så att CdSeTe står för ~90% av den aktuella samlingen i bilayerabsorbatoren.

Effektiviteten hos en bilayer absorbator beror på optimering av tillverkningsprocessen. Belysta J-V-data i figur 6 visar hur viktigt det är att optimera CdSeTe:CdTe-tjockleksförhållandet: data visar en signifikant kink i den icke-optimala CdSeTe-enheten med 1,25 μm. Kink, sannolikt på grund av ryggbarriäreffekter, genererar en anmärkningsvärd minskning av enhetens effektivitet till 11,0%. Optimerad CdCl2 passivation är också avgörande för god enhetsprestanda. Tunna CdTe-enheter visar känsligt beroende av CdCl 2-nedfalltid18, och utan CdCl2 passivation kan enhetens effektivitet sjunka till ~2% 11. Även om författarna har hittat CdCl2 passivation och CdSeTe: CdTe tjocklek förhållandet att vara bland de mest betydande processförhållanden, optimering av alla tillverkningsstadier och parametrar är nödvändig.

Figure 1
Bild 1: Enhetsstruktur för färdiga CdTe-baserade solceller. (A)En 1,5 μm CdTe absorbatoranordningsstruktur användes som referens för jämförelse med biskiktets struktur. (B)En 0,5 μm CdSeTe/1,0 μm CdTe-anordningstruktur tillverkades för att förbättra solcellers effektivitet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: Automatiserat dammsystem i slutrymden. Visas är en 2D schematisk ger konfigurationsdetaljer av provhållaren, lastlås, vakuumhölje och enskilda källor. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Bild 3: Fotoluminescensjämförelse av CdTe- och CdSeTe/CdTe-enheter. (A)Peak PL intensitet ökar 6-faldigt med införlivandet av CdSeTe, och topp position skiftar till ett lägre band gap, vilket tyder på ett framgångsrikt införlivande av CdSeTe. (B)TRPL svans livslängd, passar med en enda exponentiell till den långsamma delen av förfallet, är särskilt längre för CdSeTe / CdTe enheten än CdTe-enheten, vilket indikerar bättre materialegenskaper för CdSeTe-lagret. Denna siffra är omtryckt från Bothwell et al.8Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Bild 4: J-V jämförelse av CdTe- och CdSeTe/CdTe-enheter. J-V-data under belysning visar en ökning av JSC, mätt vid nollspänningspunkten, från 24,0 mA/cm2 till 25,5 mA/cm2 för CdTe- respektive CdSeTe/CdTe-enheterna. Dark J-V data visas också för jämförelse. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Bild 5: QE-jämförelse av CdTe- och CdSeTe/CdTe-enheter. (A)QE-data för CdTe-enheten och (B) CdSeTe/CdTe-enheten visar en ökning av JSC från 24,6 mA/cm2 till 25,9 mA/cm2,enligt definitionen genom att integrera QE-data över våglängdsområdet. Transmissionsmätningar på en 0,5 μm CdSeTe-film användes för att separera QE-signalen i (B) i ström som samlats in i CdTe- och CdSeTe-skikten: CdSeTe-skiktet utgör ~90 % av den aktuella samlingen i 1,5 μm tvålagersenheten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Bild 6: J-V jämförelse av optimerade och icke-optimerade CdSeTe/CdTe-enheter. J-V-data under belysning av en CdSeTe/CdTe-enhet med ett icke-optimerat CdSeTe:CdTe-tjockleksförhållande visar en kink i kurvan och minskning av enhetens effektivitet, vilket betonar vikten av att optimera tjockleksförhållandet CdSeTe:CdTe. Dark J-V data visas också för jämförelse. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Tunna bilayer CdSeTe/ CdTe solceller enheter visar förbättringar i effektivitet jämfört med sina CdTe motsvarigheter på grund av bättre materialkvalitet och ökad strömsamling. Sådana förbättrade effektivitetsvinster har visats hos bilayerabsorbenter som är större än 3 μm5,7, och nu med optimerade tillverkningsförhållanden har det visat sig att ökad effektivitet också kan uppnås för tunnare, 1,5 μm bilayerabsorbatorer.

Optimeringen av tillverkningsprocessen för tunna bilayer absorbatorer är rotad i tre huvudändringar: substrat förvärma temperatur, CdSeTe: CdTe tjocklek förhållande, och CdCl2 passivation. För korrekt CdSeTe sublimering, bör förvärmningtemperaturen av substratet vara ~ 540 °C jämfört med ~ 480 °C för CdTe sublimering, vilket sker genom att variera substratet uppehållstiden i förvärmningskällan. För att förhindra kontaktbarriärer i enheten samtidigt som bra öppen kretsspänning (VOC)bibehålls det att 0,5 μm CdSeTe/1,0 μm CdTe är det optimala förhållandet i de tunna bilayerenheterna, vilket visas i figur 6. CdCl2 behandling av bilayer absorbator, viktigt för passivitation av korngränser och främjande av spannmålstillväxt och anpassning12,13,14,15,16, kan vara särskilt känslig i tunna absorbatorer18. Det bestämdes att en mycket mindre aggressiv CdCl2 behandling, med både källtemperaturer och uppehåll gånger, behövdes för att korrekt passivat den tunna bilayer absorbatorer18 jämfört med tjocka bilayer absorbatorer5.

Css automatiska in-line vakuumsystem och flera lager, flera steg tillverkning sprocessen ger möjlighet till ändringar i hela enhetsstrukturen. CdSeTe-lagret, sublimering-deponeras från CdSe20Te80 källa i denna studie, kan också deponeras genom co-sublimering från CdSe och CdTe källor. Vissa inledande arbete har utförts vid Colorado State University med co-sublimering nedfall av CdSeTe med begränsad framgång20. CdSeTe/CdTe-gränssnittet kan också justeras genom att kontrollera sammandiffusionen av CdSeTe- och CdTe-lagren.

Det finns ingen målmedveten interdiffusion i de tunna bilayer enheter presenteras; emellertid främjas interdiffusion av lagrarna i tjockare bilayers och är fulländat, genom att öka annealtiden efter CdCl2 deposition för en thermally drivande interdiffusionprocess5. Kontroll av omfattningen av interdiffusion möjliggör vissa band gap engineering av bilayer absorbator och kan användas för att justera foton absorptionsprofiler och nuvarande samling i färdiga enheter. Olika dopants, såsom grupp-V dopants6,21,22, kan också införlivas för att ersätta historiskt använda Cu dopant. Grupp-V dopning erbjuder högre uppnåeliga absorbator dopning nivåer på 1,0E17 cm-3, visar långsiktig stabilitet6, och kan införlivas sömlöst i CSS-nedfall processen med hjälp av en dopad källmaterial för sublimering (för närvarande utforskas av kollegor vid Colorado State University)23,24. Ytterligare lager i tunnfilmsstrukturen kan också ändras på stora eller små sätt om så önskas. Alternativen inkluderar fullständig materialborttagning eller utbyte, ändringar av tillverkningsmetoden eller variationer i depositionsförhållanden eller behandlingar efter nedfall.

En bilayer egenskap som gör CdSeTe / CdTe absorbator gynnsam jämfört med en CdTe absorbator fungerar också som en begränsning. Den lägre, 1,42 eV band gap av bilayer absorbator vs. 1,50 eV band gap av monolayer CdTe absorbator ökar foton samling för förbättrad JSC, men det lägre bandet klyftan också i sig begränsar den högsta uppnåeliga öppen krets spänning (VOC),vilket begränsar enhetens effektivitet. För att minska denna begränsning är nästa steg för att förbättra den tunna CdSeTe/CdTe-enhetsstrukturen att införliva ett högre bandgapmaterial på baksidan av enheten för att öka VOC.

Modellering har visat att införlivandet av en tunn, ~ 100 nm, 1,8 eV material efter CdTe lagret kommer att skapa en ledning band barriär på baksidan och minska tillbaka ytan rekombination genom att reflektera fotoelektroner och framåt strömelektroner bort från rekombination-benägen tillbaka ytan25,26. Denna "elektronreflektor" struktur kräver en helt utarmad absorbator så att absorbatorns tjocklek är begränsad till mindre än 2 μm25,vilket gör den tunna bilayerabsorbatorn väl lämpad för denna konfiguration. Kadmium magnesium telluride (CdMgTe), en hög band gap CdTe legering material, är en idealisk kandidat för detta lager på grund av dess stunable band gap och enkel införlivande i den befintliga enheten tillverkningsprocessen genom co-sublimering eller sputter nedfall.

Ökad enhetseffektivitet genom förbättrad strömsamling och fotoluminescerande egenskaper hos tunna CdSeTe/CdTe-bilayerenheter är betydande för tillverkningstid och kostnadsreduktion, och framtida förbättringar av enhetsstrukturen och VOC. CSS automatiserade in-line vakuumsystem som används för absorber nedfall och passivation i denna studie är anmärkningsvärt för sin nedfall hastighet. Andra tillverkningsmetoder såsom sputtering och metall organisk kemisk ånga nedfall (MOCVD) kan ta mer än femton gånger så lång tid för samma nedfall27,28.

In-line CSS erbjuder också skalbarhetsalternativ. De tillverkningsprocesser som används för att göra de små forskningsenheter som presenteras kan implementeras i storskaliga processer för PV-modultillverkning med minimal förlust i tillverkningsparameterisering. CdSeTe/CdTe-bilayerstrukturen som presenteras i detta arbete bär också betydelse med dess framgång med hjälp av den mycket tunna absorbaren. Specifikt visar enhetens effektivitet nära 16% med endast en 1,5-μm bilayer absorbator fördelen med CdSeTe till CdTe även i ultratunna absorbatorer. Tunna absorbatorskikt som dessa erbjuder ytterligare tillverkningstid och materialbesparingar, och möjlighet att utforska en elektronreflektorstruktur för att minimera spänningsunderskottet i CdSeTe/CdTe-enheter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Författarna vill tacka professor WS Sampath för användning av hans nedfall system, Kevan Cameron för systemstöd, Dr Amit Munshi för sitt arbete med tjockare bilayer celler och kompletterande bilder av in-line automatiserade CSS vakuum deposition system, och Dr. Darius Kuciauskas för hjälp med TRPL mätningar. Detta material bygger på arbete som stöds av US Department of Energy's Office of Energy's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) under Solar Energy Technologies Office (SETO) Avtal nummer DE-EE0007543.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Alpha Step Surface Profilometer Tencor Instruments 10-00020 Instrument for measuring film thickness
CdCl2 Material 5N Plus N/A Material for absorber passivation treatment
CdSeTe Semiconductor Material 5N Plus N/A P-type semiconductor material for absorber layer
CdTe Semiconductor Material 5N Plus N/A P-type semiconductor material for absorber layer
CESAR RF Power Generator Advanced Energy 61300050 Power generator for MgZnO sputter deposition
CuCl Material Sigma Aldrich N/A Material for absorber doping
Delineation Material Kramer Industries Inc. Melamine Type 3 60-80 mesh Plastic beading material for film delineation
Glovebox Enclosure Vaniman Manufacturing Co. Problast 3 Glovebox enclosure for film delineation
Gold Crystal Kurt J. Lesker Company KJLCRYSTAL6-G10 Crystal for Te evaporation thickness monitor
HVLP and Standard Gravity Feed Spray Gun Kit Husky HDK00600SG Applicator spray gun for Ni paint back contact application
MgZnO Sputter Target Plasmaterials, Inc. PLA285287489 N-type emitter layer material
Micro 90 Glass Cleaning Solution Cole-Parmer EW-18100-05 Solution for initial glass cleaning
NSG Tec10 Substrates Pilkington N/A Transparent-conducting oxide glass for front electrical contact
Super Shield Ni Conductive Coating MG Chemicals 841AR-3.78L Conductive paint for back contact layer
Te Material Sigma Aldrich MKBZ5843V Material for back contact layer
Thickness Monitor R.D. Mathis Company TM-100 Instrument for programming and monitoring Te evaporation conditions
Thinner 1 MG Chemicals 4351-1L Paint thinner to mix with Ni for back contact layer
Ultrasonic Cleaner 1 L & R Electronics Q28OH Ultrasonic cleaner 1 for glass cleaning
Ultrasonic Cleaner 2 Ultrasonic Clean 100S Ultrasonic cleaner 2 for glass cleaning
UV/VIS Lambda 2 Spectrometer PerkinElmer 166351 Spectrometer used for transmission measurements on CdSeTe films

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Global energy demand rose by 2.3% in 2018, its fastest pace in the last decade. , Available from: https://www.iea.org/newsroom/news/2019/march/global-energy-demand-rose-by-23-in-2018-its-fastest-pace-in-the-last-decade.html (2019).
  2. Morton, O. Solar energy: A new day dawning?: Silicon valley sunrise. Nature. 443 (7107), 19-22 (2006).
  3. Best research-cell efficiency chart. , Available from: https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html (2019).
  4. First Solar. First Solar sustainability report. , Available from: http://www.firstsolar.com/-/media/First-Solar/Sustainability-Documents/FirstSolar_SustainabilityReport_Web_2018.ashx (2018).
  5. Munshi, A., et al. Polycrystalline CdSeTe/CdTe absorber cells with 28 mA/cm2 short-circuit current. IEEE Journal of Photovoltaics. 8 (1), 310-314 (2018).
  6. Metzger, W. K., et al. Exceeding 20% efficiency with in situ group V doping in polycrystalline CdTe solar cells. Nature Energy. 4, 837-845 (2019).
  7. Hsiao, K. J. Electroplated CdTe solar technology at Reel Solar. Proceedings of 46thIEEE PVSC. , Chicago, IL. (2019).
  8. Bothwell, A. M., Drayton, J. A., Jundt, P. M., Sites, J. R. Characterization of thin CdTe solar cells with a CdSeTe front layer. MRS Advances. 4 (37), 2053-2062 (2019).
  9. Fiducia, T. A. M., et al. Understanding the role of selenium in defect passivation for highly efficient selenium-alloyed cadmium telluride solar cells. Nature Energy. 4, 504-511 (2019).
  10. Swanson, D. E., et al. Single vacuum chamber with multiple close space sublimation sources to fabricate CdTe solar cells. Journal of Vacuum Science and Technology A. 34, 021202 (2016).
  11. McCandless, B. E., Sites, J. R. Cadmium telluride solar cells. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. Luque, A., Hegedus, S. , John Wiley & Sons Ltd. West Sussex, England. 617-662 (2003).
  12. Abbas, A., et al. Cadmium chloride assisted re-crystallization of CdTe: the effect of annealing over-treatment. Proceedings of 40th IEEE PVSC. , Denver, CO. (2014).
  13. Munshi, A., et al. Effect of varying process parameters on CdTe thin film device performance and its relationship to film microstructure. Proceedings of 40th IEEE PVSC. , Denver, CO. (2014).
  14. Metzger, W. K., et al. Time-resolved photoluminescence studies of CdTe solar cells. Journal of Applied Physics. 94 (5), 3549-3555 (2003).
  15. Moseley, J., et al. Luminescence methodology to determine grain-boundary, grain-interior, and surface recombination in thin film solar cells. Journal of Applied Physics. 124, 113104 (2018).
  16. Amarasinghe, M., et al. Obtaining large columnar CdTe grains and long lifetime on nanocrystalline CdSe, MgZnO, or CdS layers. Advanced Energy Materials. 8, 1702666 (2018).
  17. Tencor Instruments. Alpha-Step 100 User's Manual. , Tencor Instruments. Mountain View, CA. (1984).
  18. Wojtowicz, A., Huss, A. M., Drayton, J. A., Sites, J. R. Effects of CdCl2 passivation on thin CdTe absorbers fabricated by close-space sublimation. Proceedings of 44th IEEE PVSC. , Washington D.C. (2017).
  19. Kirchartz, T., Ding, K., Rau, U. Fundamental electrical characterization of thin film solar cells. Advanced Characterization Techniques for Thin Film Solar Cells. Abou-Ras, D., Kirchartz, T., Rau, U. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. Weinheim, Germany. 47 (2011).
  20. Swanson, D. E., Sites, J. R., Sampath, W. S. Co-sublimation of CdSexTe1-x layers for CdTe solar cells. Solar Energy Materials & Solar Cells. 159, 389-394 (2017).
  21. McCandless, B. E., et al. Overcoming Carrier Concentration Limits in Polycrystalline CdTe Thin Films with In Situ Doping. Scientific Reports. 8, 14519 (2018).
  22. Romeo, N., Bossio, A., Rosa, G. The back contact in CdTe/CdS thin film solar cells. Proceedings ISES Solar World Congress 2017. , Abu Dhabi, UAE. (2017).
  23. Munshi, A. H., et al. Doping CdSexTe1-x/CdTe graded absorber films with arsenic for thin film photovoltaics. Proceedings of 46th IEEE PVSC. , Chicago, IL. (2019).
  24. Danielson, A. Doping CdTe Absorber Cells using Group V Elements. Proceedings of WCPEC-7. , Waikoloa, HI. (2018).
  25. Hsiao, K. J. Electron Reflector Strategy for CdTe Thin film Solar Cells. , Colorado State University. Doctoral dissertation (2010).
  26. Swanson, D. E., et al. Incorporation of Cd1-xMgxTe as an electron reflector for cadmium telluride photovoltaic cells. Proceedings of MRS Spring Meeting and Exhibit. , San Francisco, CA. (2015).
  27. Wendt, R., Fischer, A., Grecu, D., Compaan, A. D. Improvement of CdTe solar cell performance with discharge control during film deposition by magnetron sputtering. Journal of Applied Physics. 84 (5), 2920-2925 (1998).
  28. Sudharsanan, R., Rohatgi, A. Investigation of metalorganic chemical vapor deposition grown CdTe/CdS solar cells. Solar Cells. 31 (2), 143-150 (1991).

Tags

Kemi kadmium telluride selen solceller chalcogenide tunna filmer närrymd sublimering ljusluminescens kortslutning strömtäthet
Nära rymden Sublimation-Deponerade ultratunna CdSeTe/CdTe solceller för förbättrad kortslutning strömtäthet och fotoluminescens
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bothwell, A. M., Drayton, J. A.,… More

Bothwell, A. M., Drayton, J. A., Jundt, P. M., Sites, J. R. Close-Space Sublimation-Deposited Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Solar Cells for Enhanced Short-Circuit Current Density and Photoluminescence. J. Vis. Exp. (157), e60937, doi:10.3791/60937 (2020).

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