جعل السجلات كفاءة SNS خلايا شمسية بواسطة التبخير الحراري وترسب طبقة الذري

الهدف العام من هذا الإجراء هو إنشاء منصة موثوقة لتطوير الخلايا الشمسية على أساس مواد جديدة. يتم تحقيق ذلك عن طريق تحضير ركيزة عازلة كهربائيا نظيفة أولا. الخطوة الثانية هي إيداع طبقتين من الموليبدينوم المتناثر للفتحة الخلفية ، والتلامس الكهربائي الانتقائي.

بعد ذلك ، قم بإيداع ممتص كبريتيد القصدير من النوع P إما عن طريق ترسيب الطبقة الذرية أو التبخر الحراري. تتمثل الخطوة الأخيرة في إنهاء تقاطع PN عن طريق ترسيب كومة من طبقات من النوع N تتكون من طبقة عازلة مركبة من كبريتيد أوكسي الزنك ، متبوعة بأكسيد موصل شفاف وأصابع معدنية مودعة للمساعدة في جمع الشحنة. في النهاية ، يتم اختبار الخلايا الشمسية الناتجة عن طريق قياس منحنيات الجهد الحالي تحت ضوء الشمس المحاكي والكفاءة الكمومية تحت الإضاءة أحادية اللون.

على الرغم من أن هذه الطريقة موضحة لتطوير الخلايا الشمسية لكبريتيد القصدير ، إلا أنه يمكن استخدامها أيضا لتطوير خلايا شمسية غير عضوية على غرار الركيزة ذات الأغشية الرقيقة بناء على مواد جديدة أخرى. سيتم توضيح ترسب كبريتيد القصدير عن طريق ترسيب الطبقة الذرية من قبل شوان يانغ ، طالب الدراسات العليا في مجموعة جوردون في جامعة هارفارد ، بعيد شتاينمان. سيوضح باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر أبحاث الخلايا الكهروضوئية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ترسب 10 كبريتيد عن طريق التبخر الحراري.

يبدأ هذا الفيديو بعد تحضير ركائز رقاقة السيليكون. استخدم رقائق السيليكون المصقولة بسمك 500 ميكرون بوصة مربعة مع أكسيد حراري 300 نانومتر أو أكثر سمكا. قم أولا برش طبقة التصاق 360 نانومتر من الموليبدينوم ، ثم قم بإيداع طبقة توصيل ثانية بسمك 360 نانومتر من مام.

قم بتخزين الركائز المحضرة في صندوق قفازات من النيتروجين حتى يحين وقت ترسب كبريتيد القصدير لتجهيز الركائز لترسيب الطبقة الذرية. أولا ، انقلها إلى منظف الأوزون للأشعة فوق البنفسجية لإزالة الجزيئات العضوية. نظف الركائز لمدة خمس دقائق.

أثناء إجراء التنظيف ، تأكد من أن حامل الركيزة لغرفة الترسيب قريب. عندما تكون جاهزة ، استرجع الركائز وضعها في حامل العينة. حامل العينة هذا محمل بالركائز وجاهز لوضعه في غرفة الترسيب.

أدخل الحامل في الفرن ، ثم قم بضخ الفرن باستخدام مضخة تفريغ خشنة. بعد ذلك ، قم بتثبيت درجة حرارة الفرن عند 200 درجة مئوية. استمر بالتحقق من السلائف.

حافظ على القصدير الذي أكل سلائف واحدة لترسب كبريتيد القصدير في فرن عند 95 درجة مئوية. رتب أنابيب الغاز لتحتوي على غاز النيتروجين النقي للمساعدة في توصيل بخار القصدير. السلائف الثانية هي كبريتيد الهيدروجين في خليط غاز مكون من 4٪ كبريتيد الهيدروجين في غاز النيتروجين يمضي في الترسيب بمعدل نمو 0.33 أنجستروم لكل دورة.

خلال كل دورة ترسيب الطبقة الذرية ، قم بتوفير ثلاث جرعات من 10 أكل لعرض إجمالي قدره 1.1 ثانية. ثم قم بتطهير الغرفة بغاز النيتروجين. بعد ذلك ، قم بحقن كبريتيد الهيدروجين في غاز النيتروجين لمدة 1.5 طن ثانية.

أخيرا ، قم بالتطهير مرة أخرى بالنيتروجين. طريقة الترسيب البديلة هي التبخر الحراري. تأكد من أن ضغط غرفة العملية هو مرتين في 10 إلى سالب سبعة tor أو أقل.

استخدم حامل عينة بجيوب ذات حجم مناسب لتثبيت الركيزة بإحكام. كما كان من قبل ، استخدم ركيزة معدة مسبقا مع طبقتين من الموليبدينوم. هنا مصور بشكل تخطيطي.

قم بتحميل الحامل بهذه الركيزة وركائز CYS الإضافية الصغيرة للتوصيف لاحقا. قم بتحميل حامل العينة في المبخر الحراري من خلال قفل الحمل. قم بضخ قفل الحمل ، ثم انقل الركائز إلى غرفة النمو.

باستخدام ذراع النقل عندما يكونون في موضعهم ، قم بتحديد سخانات المصدر والركيزة لتحقيق معدل نمو أنجستروم واحد في الثانية ودرجة حرارة الركيزة 240 درجة مئوية. الآن ارفع الركائز من أجل قياس معدل الترسيب باستخدام شاشة بلورة الكوارتز. قم بإشراك ذراع الترجمة الخطية لتحريك شاشة بلورة الكوارتز إلى غرفة العملية.

بمجرد وضعه في مكانه ، افتح غالق المصدر لبدء القياس. يشار إلى معدل النمو على اللوحة الأمامية لوحدة التحكم Crystal Monitor. عند اكتمال القياس ، أغلق الغالق وقم بإزالة شاشة الكوارتز من الغرفة.

ثم قم بخفض الركائز إلى موضع النمو وافتح مصراع المصدر لبدء الترسيب. بالنسبة لسمك الفيلم المستهدف البالغ 1000 نانومتر ، سيستغرق الترسيب حوالي ثلاث ساعات. عند اكتمال الترسيب، أغلق غالق المصدر.

كرر قياس معدل النمو باستخدام شاشة كريستال الكوارتز. بعد القياس ، أغلق مصراع المصدر ، وأطفئ السخانات وانتظر حتى تبرد الركائز قبل نقلها إلى قفل التحميل. تنفيس القفل في الهواء وتفريغ الركائز.

بفكها بسرعة من حامل العينة ونقلها إلى التخزين في صندوق قفازات من النيتروجين. بعد عملية الطبقة الذرية أو عملية ترسيب التبخر الحراري ، ستحتوي العينة على طبقة كبريتيد القصدير. ثم تخضع جميع العينات للركوع في غاز كبريتيد الهيدروجين متبوعا بتهدئة السطح بأكسيد أصلي.

الخطوة التالية هي ترسب طبقات أوكسي كبريتيد الزنك من النوع N وأكسيد الزنك عن طريق ترسب الطبقة الذرية. الخطوة التالية هي ترسيب الموصل الشفاف. نستخدم أكسيد القصدير الإنديوم قبل ترسيب أكسيد القصدير الإنديوم.

يجب تحديد المناطق النشطة للأجهزة. استخدم أقنعة الظل المعدنية لتحديد حجم وسادة أكسيد التوصيل الشفافة ، والتي تحدد مساحة الجهاز النشط. تحدد الأقنعة 11 جهازا مستطيلا يبلغ حجمها 0.25 سم مربع ، بالإضافة إلى وسادة أكبر في زاوية واحدة تستخدم لقياسات الانعكاسية البصرية في الرسم.

إعطاء إشارة إلى حجم طبقة أكسيد قصدير الإنديوم المراد إضافتها لجهاز واحد من خلال المنطقة المظللة ، وتركيب الأجهزة والأقنعة في محاذاة القناع. يجب أن تكون الأقنعة سميكة بما يكفي حتى لا تنثني في تقويم القناع. خلاف ذلك ، يمكن أن تصبح منطقة وسادة الأكسيد غير محددة بشكل جيد.

خذ مقويم القناع مع الأجهزة المثبتة إلى غرفة الاخرق. ضع تقويم القناع في موضعه لخطوة الترسيب. الخطوة التالية هي زراعة فيلم أكسيد القصدير الإنديوم بسمك 240 نانومتر.

للقيام بذلك ، قم بتسخين الركيزة إلى 80 إلى 90 درجة مئوية وتمكين دوران الركيزة. اضبط الاخرق بتردد الراديو والطاقة ومعدل تدفق غاز الأرجون والأكسجين والضغط ، ثم راقب الترسيب بشكل تخطيطي. هذه هي حالة الجهاز بعد ترسب أكسيد القصدير الإنديوم.

الخطوة التالية هي المعدنة. استخدم قناع الظل وتبخر شعاع الإلكترون لإيداع 500 نانومتر من المعدن الموصل ، إما الفضة أو كومة الألومنيوم النيكل. هذه عينة مكتملة.

لاحظ أن العينة الموضحة هنا قد تم خدشها بالفعل لفضح ملامسة الموليبدينوم الخلفية بعد التصنيع. انتقل إلى توصيف الجهاز باستخدام جهاز محاكاة شمسي تمت معايرته لمعامل كتلة هوائية يبلغ 1.5. أولا ، استخدم شفرة مشرط لخدش طبقات العازلة وكبريتيد القصدير وفضح ملامسة الموليبدينوم الخلفية.

بعد ذلك ، ضع العينة على ظرف العينة المثبت على السكك الحديدية ، ويثبت الفراغ العينة في مكانها ويتم التحكم في درجة حرارة الظرف عند 25 درجة مئوية. الآن ، قم بإجراء اتصال كهربائي مع كل جهاز من الأجهزة الموجودة على العينة والتلامس الخلفي المخدوش. يتم ذلك هنا باستخدام بطاقة مسبار مخصصة تتصل بجميع الأجهزة في وقت واحد مع البريليوم النحاسي.

نصائح مسبار مزدوجة في وضع أربعة أسلاك للقياسات الروتينية. احذف استخدام فتحة الفتحة الخفيفة لإجراء اختبارات أكثر صرامة، ويجب استخدام فتحة العدسة لتحديد المنطقة النشطة. يمكن استخدام قناع ظل أكسيد التوصيل الشفاف لهذا الغرض.

حرك ظرف الظرف بحيث تكون الأجهزة في وضع يمكنها من جمع بيانات جهد التيار الفاتح والداكن باستخدام نظام اختبار آلي. برنامج ، نظام فحص الأجهزة الفردية بالتتابع أثناء فتح وإغلاق مصراع الضوء. يمكن رؤية الاختبار في هذا الفيديو ، ولكن عادة ما يجب إجراؤه خلف ستارة سوداء لتقليل الإضاءة المحيطة.

بعد أن تقوم قياسات الجهد الحالي بتحريك ظرف العينة إلى نظام الكفاءة الكمومية الخارجي ، توفر بيانات جهد التيار المضيء وبيانات الكفاءة الكمومية الخارجية وقياسات الانعكاس البصري توصيفا أساسيا للأجهزة. فيما يلي بيانات أداء الخلايا الشمسية للأجهزة الموجودة على عينتين مصنوعتين باستخدام التبخر الحراري. تتميز العينات باللون الرمادي لأحدهما والأحمر للآخر لكل جهاز.

يتم إعطاء جهد الدائرة المفتوحة ، وكثافة تيار الدائرة القصيرة ، وعامل التعبئة ، وكفاءة تحويل الطاقة. تتمتع أفضل الأجهزة بكفاءة تبلغ حوالي 4٪. يتوافق الارتباط الواضح بين الكفاءة وعامل التعبئة عبر كلا الجهازين مع الأجهزة التي تعاني من خسائر التحويل أو المقاومة المتسلسلة.

تظهر البيانات باللون الأحمر أيضا ارتباطا بين الكفاءة وجهد الدائرة المفتوحة كما هو متوقع لمقاومة التحويلة. خسائر للمقارنة. فيما يلي بيانات أداء الخلايا الشمسية للأجهزة المصنوعة باستخدام ترسب الطبقة الذرية.

تتمتع هذه الأجهزة بأداء أفضل من أجهزة التبخر الحراري مع أفضل كفاءة 4.6٪. قد تفسر عوامل مختلفة هذا الاختلاف. أحد العوامل هو أن الأجهزة التي يتم إنتاجها بترسب الطبقة الذرية يبدو أنها تعاني من مقاومة أقل للتحويلة. خسائر.

لا تنس أن العمل مع كبريتات الهيدروجين يمكن أن يكون خطيرا للغاية. تأكد من تخزين خزان كبريتات الهيدروجين في جهاز تهوية الهواء مثل غطاء الفيلم المزود بكاشفات كبريتات الهيدروجين. نحن نفكر في بروتوكول التصنيع الأساسي هذا كمنصة لإجراء تجارب خاضعة للرقابة ومركزة مصممة لتحسين الأداء العام للخلايا الشمسية وفهم آليات الخسارة المعينة بشكل أفضل.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية صنع خلية شمسية على غرار الركيزة القابلة للتكرار.