Plasmonic geliştirilmiş Işık-tutucu ile Polycrystalline Silikon İnce-film Solar hücreler

Aşağıdaki deneyin genel amacı, plazmonik nanopartiküller tarafından ışık saçılımının ince film güneş pillerinde ışık tutmasını nasıl geliştirdiğini ve performanslarını nasıl geliştirdiğini göstermektir. Bu, arka ince film güneş pili yüzeyine bir öncü gümüş film bırakılarak ve daha sonra bir ışık saçılma rastgele gümüş nanoparçacık dizisi üretmek için diz çökerek elde edilir. İkinci adım olarak, bir nanopartikül dizisine sahip güneş pili, bir magnezyum florür dielektrik tabakası ile kaplanır ve ardından nanoparçacık dizisi boyunca iletilen ışığı yakalayan dağınık bir arka reflektör eklemek için beyaz bir boya ile kaplanır. Hücre foto akımını daha da arttırmak için, güneş piline giren ve ilk geçişte emilmeyen ışık, hem nanoparçacık dizisi hem de arka dağınık reflektör tarafından eğik açılarda hücrelere geri saçılır, bu da optik hücre kalınlığını arttırır ve böylece ışık emilimini iyileştirir Güneş pili kısa devre akımının %45 oranında arttığını gösteren sonuçlar elde edilir.plazmonik ışık saçılma reflektörü varlığında.

Tekstüre etmeye dayalı geleneksel ışık yakalama yaklaşımlarının bu tekniğinin temel avantajı, planlayıcı ve tamamen fabrikasyon cihazlara uygulanabilmesi, böylece dokuyla ilgili kusurlar veya cihaz üretim süreçleriyle uyumsuzluk nedeniyle imkansız komplikasyonlardan kaçınabilmesidir. Bu yöntem kristalin silikon sendrom hücre hücrelerine uygulansa da, aşk, silikon ve mikrom film hücreleri, organik güneş hücreleri ve hatta ışık yayan diyotlar gibi performanslarını iyileştirmek için diğer güneş hücresi türlerine ve optoelektronik cihazlara da uygulanabilir. Bu protokole, bu videoya eşlik eden yazılı protokolde açıklandığı gibi polikristalin silikon güneş pillerinin üretimi ile başlayın.

İki haftalık üretim sürecinden elde edilen bir hücrenin bu yakın çekim görüntüsü, silikon nanoparçacıkların oluşturulacağı metalizasyon modeli arasındaki hücre silikon yüzeyini göstermektedir. Tozu temizlemek için metalize hücre yüzeyine kuru nitrojen üfleyin ve numuneyi 0,3 ila 0,5 gram gümüş granül ile doldurulmuş bir tungsten teknesi içeren bir termal buharlaştırıcıya yükleyin. Evaporatör odasını iki ila üç taban basıncına 10'a eksi beş tor Sonraki programa kadar pompalayın.

Kuvars kristal monitör, QCM'yi gümüş parametreleriyle kısalttı. Numune kapağının kapalı olduğundan emin olun ve tungsten tekne ısıtıcısını açın. Bir görünüm penceresinden gözlemlendiği gibi gümüş granüller eriyene kadar sekize 10'dan eksi beş tor'a kadar bir basınç artışını önlemek için akımı yeterince yavaş artırın Basınç dengelendikten sonra, akımı saniyede 0,1 ila 0,2 angstrom gümüş biriktirme hızına karşılık gelen ayar noktasına ayarlayın.

Biriktirme işlemini başlatmak için deklanşörü açın. Plus mono reflektörün imalatında kritik bir husus, gümüş film kalınlığını ve diz koşullarını hassas bir şekilde kontrol etmektir. En iyi performans gösteren nanoparçacık dizilerini oluşturmak için.

QCM kullanarak büyüyen gümüş film kalınlığını izleyin ve 14 nanometre kalınlığa ulaşıldığında deklanşörü kapatın, tungsten teknesinin yaklaşık 15 dakika soğumasını bekleyin ve ardından numuneyi boşaltın, taze birikmiş bir gümüş film ile hücre, 230 santigrat dereceye kadar önceden ısıtılmış nitrojen temizleme fırınına yerleştirilir ve 50 dakika boyunca diz çöktürülür. Diz çökmenin ardından, nanopartiküllerin varlığına bağlı olarak yüzey görünümünde bir değişiklik belirgindir. Arka reflektör, yaklaşık 300 nanometre kalınlığında magnezyum florür dielektrik kaplamadan ve bir kat ticari beyaz tavan boyasından oluşur.

Arka reflektörü üretmeden önce, üzerlerine siyah keçeli kalem mürekkebi uygulayarak hücre temas noktalarını koruyun. Bu, kontakların bir kaldırma işlemi ile dielektrik altından maruz kalmasına izin verir. Tozu temizlemek için nanopartikül dizisini ve boyalı kontakları üflemek için bir nitrojen tabancası kullanın.

Haftalık olarak yapışan nanopartiküllerin çıkarılmasını önlemek için orta derecede nitrojen basıncı kullanın. Numuneyi, magnezyum ile doldurulmuş bir tungsten tekne içeren termal buharlaştırıcıya yerleştirin. Florür parçaları.

Evaporatörü eksi beş tor setine 10 ila iki ila üç basınca kadar aşağı pompalayın. Magnezyum florür için QCM parametreleri, numune kapağının kapalı olduğundan emin olun ve tekneyi açın. Isıtıcı, bir görüntü alanından görüldüğü gibi magnezyum florür eriyene kadar aşırı basıncı önlemek için akımı yavaşça artırın.

Basınç dengelendikten sonra, akımı saniyede 0,3 nanometre magnezyum florür biriktirme hızına karşılık gelen ayar noktasına ayarlayın ve numune kapağını açın. QCM kullanarak biriken kalınlığı izleyin ve 300 nanometreye ulaşıldığında deklanşörü kapatın, tungsten tekne yaklaşık 15 dakika soğuduktan sonra ısıtıcıyı kapatın, numuneyi boşaltın. Magnezyum florür kaplama ile hücre görünümündeki değişikliğe dikkat edin.

Mürekkep maskesini hücre temas noktalarından çıkarmak için, dielektrik kaplamalı hücreyi asetona daldırın. Mürekkebin üzerindeki dielektrik çatlamaya ve kalkmaya başlayana kadar bekleyin. Dielektrik ile tüm mürekkep çıkana ve metal kontaklar tamamen açığa çıkana kadar hücreyi asetonda tutun.

Numuneyi asetondan çıkarın. Nitrojen tabancası ile deneyin. Tüm hücre yüzeyine ince yumuşak bir fırça ile bir kat beyaz boya uygulayın.

Metal kontaklardan dikkatlice kaçınarak, boya tabakasının tamamen opak olacak kadar kalın olması gerekir, böylece boyalı hücreden parlak bir ışık kaynağına bakarken ışık görülmez, boyanın bir gün kurumasını bekleyin. Güneş pili kısa devre akımı, standart küresel güneş spektrumu üzerinden harici kuantum verimliliği veya EQE eğrisinin entegre edilmesiyle hesaplanır. Hem hücre akımı hem de ışık sıkışması nedeniyle artması, hücre emici tabaka kalınlığına bağlıdır.

Akımın kendisi daha kalın hücreler için daha yüksektir, ancak akım artışı daha ince cihazlar için daha yüksektir. Işık hapsi olmayan orijinal iki mikron kalınlığındaki hücreler, dağınık arka reflektör ile santimetre kare başına yaklaşık 15 miliamper olarak ölçülen kısa devre akım yoğunluğuna sahiptir. Akım, santimetre kare başına yaklaşık 20 miliamper veya arka hücre yüzeyinde bir nanoparçacık dizisinin üretilmesinden sonra %25 ila %31 daha yüksek olabilir.

Kısa devre akımı yoğunluğu, santimetre kare başına yaklaşık 20 miliampere kadar artar, bu da %32'lik bir artıştır, dağınık arka reflektörün geliştirme etkisinden biraz daha iyidir. Sadece magnezyum florür kaplama üzerindeki arka dağınık reflektörü plazmonik nanoparçacık dizisi ile hücreye ekledikten sonra, kısa devre akım yoğunluğu santimetre kare başına 22.3 miliampere veya yaklaşık% 45'e yükseltilir. Üç mikron kalınlığındaki hücre için, tüm akımların santimetre kare başına 25.7 miliampere kadar daha yüksek olduğunu, bağıl iyileştirmenin ise %42'de biraz daha düşük olduğunu unutmayın. Işık yakalama, bir kez ustalaştıktan sonra daha ince cihazlarda nispeten daha büyük bir etkiye sahiptir.

Bu prosedür, uygun şekilde yapılırsa dört ila beş saat içinde yapılabilir. Bunun dışında, yaklaşık 12 saat ve oda sıcaklığında sürecek olan yansıtıcı boyaya katılın. Bu videoyu izledikten sonra, plazmonik kil yakalamanın güneş pilleri için nasıl çalıştığı hakkında iyi bir fikre sahip olmalısınız.

Ayrıca, hücre foto akımında ışık sıkışmasını iyileştirmek için güneş pilleri üzerinde saçılma reflektörü gibi bir plazmonik maddenin nasıl üretileceğini iyi anlamalısınız.