Fazendo Record-eficiência SnS Células solares por evaporação térmica e Deposição Camada Atómica

Rafael Jaramillo; Vera Steinmann; Chuanxi Yang; Katy Hartman; Rupak Chakraborty; Jeremy R. Poindexter; Mariela Lizet Castillo; Roy Gordon; Tonio Buonassisi

doi:10.3791/52705

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Artigo de método

Fazendo Record-eficiência SnS Células solares por evaporação térmica e Deposição Camada Atómica

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DOI:

10.3791/52705

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22 de maio de 2015

Rafael Jaramillo²^,⁴ , Vera Steinmann¹^,² , Chuanxi Yang³ , Katy Hartman²^,⁴ , Rupak Chakraborty¹^,² , Jeremy R. Poindexter²^,⁴ , Mariela Lizet Castillo² , Roy Gordon⁵ , Tonio Buonassisi¹^,²

¹Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ²Laboratory for Manufacturing and Productivity, Massachusetts Institute of Technology, ³School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, ⁴Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ⁵Department of Chemistry & Chemical Biology, Harvard University

Neste artigo

Resumo

O sulfeto de estanho (SnS) é um material candidato a células solares não tóxicas e abundantes na Terra. Aqui, demonstramos o procedimento de fabricação das células solares SnS empregando deposição de camada atômica, que produz 4,36% de eficiência de conversão de energia certificada, e evaporação térmica que rende 3,88%.

Resumo

Sulfureto de estanho (SNS) é um material absorvente de candidato a Terra-abundantes células solares, não-tóxicos. SnS oferece controle de fase fácil e rápido crescimento por evaporação térmica congruente, e absorve a luz visível fortemente. No entanto, por um longo tempo a ficha eficiência de conversão de energia de células solares SnS permaneceu abaixo de 2%. Recentemente, demonstrou novas eficiências recordes autenticadas de 4,36% usando SnS depositados por deposição de camada atômica, e 3,88%, utilizando evaporação térmica. Aqui, o processo de fabricação para estas células solares ficha está descrito, e a distribuição estatística do processo de fabricação é relatado. O desvio padrão de eficiência medida num único substrato é tipicamente mais de 0,5%. Todos os passos, incluindo a selecção de substrato e limpeza, Mo pulverização catódica para o contato posterior (cátodo), deposição SnS, recozimento, passivação de superfície, Zn (O, S) seleção de camada tampão e deposição, condutor transparente (ânodo) deposição, e metalização são descritos. Em cada substrato podemos fabricar 11 dispositivos individuais, cada um com área ativa 0,25 centímetros ^2. Além disso, um sistema de medições de alta taxa de transferência de curvas corrente-tensão sob a luz solar simulada, e medição da eficiência quântica externa com viés luz variável é descrito. Com este sistema, somos capazes de medir os conjuntos de dados completos sobre todos os dispositivos 11 de uma forma automatizada e em tempo mínimo. Estes resultados ilustram o valor de estudar grandes conjuntos de amostras, ao invés de focar estreitamente nos dispositivos mais alto desempenho. Grandes conjuntos de dados nos ajudam a distinguir e remediar mecanismos individuais que afetam a perda de nossos dispositivos.

Introdução

Fotovoltaicos de filme fino (PV) continuam a atrair interesse e atividade de pesquisa significativa. No entanto, a economia do mercado de PV estão mudando rapidamente e desenvolver comercialmente bem sucedido PV de filme fino tornou-se uma perspectiva mais desafiador. Vantagens de custo de fabricação mais tecnologias baseadas wafer já não pode ser tida como certa, e melhorias na eficiência e de custos deve ser procurada em pé de igualdade. ^1,2 À luz desta realidade que escolhemos para desenvolver SnS como um material absorvente para PV de filme fino. SnS tem vantagens práticas intrínsecas que poderia traduzir-se em baixo custo de fabricação. Se altas efici....