Il solfuro di stagno (SnS) è un materiale candidato per celle solari abbondanti sulla Terra e non tossiche. Qui, dimostriamo la procedura di fabbricazione delle celle solari SnS che impiegano la deposizione di strati atomici, che produce un'efficienza di conversione di potenza certificata del 4,36%, e l'evaporazione termica che produce il 3,88%.
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Articolo metodologico
Rendere record efficienza SnS celle solari per evaporazione termica e Atomic Layer Deposition
In questo articolo
Sommario
Abstract
Tin solfuro (SNS) è un materiale assorbente candidato per la Terra-abbondanti celle solari non tossici,. SnS offre un controllo di fase semplice e rapida crescita da congruenti evaporazione termica, ed assorbe la luce visibile fortemente. Tuttavia, per lungo tempo l'efficienza di conversione di potenza record di celle solari SnS rimasto inferiore al 2%. Recentemente abbiamo dimostrato nuovi livelli di efficienza record di certificati di 4,36% con SnS depositati da deposizione di strati atomici, e 3,88% con evaporazione termica. Qui il procedimento di fabbricazione per queste celle solari registrazione è descritto, e la distribuzione statistica del processo di fabbricazione viene segnalato. La deviazione standard di efficienza misurata su un unico substrato è tipicamente superiore a 0,5%. Tutte le fasi tra cui la selezione del substrato e la pulizia, Mo sputtering per il contatto posteriore (catodo), SnS deposizione, ricottura, passivazione della superficie, Zn (O, S) Selezione strato intermedio e la deposizione, conduttore trasparente (anodo) di deposizione, e metallizzazione sono descritti. Su ogni substrato fabbrichiamo 11 dispositivi individuali, ciascuno con area attiva 0,25 centimetri 2. Inoltre, un sistema per la misurazione di throughput elevato di curve corrente-tensione sotto la luce solare simulata, e la misurazione efficienza quantica esterna con polarizzazione variabile della luce viene descritta. Con questo sistema siamo in grado di misurare insiemi di dati completi su tutti i dispositivi 11 in modo automatico e in tempo minimo. Questi risultati illustrano il valore dello studio di grandi serie di campioni, piuttosto che concentrarsi strettamente sui più alti dispositivi performanti. Grandi insiemi di dati ci aiutano a distinguere e risolvere i singoli meccanismi di perdita che interessano i nostri dispositivi.
Introduzione
Il fotovoltaico a film sottile (PV) continuano ad attrarre l'interesse e notevole attività di ricerca. Tuttavia, l'economia del mercato fotovoltaico si stanno spostando rapidamente e in via di sviluppo di successo commerciale fotovoltaico a film sottile è diventata una prospettiva più impegnativo. Vantaggi di costo di produzione rispetto alle tecnologie basate su wafer non possono più essere dato per scontato, e vanno ricercate miglioramenti in efficienza e costi su un piano di parità. 1,2 Alla luce di questa realtà abbiamo scelto di sviluppare SnS come materiale assorbente per fotovoltaico a film sottile. SnS ha vantaggi pratici intrinseci che pot....
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Protocollo
1. Supporto di selezione e taglio
- Acquisto lucido wafer silicio con un ossido termico spessore. Per i dispositivi qui riportati, utilizzare 500 micron di spessore con un wafer nm 300 o ossido termico spessore. I criteri di selezione del substrato sono discussi nella sezione di discussione.
- Spin rivestire il lato lucido di wafer con una tipica photoresist positivo (SPR 700 o PMMA A. 495) e cuocere morbido (30 sec a 100 ° C).
Nota: Questo è uno strato protettivo per impedire danni o contaminazione durante la successiva fase di taglio. - Utilizzare una sega per tagliare il dado fetta in 1 "× 1" (25,4 x 25,4 millimetri 2) su....
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Risultati
Nelle figure 6-8 risultati sono illustrati due rappresentativi "base" campioni TE-coltivate come descritto sopra. Illuminato J - dati V per questi due campioni è tracciata in figura 6 Il primo campione ("SnS140203F"), ha prodotto il dispositivo con efficienza certificata del 3,88% che è stato segnalato in precedenza 9 distribuzioni Rappresentante JV sono indicate anche per ogni campione... Per una data tensione di polarizzazione,.......
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Discussione
Substrato pulizia selezione
Wafer di Si ossidati sono utilizzati come substrati. I substrati sono il supporto meccanico per le celle solari risultanti, e le loro proprietà elettriche non sono importanti. Wafer di Si sono preferiti al vetro perché wafer di silicio commercialmente acquistati sono in genere più pulito di wafer di vetro commerciali acquistati, e questo consente di risparmiare tempo nella pulizia del substrato. Si substrati devono anche alta conducibilità termica.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Gli autori desiderano ringraziare Paul Ciszek e Keith Emery dal National Renewable Energy Laboratory (NREL) per misure JV certificati, Riley Brandt (MIT) per photoelectron misure di spettroscopia, e Jeff Cotter (ASU) per l'ispirazione per la sezione verifica di ipotesi. Questo lavoro è supportato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti attraverso l'iniziativa SunShot sotto contratto DE-EE0005329, e da Robert Bosch LLC attraverso la Bosch Energy Research Network sotto concessione 02.20.MC11. V. Steinmann, R. Jaramillo, e K. Hartman riconoscono il sostegno, la fondazione Alexander von Humboldt, una DOE EERE Postdoctoral Research Award, e In....
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Portawafer di quarzo | AM Quartz, Gainesville, TX | design su misura | |
| Sistema di sputtering | PVD Prodotti | di sputtering ad alto vuoto con blocco del carico | |
| 4% H2S in N2 | Airgas Inc. | ||
| 99,5% H2S | Matheson Trigas | G1540250 | |
| SnS polvere | Sigma | Aldrich 741000-5G | |
| Cella di effusione | Veeco | 35-LT | Cella di effusione a filamento singolo a bassa temperatura |
| dietilzinco (Zn(C2H5)2) | Strem Chemicals | 93-3030 | |
| Taglierina laser | Electrox | Scorpian G2 | Utilizzato per maschere d'ombra ITO |
| Bersaglio sputtering ITO (In2O3/SnO2 90/10 in peso%, 99,99% puro) | Kurt J. Lesker | EJTITOX402A4 | |
| Maschere d'ombra per metallizzazione | MicroConnex | design su misura | |
| Evaporatore a fascio di elettroni | Denton | Evaporatore di metalli ad alto vuoto con blocco del carico | |
| Simulatore solare AM1.5 | Newport Oriel | 91194 | 1.300 W Xe-lamp con filtro AM1.5G |
| Spettrofotometro | Perkin Elmer | Lambda 950 UV-Vis-NIR | 150 mm Sfera integratrice rivestita in Spectralon |
| Cella solare Si calibrata | Misure fotovoltaiche Vetro | della finestra BK-7 | |
| Doppie punte della sonda | Accuprobe | ||
| Souce-meter | Keithley | 2400 | |
| Sistema di misurazione dell'efficienza quantistica | Misure fotovoltaiche | QEX7 | |
| Fotodiodo Si calibrato | Misurazioni | ||
| di prova di celle solari ad alto rendimento | Misurazioni PV Design | su misura | |
| Olio per pompe inerti | DuPont | Krytox | olio PFPE, grado 1514; fornitore: Eastern Scientific |
| O-ring in elastomero resistente H2S | DuPont | Kalrez | 7075; venditore: Marco Rubber |
| O-ring in elastomero resistente H2S O-ring in elastomero resistente | Rubber | Markez | Z1028 |
| O-ring in elastomero resistente H2S | Seals Eastern, Inc. | Venditore Aflas | : Marco Rubber |
Riferimenti
- 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:
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Ristampe e permessi
