उच्च निष्पादन गैप/Si Heterojunction सौर कोशिकाओं का विकास
Summary
यहां, हम एक उच्च एसआई अल्पसंख्यक वाहक जीवन भर के साथ उच्च प्रदर्शन अंतर/si heterojunction सौर कोशिकाओं को विकसित करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं ।
Abstract
उनके Shockley-Queisser सीमा से परे एसआई आधारित सौर कोशिकाओं की दक्षता में सुधार करने के लिए, इष्टतम पथ के लिए उन्हें III-V-आधारित सौर कोशिकाओं के साथ एकीकृत करने के लिए है । इस काम में, हम एक उच्च एसआई अल्पसंख्यक-वाहक जीवनकाल और epitaxial गैप परतों के उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता के साथ उच्च प्रदर्शन गैप/si heterojunction सौर कोशिकाओं को पेश करते हैं । यह दिखाया गया है कि फास्फोरस (पी) लगाने से-एसआई सब्सट्रेट और एक पापएक्स परत में प्रसार परतों, एसआई अल्पसंख्यक-वाहक जीवनकाल अच्छी तरह से बनाए रखा जा सकता है आणविक बीम epitaxy (MBE) में अंतर वृद्धि के दौरान. वृद्धि की स्थिति को नियंत्रित करके, अंतर के उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता पी-रिच एसआई सतह पर उगाया गया था । फिल्म की गुणवत्ता परमाणु बल माइक्रोस्कोपी और उच्च संकल्प एक्स-रे विवर्तन की विशेषता है । इसके अलावा, मूएक्स एक छेद चयनात्मक संपर्क है कि कम सर्किट वर्तमान घनत्व में एक उल्लेखनीय वृद्धि करने के लिए नेतृत्व के रूप में लागू किया गया था । अंतर के प्राप्त उच्च डिवाइस प्रदर्शन/si heterojunction सौर कोशिकाओं एसआई आधारित फोटोवोल्टिक उपकरणों के प्रदर्शन के आगे बढ़ाने के लिए एक रास्ता स्थापित करता है ।
Introduction
समग्र सौर सेल दक्षता1,2को बढ़ाने के क्रम में जाली बेमेल के साथ विभिन्न सामग्रियों के एकीकरण पर एक सतत प्रयास किया गया है । iii-V/si एकीकरण के लिए आगे वर्तमान एसआई सौर सेल दक्षता बढ़ाने के लिए और multijunction सौर सेल अनुप्रयोगों के लिए एक एसआई सब्सट्रेट के साथ महंगी III-v सब्सट्रेट (जैसे GaAs और जीई) की जगह की क्षमता है । सभी III-V द्विआधारी सामग्री प्रणालियों के बीच, गैलियम phosphide (गैप) इस प्रयोजन के लिए एक अच्छा उंमीदवार है, क्योंकि यह छोटी जाली-बेमेल है (~ Si के साथ ०.४%) और एक उच्च अप्रत्यक्ष bandgap । इन सुविधाओं एसआई सब्सट्रेट के साथ अंतर के उच्च गुणवत्ता वाले एकीकरण सक्षम कर सकते हैं. यह सैद्धांतिक रूप से दिखाया गया है कि गैप/heterojunction सौर कोशिकाओं के पारंपरिक passivated उत्सर्जक रियर si सौर कोशिकाओं की दक्षता में वृद्धि कर सकता है3,अद्वितीय बैंड से लाभांवित करके4 -गैप और एसआई के बीच ऑफसेट (∆ Ev ~ १.०५ ev और ∆ ईसी ~ ०.०९ ev) । यह अंतर सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए एक होनहार इलेक्ट्रॉन चयनात्मक संपर्क बनाता है । हालांकि, उच्च प्रदर्शन अंतर को प्राप्त करने के लिए आदेश में/si heterojunction सौर कोशिकाओं, एक उच्च एसआई थोक जीवनकाल और उच्च अंतर/
एक एसआई सब्सट्रेट पर आणविक बीम epitaxy (MBE) और metalorganic भाप चरण epitaxy (MOVPE) द्वारा III-वी सामग्री की वृद्धि के दौरान, महत्वपूर्ण एसआई जीवन क्षरण व्यापक रूप से मनाया गया है5,6,7, 8 , 9. यह पता चला था कि जीवनकाल क्षरण मुख्य रूप से रिएक्टरों में एसआई वेफर्स के थर्मल उपचार के दौरान होता है, जो सतह ऑक्साइड desorption के लिए आवश्यक है और/या epitaxial विकास10से पहले सतह पुनर्निर्माण । यह क्षरण विकास रिएक्टरों5,7से उत्पंन दूषित पदार्थों के बाह्य प्रसार के लिए जिंमेदार माना था । इस एसआई आजीवन क्षरण को दबाने के लिए कई दृष्टिकोणों का प्रस्ताव किया गया है । हमारे पिछले काम में, हम दो तरीकों में एसआई जीवन क्षरण काफी दबा दिया जा सकता है का प्रदर्शन किया है । पहली विधि एक प्रसार बाधा7 के रूप में पापएक्स की शुरूआत और एक दूसरे के रूप में पी-प्रसार परत शुरू करने के द्वारा प्रदर्शन किया गया था एक 2 एसआई सब्सट्रेट करने के लिए एजेंट11 .
इस काम में, हम उच्च प्रदर्शन अंतर का प्रदर्शन किया है और aforementioned दृष्टिकोण के आधार पर सौर कोशिकाओं सिलिकॉन थोक जीवन क्षरण को कम करने के लिए । एसआई जीवनकाल को बनाए रखने के लिए इस्तेमाल किया तकनीक सक्रिय एसआई नीचे कोशिकाओं और उच्च गतिशीलता CMOS के रूप में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ multijunction सौर कोशिकाओं में व्यापक आवेदन कर सकते हैं । इस विस्तृत प्रोटोकॉल में गैप/si heterojunction सौर कोशिकाओं के निर्माण विवरण, एसआई वेफर क्लीनिंग सहित, पी-भट्ठी में प्रसार, अंतर वृद्धि, और गैप/si सौर कोशिकाओं प्रसंस्करण, प्रस्तुत कर रहे हैं ।
Protocol
Representative Results
Discussion
एक नाममात्र 25 एनएम-मोटी अंतर परत epitaxially MBE के माध्यम से पी रिच एसआई सतह पर उगाया गया था । एसआई सब्सट्रेट्स पर गैप लेयर की बेहतर गुणवत्ता विकसित करने के लिए, एक अपेक्षाकृत कम V/III (पी/ अंतर परत का एक अच्छा क्रिस्ट…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक इस अध्ययन में सौर कोशिकाओं के प्रसंस्करण और परीक्षण में उनके योगदान के लिए एल डिंग और एम Boccard का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं । लेखक अनुबंध DE-EE0006335 और इंजीनियरिंग अनुसंधान केंद्र राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन के कार्यक्रम के तहत ऊर्जा विभाग से धन स्वीकार करते है और ऊर्जा दक्षता और ऊर्जा विभाग के नवीकरणीय ऊर्जा के कार्यालय के तहत NSF सहकारी समझौता सं. EEC-१०४१८९५. सोम दाहाल at सौर ऊर्जा प्रयोगशाला का समर्थन किया था, भाग में, द्वारा NSF अनुबंध ECCS-१५४२१६० ।
Materials
| Hydrogen peroxide, 30% | Honeywell | 10181019 | |
| Sulfuric acid, 96% | KMG electronic chemicals, Inc. | 64103 | |
| Hydrochloric acid, 37% | KMG electronic chemicals, Inc. | 64009 | |
| Buffered Oxide Etch 10:1 | KMG electronic chemicals, Inc. | 62060 | |
| Hydrofluoric acid, 49% | Honeywell | 10181736 | |
| Acetic acid | Honeywell | 10180830 | |
| Nitride acid, 69.5% | KMG electronic chemicals, Inc. | 200288 |
References
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