Разработка высокопроизводительных разрыв/Si гетеропереход солнечных батарей
Summary
Здесь мы представляем протокол для разработки высокопроизводительных разрыв/Si гетеропереход солнечных элементов с высоким жизни меньшинств перевозчик Si.
Abstract
Для повышения эффективности на основе Si солнечных батарей пределы их Шокли-Квайзер, оптимальный путь заключается в интеграции их с основанные на III-V солнечных батарей. В этой работе мы представляем высокопроизводительных разрыв/Si гетеропереход солнечных батарей с высоким жизни меньшинств перевозчик Si и качество высокое кристалл эпитаксиальных слоев разрыв. Показано, что путем применения фосфора (P)-диффузии слоев в подложке Si и SiNx слой, Si жизни меньшинств перевозчик может быть ухоженные во время роста разрыва в эпитаксия молекулярного луча (MBE). Контролируя условия роста, качество высокое кристалл разрыв был выращен на поверхности Si P-богатые люди. Качество фильма характеризуется атомно-силовой микроскопии и высоким разрешением дифракции рентгеновских лучей. Кроме того, муx был реализован как отверстие селективный контакт, что привело к значительному увеличению плотности тока короткого замыкания. Производительность достигается высокое устройство гетеропереход разрыв/Si солнечных батарей устанавливает путь для дальнейшего повышения производительности на основе Si фотоэлектрических устройств.
Introduction
Продолжающиеся усилия был на интеграции различных материалов с решетки несоответствия с целью повышения общей солнечной ячейки эффективности1,2. III-V/Si интеграции имеет потенциал для дальнейшего увеличения текущего Si солнечных фотоэлементов и заменить дорогие субстрата III-V (например, GaAs и Ge) Si субстрат для приложений многопереходных солнечных батарей. Среди всех III-V двоичные материальных систем Фосфид галлия (зазор) является хорошим кандидатом для этой цели, как это имеет наименьший решетки несоответствие (~ 0,4%) с Si и высокой косвенные bandgap. Эти возможности можно включить интеграцию высокого качества разрыва с Si субстрата. Было теоретически доказано, что разрыв/Si гетеропереход солнечных батарей может повысить эффективность обычных пассивированы излучателя задних Si солнечных батарей3,4 , пользующихся уникальной группы смещение между разрыв и Si (∆Ev ~1.05 eV и ∆Ec ~0.09 eV). Это делает разрыв перспективных электрона селективного контакт кремниевых солнечных элементов. Однако для достижения высокой производительности разрыв/Si гетеропереход солнечных батарей, требуются высокие Si сыпучих жизни и высокое качество интерфейс разрыв/Si.
Во время роста III-V материалов на подложке Si эпитаксия молекулярного луча (MBE) и металлоорганических паров этапе эпитаксия (MOVPE) значительное ухудшение жизни Si широко наблюдается5,6,7, 8 , 9. было установлено, что ухудшение жизни главным образом происходит во время термической обработки Si пластин в реакторах, который необходим для поверхности оксида десорбции и/или поверхности реконструкции до эпитаксиального роста10. Эта деградация был приписан к внешняя диффузии загрязнений, возникла из роста реакторов5,7. Для подавления этой деградации жизни Si были предложены несколько подходов. В нашей предыдущей работы мы продемонстрировали два метода, в которых могут быть значительно подавлены деградации жизни Si. Первый метод было продемонстрировано введение SiNx как диффузия барьер7 и второй, представляя P-диффузии слой как gettering агент11 Si субстрата.
В этой работе мы продемонстрировали высокопроизводительных разрыв/Si солнечных батарей на основе вышеупомянутых подходов к смягчению деградации жизни массовых кремния. Методы, используемые для сохранения жизни Si может иметь широкое применение в многопереходных солнечных батарей с активной Si нижней клетки и электронных устройств, таких как высокомобильных CMOS. В этом подробный протокол изготовления детали разрыв/Si гетеропереход солнечных батарей, включая Чистка пластин Si, P-диффузии в печи, разрыв роста и разрыв/Si солнечных батарей обработки, представлены.
Protocol
Representative Results
Discussion
Номинальный 25 Нм толстый слой разрыв epitaxially выращивается на поверхности Si P-богатые через MBE. Расти лучше качество разрыв слоя на Si субстратов, относительно низким V/III (P/Ga) соотношение является предпочтительным. Качество хорошее кристалла разрыв слоя необходимо для достижения высокой те…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить L. Ding и M. Боккар за их вклад в области обработки и тестирования солнечных батарей в этом исследовании. Авторы признают, что финансирование от министерства энергетики США по контракту де-EE0006335 и инженерных исследований центр программы национального научного фонда и управление по обеспечению энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерство энергетики под № NSF соглашение о сотрудничестве ЕЭС-1041895. Дахал СОМ на солнечной энергии лаборатории было поддержано, в частности, NSF контракт ECCS-1542160.
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
- Friedman, D. J. Progress and challenges for next-generation high-efficiency multijunction solar cells. Current Opinion in Solid State & Materials Science. 14, 131-138 (2010).
- Vadiee, E., et al. AlGaSb-Based Solar Cells Grown on GaAs: Structural investigation and device performance. IEEE Journal of Photovoltaics. , (2017).
- Wagner, H., et al. A numerical simulation study of gallium-phosphide/silicon heterojunction passivated emitter and rear solar cells. Journal of Applied Physics. 115, 044508 (2014).
- Limpert, S., et al. Results from coupled optical and electrical sentaurus TCAD models of a gallium phosphide on silicon electron carrier selective contact solar cell. 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC). , 836-840 (2014).
- Ding, L., et al. On the source of silicon minority-carrier lifetime degradation during molecular beam heteroepitaxial growth of III-V materials. 2016 IEEE 43rd Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). , 2048-2051 (2016).
- Ding, L., et al. Silicon minority-carrier lifetime degradation during molecular beam heteroepitaxial III-V material growth. Energy Procedia. 92, 617-623 (2016).
- Zhang, C., Kim, Y., Faleev, N. N., Honsberg, C. B. Improvement of GaP crystal quality and silicon bulk lifetime in GaP/Si heteroepitaxy. Journal of Crystal Growth. 475, 83-87 (2017).
- García-Tabarés, E., et al. Evolution of silicon bulk lifetime during III-V-on-Si multijunction solar cell epitaxial growth. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 24, 634-644 (2016).
- Varache, R., et al. Evolution of bulk c-Si properties during the processing of GaP/c-Si heterojunction cell. Energy Procedia. 77, 493-499 (2015).
- Ishizaka, A., Shiraki, Y. Low temperature surface cleaning of silicon and its application to silicon MBE. Journal of The Electrochemical Society. 133, 666 (1986).
- Zhang, C., Vadiee, E., King, R. R., Honsberg, C. B. Carrier-selective contact GaP/Si solar cells grown by molecular beam epitaxy. Journal of Materials Research. 33, 414-423 (2018).
- Battaglia, C., et al. Hole Selective MoOx Contact for Silicon Solar Cells. Nano Letters. 14, 967-971 (2014).
