Développement de cellules solaires de hautes performances GaP/Si hétérojonction
Summary
Nous présentons ici un protocole visant à développer haute performance GaP/Si hétérojonction cellules solaires avec une durée de vie élevée Si porteurs minoritaires.
Abstract
Afin d’améliorer l’efficacité des cellules solaires Si au-delà de leur limite de Shockley-Queisser, le chemin optimal est de les intégrer avec des cellules solaires à base de III-V. Dans ce travail, nous présentons haute performance GaP/Si hétérojonction cellules solaires avec une grande durée de vie Si porteurs minoritaires et une qualité de haute Cristallerie de couches épitaxiales de GaP. On montre qu’en appliquant le phosphore (P)-couches de diffusion dans le substrat Si et une couche de SiNx , la durée de vie Si porteurs minoritaires peut être bien entretenue au cours de la croissance de l’écart de l’épitaxie par jet moléculaire (MBE). En contrôlant les conditions de croissance, la qualité haute Cristallerie de GaP a été cultivée sur la surface Si riches en P. La qualité du film est caractérisée par microscopie à force atomique et diffraction de rayons x à haute résolution. En outre, MoOx a été réalisé dans un contact trou sélectif qui a conduit à une augmentation significative de la densité de courant de court-circuit. La performance de l’appareil haute atteint des cellules solaires à hétérojonction GaP/Si établit un chemin pour davantage d’amélioration de la performance des dispositifs photovoltaïques à base de Si.
Introduction
Il y a eu un effort constant sur l’intégration des différents matériaux avec treillis inadéquations afin d’améliorer ensemble cellule solaire efficacité1,2. L’intégration de III-V/Si a le potentiel pour accroître l’efficacité des cellules solaires Si actuelle et remplacer les substrats coûteux de III-V (par exemple GaAs et Ge) avec un substrat Si pour des applications de cellules solaires multi-jonctions. Parmi tous les systèmes de matériel binaires III-V, Phosphure de gallium (GaP) est un bon candidat à cet effet, comme il l’a le plus petit réseau-incompatibilité (~ 0,4 %) avec TR et un haut à bande interdite indirecte. Ces fonctionnalités peuvent activer l’intégration de la qualité de GaP avec substrat Si. Il a été démontré théoriquement que GaP/Si des cellules solaires à hétérojonction pourrait accroître l’efficacité des classiques émetteur passivé arrière Si des cellules solaires3,4 en profitant de l’unique bande-offset entre GaP et TR (∆Ev ~1.05 et ∆Ec ~0.09 eV). Cela rend à GaP un prometteur contact sélective électrons des cellules solaires en silicium. Toutefois, afin d’atteindre les cellules solaires de hautes performances GaP/Si hétérojonction, une grande durée de vie Si en vrac et haute qualité d’interface de GaP/Si sont nécessaires.
Au cours de la croissance de matériaux III-V sur un substrat Si par épitaxie par jet moléculaire (MBE) et metalorganic épitaxie en phase vapeur (EPVOM), dégradation de vie Si importante a été largement observée5,6,7, 8 , 9. il a été révélé que la dégradation de la vie arrive principalement pendant le traitement thermique des copeaux Si dans les réacteurs, qui est nécessaire pour la reconstruction de surface et/ou de désorption oxyde de surface avant la croissance épitaxiale de10. Cette dégradation a été attribuée à la diffusion extrinsèque des contaminants provenant de la croissance réacteurs5,7. Plusieurs approches ont été proposées pour supprimer cette dégradation de vie Si. Dans nos travaux précédents, nous avons démontré deux méthodes dont la dégradation de vie Si peut être significativement supprimée. La première méthode a été démontrée par l’introduction de SiNx comme une barrière de diffusion7 et la deuxième en introduisant la couche P-diffusion comme un agent de rassemblant11 pour le substrat Si.
Dans ce travail, nous avons démontré haute performance GaP/Si des cellules solaires basées sur les approches susmentionnées afin d’atténuer la dégradation de vie silicium en bloc. Les techniques utilisées pour préserver la durée de vie Si peuvent avoir des applications larges dans des cellules solaires multi-jonctions avec cellules de fond Si actives et des appareils électroniques tels que CMOS haute mobilité. Dans ce protocole détaillé, les détails de fabrication de GaP/Si hétérojonction cellules solaires, y compris Si wafer nettoyage, P-diffusion dans le four, la croissance de GaP et GaP/Si des cellules solaires de traitement, sont présentés.
Protocol
Representative Results
Discussion
Une couche de GaP nm d’épaisseur 25 nominal a été epitaxially cultivé sur une surface Si riches en P par l’intermédiaire de MBE. Pour développer une meilleure qualité de couche de GaP sur substrats de Si, un V/III relativement faible ratio (P/Ga) est préférable. Une qualité de cristaux de couche GaP est nécessaire pour atteindre une conductivité élevée et faible densité de centres de recombinaison. L’AFM moyenne quadratique (RMS) de la surface de GaP est nm ~0.52 montrant une surface lisse avec aucun…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiens à remercier L. Ding et M. Boccard pour leur contribution au traitement et l’analyse des cellules solaires dans cette étude. Les auteurs remercient financé par le U.S. Department of Energy, sous contrat DE-EE0006335 et le Engineering Research Centre programme de la National Science Foundation et l’Office de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables du département de l’énergie sous le n° d’accord de coopération NSF CEE-1041895. Dahmani som au solaire énergie Lab reposait, en partie, par contrat ECCS-1542160 de la NSF.
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 |
References
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