Lo sviluppo di celle solari ad alte prestazioni GaP/Si Heterojunction
Summary
Qui, presentiamo un protocollo per sviluppare alte prestazioni GaP/Si eterogiunzione celle solari con una vita di minoranza-vettore Si alta.
Abstract
Per migliorare l’efficienza delle celle solari a base Si oltre il loro limite di Shockley-Queisser, il percorso ottimale è di integrarli con le celle solari basate su III-V. In questo lavoro, vi presentiamo le celle solari ad alte prestazioni GaP/Si eterogiunzione con un’elevata durata di minoranza-vettore Si e cristallo di alta qualità di strati epitassiali di GaP. È indicato che applicando il fosforo (P)-strati di diffusione nel substrato Si e uno strato dix di peccato, la durata di minoranza-vettore Si può essere ben mantenuta durante la crescita di GaP nell’epitassia da fasci molecolari (MBE). Controllando le condizioni di crescita, la qualità di cristallo alta di GaP è stata coltivata sulla superficie Si P-ricco. La qualità della pellicola è caratterizzata da microscopia a forza atomica e diffrazione di raggi x ad alta risoluzione. Inoltre, MoOx è stato implementato come un buco-selettivo del contatto che ha portato ad un significativo aumento della densità di corrente di corto circuito. Le prestazioni del dispositivo alto raggiunto delle celle solari eterogiunzione GaP/Si stabilisce un percorso per ulteriore incremento delle prestazioni dei dispositivi fotovoltaici Si-based.
Introduction
C’è stato un continuo sforzo sull’integrazione di materiali diversi con reticolo mismatch al fine di migliorare la complessiva cella solare efficienza1,2. L’integrazione di III-V/Si ha il potenziale per aumentare l’efficienza di celle solari Si ulteriormente e sostituire i costosi substrati di III-V (come GaAs e Ge) con un substrato di Si per le applicazioni delle celle solari multigiunzione. Tra tutti i sistemi materiali binari di III-V, fosfuro di gallio (GaP) è un buon candidato per questo scopo, ed è il più piccolo divario di reticolo (~ 0,4%) con Si e un alta bandgap indiretta. Queste funzionalità abilitare l’integrazione con alta qualità di GaP con substrato di Si. È stato dimostrato teoricamente che GaP/celle solari eterogiunzione potrebbe migliorare l’efficienza di emettitore passivato convenzionale posteriore Si celle solari3,4 beneficiando l’unica band-offset tra GaP e Si (∆v ~1.05 eV e ∆ ec ~0.09 eV). Questo rende il GaP un promettente elettrone selettivo del contatto per celle solari al silicio. Tuttavia, al fine di realizzare celle solari ad alte prestazioni GaP/Si eterogiunzione, sono necessari un elevata durata di massa Si e alta qualità di interfaccia GaP/Si.
Durante la crescita dei materiali III-V su un substrato di Si di epitassia da fasci molecolari (MBE) ed epitassia di fase del vapore metallorganici (MOVPE), degradazione di durata significativa Si è stato ampiamente osservato5,6,7, 8 , 9. e ‘ stato rivelato che il degrado della vita accade principalmente durante il trattamento termico delle cialde Si nei reattori, che è necessario per la ricostruzione di desorbimento e/o superficie di ossido superficiale prima del10di crescita epitassiale. Questo degrado è stato attribuito alla diffusione estrinseca di contaminanti originati dalla crescita reattori5,7. Diversi approcci sono stati proposti per sopprimere questa degradazione di vita Si. Nel nostro lavoro precedente, abbiamo dimostrato due metodi in cui la degradazione di vita Si può essere soppresso significativamente. Il primo metodo è stato dimostrato tramite l’introduzione del peccatox come una barriera di diffusione7 e quello secondo introducendo lo strato di P-diffusione come un agente di gettering11 al substrato Si.
In questo lavoro, abbiamo dimostrato ad alte prestazioni celle solari di GaP/Si basa sui suddetti approcci per mitigare il degrado di vita massa di silicio. Le tecniche usate per preservare la durata Si possono avere vaste applicazioni in celle solari multigiunzione con le celle di fondo Si attiva e dispositivi elettronici quali CMOS ad alta mobilità. In questo protocollo dettagliato, i dettagli di fabbricazione di celle solari eterogiunzione GaP/Si, tra cui Si cialda pulizia, P-diffusione del forno, crescita di GaP e GaP/celle solari di elaborazione, sono presentati.
Protocol
Representative Results
Discussion
Uno strato di GaP nm di spessore nominale 25 epitaxially è stato coltivato su una superficie di P-ricchi Si tramite MBE. Per far crescere una migliore qualità dello strato di GaP su substrati di Si, un relativamente basso V/III rapporto (P/Ga) è preferibile. Una qualità buona cristallo dello strato di GaP è necessaria ottenere conducibilità alta e bassa densità dei centri di ricombinazione. Il AFM root-mean-square (RMS) della superficie del GaP è ~0.52 nm mostrando una superficie liscia con nessun pozzi, indicati…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori vorrei ringraziare Ding L. e M. Boccard per i loro contributi nell’elaborazione e nella sperimentazione delle celle solari in questo studio. Gli autori riconoscono finanziamenti dal US Department of Energy sotto contratto DE-EE0006335 e il programma di centro di ricerca ingegneria del National Science Foundation e l’ufficio di efficienza energetica e delle energie rinnovabili del dipartimento dell’energia sotto NSF accordo cooperativo n CEE-1041895. Som de Cristofaro presso Solar Power Lab è stato sostenuto, in parte, dal contratto di NSF 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 |
Referências
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