Zinnsulfid (SnS) ist ein Kandidatenmaterial für erdreichliche, ungiftige Solarzellen. Hier demonstrieren wir das Herstellungsverfahren der SnS-Solarzellen unter Verwendung der Atomlagenabscheidung, die einen zertifizierten Wirkungsgrad von 4,36 % ergibt, und der thermischen Verdampfung, die 3,88 % ergibt.
Ein Abonnement von JoVE ist erforderlich, um diesen Inhalt anzuzeigen. Melden Sie sich an oder beginnen Sie noch heute mit einer kostenlosen Testphase.
Methodenartikel
Erstellen Rekordeffizienz SnS Solarzellen durch thermische Verdampfung und Atomic Layer Deposition
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Zinnsulfid (SnS) ist ein Kandidat Absorbermaterial für die Erde-reichen, nicht-toxische Solarzellen. SnS bietet einfachen Phasenregelung und das schnelle Wachstum von kongruenten thermische Verdampfung, und es sichtbares Licht stark absorbiert. , Für eine lange Zeit den Rekord Wirkungsgrad von SnS Solarzellen blieb jedoch unter 2%. Kürzlich haben wir gezeigt, neue zertifizierte Rekordwirkungsgrade von 4,36% mit SnS durch Atomlagenabscheidung abgeschieden und unter Verwendung von 3,88% thermische Verdampfung. Hier das Herstellungsverfahren für diese Aufzeichnung Solarzellen beschrieben wird, und die statistische Verteilung des Herstellungsprozesses wird berichtet. Die Standardabweichung der Effizienz, gemessen auf einem einzigen Substrat ist typischerweise mehr als 0,5%. Alle Schritte, einschließlich Substratauswahl und Reinigung, Mo Sputtern für den hinteren Kontakt (Kathode), SnS Abscheidung Tempern Oberflächenpassivierung, Zn (O, S) Pufferschicht Auswahl und Abscheidung transparenter Leiter (Anode) Ablagerung und Metallisierung werden beschrieben. Auf jedem Substrat zu fertigen wir 11 Einzelgeräte mit jeweils aktive Fläche 0,25 cm 2. Ferner ist ein System für die Messung von Strom-Spannungs-Kurven unter simulierten Sonnenlicht und externe Quanteneffizienz Messung mit variabler Licht Bias beschrieben. Mit diesem System sind wir in der Lage, vollständige Datensätze für alle Vorrichtungen 11 auf automatisierte Weise und in kürzester Zeit zu messen. Diese Ergebnisse veranschaulichen den Wert des Studiums große Sample-Sets, anstatt sich nur knapp über die leistungsfähigsten Geräte. Große Datenmengen helfen uns, zu unterscheiden und zu beheben einzelnen Verlustmechanismen, die unsere Geräte.
Einleitung
Dünnschicht-Photovoltaik (PV) weiterhin Interesse und bedeutende Forschungsaktivitäten zu gewinnen. Jedoch die Wirtschaftlichkeit des PV-Markt sind schnell wechselnde und Entwicklung von kommerziell erfolgreichen Dünnschicht-PV hat sich zu einem anspruchsvolleren Aussichten. Herstellungskosten Vorteile gegenüber waferbasierten Technologien können nicht mehr selbstverständlich auf eine Stufe genommen werden, und Verbesserungen in Effizienz und Kosten gesucht werden muss. 1,2 Angesichts dieser Realität, die wir gewählt haben, um SnS als Absorbermaterial für die Entwicklung Dünnschicht-PV. SnS intrinsische praktische Vorteile, die in niedrigen Herstellungskos....
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Protokoll
1. Untergrundauswahl und Schneiden
- Kauf polierte Si-Wafer mit einer dicken thermischen Oxid. Für die hier berichtet Geräte verwenden 500 um dicken Wafern mit einem 300 nm oder dicker thermischen Oxid. Die Substratauswahlkriterien werden in der Diskussion Abschnitt erläutert.
- Schleuderbeschichten der polierten Seite des Wafers mit einer typischen positiven Photoresist (SPR 700 oder PMMA A. 495) und Weichbacken (30 sec bei 100 ° C).
Anmerkung: Dies ist eine Schutzschicht, um eine Beschädigung oder Verunreinigung während der nachfolgenden Schneideschritt zu verhindern. - Verwenden Sie ein Werkzeug Säge, um den Wafer in 1 "x 1" (25,4 x....
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Ergebnisse
In den Figuren 6-8 Ergebnisse sind für zwei repräsentative "Baseline" TE-grown Proben, wie oben beschrieben gezeigt. Beleuchtet J - V für diese beiden Proben ist in 6 aufgetragen Die erste Probe ("SnS140203F") ergab das Gerät mit zertifizierten Wirkungsgrad von 3,88%, die zuvor berichtet wurden 9 Repräsentative JV Verteilungen sind für jede Probe gezeigt... Für eine gegebene Vorspannung werden diese Verteilungen berechnet
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Diskussion
Substratreinigungs Auswahl
Oxidierte Si-Wafer als Substrate verwendet werden. Die Substrate der mechanische Träger für die resultierenden Solarzellen und ihrer elektrischen Eigenschaften sind nicht wichtig. Si-Wafer werden auf Glas bevorzugt, da im Handel erworben Si-Wafern sind in der Regel sauberer als im Handel erworben Glaswafer und das spart Zeit bei der Substratreinigung. Si-Substrate haben auch eine höhere thermische Leitfähigkeit als Glas, das zu einer gleichmäßigere.......
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Offenlegungen
Die Autoren haben nichts zu offenbaren.
Danksagungen
Die Autoren bedanken sich bei Paul Ciszek und Keith Emery für zertifizierte JV Messungen danken vom National Renewable Energy Laboratory (NREL), Brandt Riley (MIT) für die Photoelektronenspektroskopie-Messungen und Jeff Cotter (ASU) für die Inspiration für das Testen von Hypothesen Abschnitt. Diese Arbeit wird durch das US-Energieministerium durch die SunShot Initiative unter Vertrag DE-EE0005329, und der Robert Bosch LLC durch die Bosch Energy Research Netzwerk unter Gewährung 02.20.MC11 unterstützt. V. Steinmann, R. Jaramillo und K. Hartman erkennen die Unterstützung, die Alexander von Humboldt-Stiftung, ein DOE EERE Postdoctoral Research Award und Intel P....
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Quarz-Wafer-Träger | AM Quartz, Gainesville, TX | ||
| Sputtersystem | PVD Products | Hochvakuum-Sputtersystem mit Lastschleuse | |
| 4% H2S in N2 | Airgas Inc. | ||
| 99,5% H2S | Matheson Trigas | G1540250 | |
| SnS Pulver | Sigma Aldrich | 741000-5G | |
| Effusionszelle | Veeco | 35-LT | Einfilament-Effusionszelle mit niedriger Temperatur |
| Diethylzink (Zn(C2H5)2) | Strem Chemicals | 93-3030 | |
| Lasercutter | Electrox | Scorpian G2 | Wird für ITO-Schattenmasken |
| verwendet ITO-Sputtertarget (In2O3/SnO2 90/10 Gew.%, 99,99% rein) | Kurt J. Lesker | EJTITOX402A4 | |
| Metallisierung Schattenmasken | MicroConnex | maßgeschneidertes Design | |
| Elektronenstrahlverdampfer | Denton | Hochvakuum-Metallverdampfer mit Schleuse | |
| AM1.5 Sonnensimulator | Newport Oriel | 91194 | 1.300 W Xe-Lampe mit AM1.5G-Filter |
| Spektralphotometer | Perkin Elmer | Lambda 950 UV-Vis-NIR | 150 mm Spektralbeschichtete Ulbrichtkugel |
| Kalibrierte Si-Solarzelle | PV Messungen | BK-7 Fensterglas | |
| Doppelte Sondenspitzen | Accuprobe | ||
| Stromzähler | Keithley | 2400 | |
| Quanteneffizienz-Messsystem | PV-Messungen | QEX7 | |
| Kalibrierte Si-Fotodiode | PV-Messungen | ||
| PV Messungen | kundenspezifisches Design | ||
| Inertes Pumpenöl | DuPont | Krytox | PFPE-Öl, Güteklasse 1514; Anbieter: Eastern Scientific |
| H2S beständige Elastomer O-Ringe | DuPont | Kalrez | Mischung 7075; Verkäufer: Marco Rubber |
| H2S beständige Elastomer O-Ringe | Marco Rubber | Markez | Mischung Z1028 |
| H2S beständige Elastomer O-Ringe | Dichtungen Eastern, Inc. | Aflas-Verkäufer: Marco Rubber |
Referenzen
- Woodhouse, M., Goodrich, A., et al. Perspectives on the pathways for cadmium telluride photovoltaic module manufacturers to address expected increases in the price for tellurium. Solar Energy Materials and Solar Cells. 115, 199-212 (2013).
- Bloomberg New Energy Finance University 2013 - renewable energy, CCS, EST. , Available from:
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Nachdrucke und Genehmigungen
