Close-Space Sublimation-Deposited Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Solar Cells for Enhanced Short-Circuit Current Density and Photoluminescence

L’ajout de telluride de sélénium de cadmium aux absorbeurs de telluride de cadmium est significatif aux améliorations pour des efficacités photovoltaïques. Des économies d’efficacité et de matériaux plus élevées grâce à des couches ultra minces font progresser le développement des énergies photovoltaïques et renouvelables. Les principaux avantages du dépôt automatisé de sublimation à l’espace rapproché en ligne ou CSS sont que la sublimation à l’espace proche est rapide et que le dépôt automatisé assure la reproductibilité entre les appareils.

La sublimation à l’espace proche répond à l’un des défis du dépôt d’absorbeurs de film pour les cellules solaires. Le défi est qu’il peut être assez lent à déposer des films minces si près de l’espace sublimation nous permet de le faire à un rythme plus rapide et donc fabriquer plus de cellules solaires en une seule journée. Cette méthode de dépôt est également très utile pour d’autres dépôts de couches minces en ce que de nombreuses fois l’exposition atmosphérique n’est pas souhaitable.

Comme avec n’importe quel système de fabrication, la surveillance initiale d’un utilisateur expérimenté est fortement conseillée. Puisque la fabrication de ces dispositifs photovoltaïques d’absorbeur de bicouche exige beaucoup d’étapes, la visualisation de l’échantillon après chaque étape est essentielle pour comprendre quelles qualités visuelles de film sont exigées. Commencez par utiliser un souffleur d’air portatif pour enlever délicatement les particules de poussière d’un substrat enrobé d’oxyde transparent propre marqué d’un marqueur permanent et utilisez une paire de pinces à épiler en caoutchouc pour charger le substrat propre sur le support de l’échantillon transparent côté oxyde conducteur vers le bas.

Une fois la porte de verrouillage de charge fermée, pompez le verrou de charge jusqu’à ce que la jauge de pression de verrouillage de charge se lit en dessous de cinq fois 10 au torr négatif de deux et éteignez la pompe de verrouillage de charge. Ouvrez la porte de verrouillage de charge et attendez que la pression se niveler avant d’insérer manuellement le bras de transfert de sorte que l’échantillon se trouve au-dessus de la cathode obturée. Réglez le temps de dépôt désiré sur une insurité et commencez à chronométrer lorsque l’obturateur est ouvert manuellement.

Fermez immédiatement l’obturateur au fur et à mesure que la insurgée s’éteint et rétractez complètement le bras de transfert avant de fermer la porte de verrouillage de chargement et de décharger l’échantillon. Pour obtenir le taux de dépôt d’oxyde de zinc de magnésium, utilisez un applicateur à pointe de coton trempé dans du méthanol pour enlever le marqueur de l’échantillon témoin et mesurer l’épaisseur à l’aide d’un profilomètre. Pour la sublimation à l’espace rapproché des couches absorbantes, placez les sources supérieures et inférieures du système de dépôt avec un différentiel de température pour une sublimation appropriée des matériaux.

Utilisez un souffleur d’air portatif pour enlever délicatement les particules de poussière de l’oxyde de zinc de magnésium propre et transparent enduire l’oxyde conducteur substrat enduit et charger le substrat propre sur le côté d’oxyde de zinc de magnésium titulaire de l’échantillon vers le bas. Après avoir fermé la porte de verrouillage de charge, allumez le commutateur de rugosité de verrouillage de charge pour pomper le verrou de charge. Pendant le pompage vers le bas, réglez la recette de dépôt pour l’échantillon témoin de telluride de cadmium à 110 secondes habitent le temps dans la source de préchauffage pour soulever le verre à approximativement 480 degrés Celsius, 110 secondes dans la source de telluride de cadmium pour le dépôt de telluride de cadmium, 180 secondes dans la source de chlorure de cadmium pour la passivisation du telluride de cadmium de polycrystalline, 240 secondes dans la source anneale pour conduire le chlorure de cadmium dans l’absorbeur , et 300 secondes dans la source de refroidissement.

Lorsque le verrou de charge est pompé en dessous de 40 millitorr, ouvrez la vanne de porte et démarrez la recette de dépôt dans le logiciel. Le bras de transfert se déplacera automatiquement dans les positions prédéfinises de retour à la position d’accueil une fois terminé. Lorsque le dépôt est terminé, éventez le verrou de charge à l’atmosphère et ouvrez la porte de verrouillage de charge.

Lorsque l’échantillon est suffisamment frais pour être manipulé, retirez-le avec un chiffon sans peluche. Utilisez de l’eau déionisée pour rincer les résidus visibles de chlorure de cadmium de la surface du film dans un bécher gradué et sécher le film avec de l’azote comprimé. Ensuite, utilisez une lame de rasoir pour gratter une petite zone de matériau telluride de cadmium hors du substrat et utilisez un profilomètre de surface pour mesurer l’épaisseur du film telluride de cadmium pour déterminer le taux de dépôt.

Lorsque la pression de verrouillage de charge est inférieure à 40 millitorr, exécutez une recette de bakeoff dans le logiciel. Lorsque le bakeoff est terminé, définir la recette de dépôt pour l’échantillon témoin de telluride de sélénium de cadmium pour établir l’épaisseur. Réglez 140 secondes de temps de vie dans la source de préchauffage pour élever le verre à environ 540 degrés Celsius, 300 secondes dans la source telluride de sélénium de cadmium pour le dépôt de telluride de sélénium de cadmium, et 300 secondes dans la source de refroidissement.

Lorsque la pression de verrouillage de charge atteint moins de 40 millitorr, exécutez la recette de dépôt. Lorsque le dépôt de film telluride de sélénium de cadmium est terminé, déchargez l’échantillon refroidi avec un chiffon sans peluche et grattez une petite section de matériau pour déterminer le taux de dépôt de telluride de sélénium de cadmium avec un profilomètre comme démontré précédemment. Pour fabriquer un absorbeur unique de telluride de cadmium de 1,5 micron, réglez la recette de dépôt basée sur le taux de dépôt de telluride de cadmium et un traitement au chlorure de cadmium précédemment optimisé pour les absorbeurs ultra minces.

Utilisez un temps de préchauffe de 110 secondes, un temps de vie telluride cadmium de 60 secondes, un temps de vie de chlorure de cadmium de 150 secondes, et un temps anneal de 240 secondes, et un temps de refroidissement de 300 secondes. Lorsque la pression de verrouillage de charge atteint moins de 40 millitorr, ouvrez la vanne de verrouillage de charge et sélectionnez démarrer. Le programme exécutera automatiquement la recette de dépôt sélectionnée pour revenir à la position de la maison à la fin de l’étape de refroidissement.

Pour fabriquer un telluride de sélénium de 0,5 micron et un absorbeur de bicouche telluride de 1,0 micron, définir la recette de dépôt en fonction du taux de dépôt de l’absorbeur avec un temps de préchauffage de 140 secondes, un temps de vie telluride de sélénium de cadmium de 231 secondes, un temps de vie telluride cadmium de 50 secondes, un temps de vie de chlorure de cadmium de 150 secondes, un temps anneal de 240 secondes , et un temps de refroidissement de 300 secondes. Lorsque la pression de verrouillage de charge atteint moins de 40 millitorr, exécutez la recette de dépôt. Déchargez ensuite l’échantillon à l’achèvement de la recette et de l’échantillon de refroidissement tel que démontré.

Lorsque les sources supérieure et inférieure ont atteint la température de fonctionnement, chargez l’échantillon sur le support de l’échantillon et déplacez séquentiellement le bras de transfert dans le chlorure de cuivre préchauffé et les positions anneales conformément à une mise à jour fixée pour le temps de dépôt de chaque position. La recette de cuivre de ce protocole a été optimisée pour 1,5 micron. Lorsque la dernière mise à jour s’éteint, retournez manuellement le bras de transfert à la position d’accueil et fermez la vanne de verrouillage de la charge.

Pour le dépôt d’évaporation du tellurium mince, chargez le côté film échantillon vers le bas sur le support de l’échantillon et fermez le dessus de la chambre. Déplacez manuellement le levier dans la position de rugosité. Lorsque la pression descend en dessous de 10 millitorr, tournez le levier vers la position de la ligne avant et attendez environ 30 secondes pour qu’un pic momentané de pression soit résolu avant d’ouvrir la valve à vide élevé.

Lorsque le lecteur de pression de chambre s’est basé, la pression de dépôt appropriée d’une fois 10 au cinquième torr négatif a été atteinte. Allumez l’interrupteur d’alimentation, ouvrez l’obturateur et activez le contrôle actuel pour commencer le dépôt. Lorsque l’écran de moniteur en cristal de quartz montre l’épaisseur souhaitée du tellurium, tournez rapidement et simultanément le courant à zéro, éteignez le commutateur d’alimentation et fermez l’obturateur.

Avant d’appliquer le contact arrière de la peinture, secouez la solution de contact arrière pour assurer un mélange complet. Pulvériser la solution sur l’échantillon dans un mouvement latéral lent pour appliquer un contact uniforme de retour de nickel sur l’échantillon. Après avoir laissé sécher légèrement le contact arrière, répétez l’application autant de fois que nécessaire pour une couverture complète.

Pour terminer la structure fine du film en dispositifs contactables électriquement, placez l’échantillon chargé dans un masque métallique dans une boîte à gants et utilisez un tuyau de siphon pour appliquer un milieu perlé en verre sur les parties non masquées de l’échantillon. Répétez l’application avec un deuxième masque de sorte qu’une fois la délimitation, 25 périphériques carrés de petite surface apparaissent dans un modèle de cinq par cinq sur l’échantillon. Nettoyez ensuite le côté film des échantillons à l’aide d’un applicateur à pointe de coton trempé dans de l’eau déionisée.

Pour minimiser la résistance latérale dans les mesures électriques des appareils finis, soudure un modèle de grille entre les dispositifs avec une soudure d’indium. L’ajout de telluride de sélénium de cadmium à un absorbeur mince de telluride de cadmium améliore l’efficacité de dispositif par la qualité supérieure de matériel d’absorbeur démontrée par la photoluminescence plus élevée et les durées de vie résolues plus longues de décomposition de photoluminescence. De plus grandes efficacités sont également réalisées avec une densité de courant de court-circuit plus élevée.

Le déplacement vers le bas de la courbe de tension de densité de courant léger le long de l’axe de densité de courant correspond à une augmentation de la densité de courant de court-circuit pour le dispositif d’absorbeur de bicouche le plus performant comparé au dispositif unique le plus performant d’absorbeur de telluride de cadmium. Les mesures d’efficacité quantique des dispositifs telluride cadmium telluride et cadmium sélénium telluride/cadmium telluride montrent la conversion supplémentaire de photons dans la longue plage de longueur d’onde du dispositif de cale et corroborent l’augmentation de la densité de courant de court-circuit pour cet appareil. L’importance d’optimiser le telluride de sélénium de cadmium au rapport d’épaisseur de telluride de cadmium est démontrée par une comparaison des résultats actuels de tension de densité.

Les données d’un rapport de 0,5 à 1,0 micron et d’un rapport de 1,25 à 0,25 micron montrent un pli significatif dans ce dernier dispositif non optimal et une diminution conséquente de l’efficacité photovoltaïque. La chose la plus importante à retenir est que le rapport d’épaisseur entre le telluride de sélénium de cadmium et le telluride de cadmium est impératif pour la performance respectable de dispositif et devrait être optimisé pour chaque épaisseur d’absorbeur de cale. Après cette procédure, une couche matérielle supplémentaire peut être déposée après la cale pour agir comme réflecteur d’électrons.

L’introduction de cette couche peut minimiser l’obstacle de déficit de tension dans les dispositifs à base de telluride de cadmium. L’incorporation d’un alliage de telluride de sélénium de cadmium dans les cellules solaires de bicouche a été utile non seulement pour les cellules solaires, mais pour développer les propriétés de cet alliage dans d’autres applications photovoltaïques. Les composés de cadmium peuvent être dangereux.

Lorsque nous utilisons de tels composés et lorsque nous rinçons les résidus des films, il est important de porter des gants, un manteau de laboratoire, puis d’utiliser les procédures appropriées pour éliminer les déchets dangereux.