פיתוח תאים סולריים ביצועים גבוהים פער/סי Heterojunction
Summary
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפתח ביצועים גבוהים פער/Si heterojunction השמש תאים עם חיים גבוהה של המיעוט-המוביל סי.
Abstract
כדי לשפר את היעילות של תאים סולאריים מבוססי סי מעבר למגבלה שוקלי-Queisser שלהם, הדרך האופטימלית היא לשלב אותן עם השלישי-V מבוססי תאים סולריים. בעבודה זו, אנו מציגים תאים סולריים ביצועים גבוהים פער/Si heterojunction עם סי גבוה-המיעוט-המוביל לכל החיים, קריסטל גבוהים ואיכות שכבות הפער epitaxial. הוא הראה את זה על-ידי החלת זרחן (P)-דיפוזיה שכבות לתוך המצע סי, שכבהx ‘ חטא ‘, משך החיים של המיעוט-המוביל סי ניתן מתוחזקים היטב במהלך הגידול הפער epitaxy הקורה מולקולרית (בין). על ידי שליטה על תנאי הגידול, קריסטל גבוהים ואיכות הפער גדל על פני עשיר פי סי. איכות הסרט מאופיין על ידי מיקרוסקופ כוח אטומי ואת ברזולוציה גבוהה רנטגן עקיפה. בנוסף, MoOx יושם כאיש קשר חור סלקטיבית שהובילה לעליה משמעותית צפיפות זרם קצר. ביצועי המכשיר גבוהה מושגת התאים הסולאריים פער/Si heterojunction יוצר נתיב נוסף שיפור הביצועים של מכשירים פוטו מבוססי-סי.
Introduction
יש כבר מאמץ מתמשך על השילוב של חומרים שונים עם סריג אי התאמות כדי לשפר הכוללת תא פוטו-וולטאי יעילות1,2. השילוב השלישי-V/סי יש פוטנציאל נוספת להגביר את היעילות השמש נייד סי הנוכחי ולהחליף את סובסטרטים השלישי-V יקר (כגון GaAs ו ג ‘ נרל אלקטריק) עם מצע סי ליישומים multijunction תא פוטו-וולטאי. בין כל השלישי-V בינארי גשמי מערכות, גליום מונו גבישי (מרווח) הוא מועמד טוב למטרה זו, שכן יש הקטן הסריג-ההתאמה (~ 0.4%) ועם סי bandgap עקיף גבוה. תכונות אלה ניתן לאפשר שילוב איכותי של הפער עם סובסטרט סי. תיאורטית הוכח כי הפער/Si heterojunction תאים סולריים יכול לשפר את היעילות של פולט passivated המקובלת אחורי סי תאים סולריים3,4 על-ידי מנצלות ההיסט הלהקה ייחודי בין הפער סי (∆Ev ~1.05 eV ו ∆Eג ~0.09 eV). זה הופך את הפער איש קשר מבטיח סלקטיבי אלקטרון עבור סיליקון השמש תאים. עם זאת, על מנת להשיג ביצועים גבוהים פער/Si heterojunction תאים סולריים, החיים בצובר סי גבוה ואיכות גבוהה פער/Si ממשק נדרשים.
במהלך הגידול השלישי-V חומרים על מצע סי על ידי קרן מולקולרית epitaxy (בין) ו metalorganic אדי שלב epitaxy (MOVPE), השפלה החיים סי משמעותי נצפתה נרחב5,6,7, 8 , 9. התגלה כי השפלה החיים בעיקר קורה במהלך הטיפול התרמי ופלים Si בהכורים, אשר נדרש עבור שחזור desorption ו/או משטח תחמוצת השטח לפני צמיחה epitaxial10. את ההשפלה הזו היה המיוחס פעפוע החיצוניים של מזהמים שמקורם את הצמיחה כורים5,7. מספר גישות הוצעו כדי לדכא את ההשפלה הזו כל החיים סי. בעבודה הקודמת שלנו הראו שתי שיטות שבו השפלה החיים סי ניתן באופן משמעותי לדכא. השיטה הראשונה הודגם המבוא של SiNx כמו מחסום דיפוזיה7 והשני על ידי החדרת השכבה P דיפוזיה בתור הסוכן gettering11 אל המצע סי.
בעבודה זאת, הראו ביצועים גבוהים תאים סולריים פער/Si בהתבסס על הגישות הנ ל כדי להמתיק סיליקון בצובר שלמים השפלה. טכניקות השתמשו כדי לשמור על אורך החיים סי יכולים להיות יישומים רחב בתאים סולאריים multijunction עם תאים התחתונה סי פעיל ומכשירים אלקטרוניים כגון גבוהה ניידות CMOS. ב פרוטוקול מפורט זה, מוצגים הפרטים פבריקציה נוספת של גאפ/Si heterojunction תאים סולריים, כולל סי וופל ניקוי, P-דיפוזיה הכבשן, פער גדילה, וכן תאים סולריים פער/Si עיבוד.
Protocol
Representative Results
Discussion
שכבה הנומינלי ננומטר בעובי 25 הפער גדל epitaxially על משטח P-עשיר סי דרך בין. לגדול איכות טובה יותר של הפער על סי מצעים, V/השלישי נמוך יחסית השכבה (P/Ga) יחס עדיפה. איכות טובה קריסטל של הפער שכבה יש צורך להשיג את מוליכות גבוהה בצפיפות נמוכה של מרכזי רקומבינציה. AFM השורש-אומר-הכיכר (RMS) של פני השטח הפער הו?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצה להודות ל’ דינג ו מ Boccard על תרומתם של עיבוד ובדיקות של התאים הסולאריים במחקר זה. המחברים לאשר מימון מחלקת האנרגיה של ארצות הברית תחת חוזה דה-EE0006335, התוכנית הנדסה של מרכז מחקר של הקרן הלאומית למדע, Office של חיסכון באנרגיה, אנרגיה מתחדשת של מחלקת האנרגיה תחת מספר הסכם שיתופי NSF EEC-1041895. סום Dahal במעבדה כוח סולארית נתמכה, בחלקו, על ידי ה-NSF החוזה מרכזים לגיל הרך-1542160.
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
- Friedman, D. J. Progress and challenges for next-generation high-efficiency multijunction solar cells. Current Opinion in Solid State & Materials Science. 14, 131-138 (2010).
- Vadiee, E., et al. AlGaSb-Based Solar Cells Grown on GaAs: Structural investigation and device performance. IEEE Journal of Photovoltaics. , (2017).
- Wagner, H., et al. A numerical simulation study of gallium-phosphide/silicon heterojunction passivated emitter and rear solar cells. Journal of Applied Physics. 115, 044508 (2014).
- Limpert, S., et al. Results from coupled optical and electrical sentaurus TCAD models of a gallium phosphide on silicon electron carrier selective contact solar cell. 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC). , 836-840 (2014).
- Ding, L., et al. On the source of silicon minority-carrier lifetime degradation during molecular beam heteroepitaxial growth of III-V materials. 2016 IEEE 43rd Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). , 2048-2051 (2016).
- Ding, L., et al. Silicon minority-carrier lifetime degradation during molecular beam heteroepitaxial III-V material growth. Energy Procedia. 92, 617-623 (2016).
- Zhang, C., Kim, Y., Faleev, N. N., Honsberg, C. B. Improvement of GaP crystal quality and silicon bulk lifetime in GaP/Si heteroepitaxy. Journal of Crystal Growth. 475, 83-87 (2017).
- García-Tabarés, E., et al. Evolution of silicon bulk lifetime during III-V-on-Si multijunction solar cell epitaxial growth. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 24, 634-644 (2016).
- Varache, R., et al. Evolution of bulk c-Si properties during the processing of GaP/c-Si heterojunction cell. Energy Procedia. 77, 493-499 (2015).
- Ishizaka, A., Shiraki, Y. Low temperature surface cleaning of silicon and its application to silicon MBE. Journal of The Electrochemical Society. 133, 666 (1986).
- Zhang, C., Vadiee, E., King, R. R., Honsberg, C. B. Carrier-selective contact GaP/Si solar cells grown by molecular beam epitaxy. Journal of Materials Research. 33, 414-423 (2018).
- Battaglia, C., et al. Hole Selective MoOx Contact for Silicon Solar Cells. Nano Letters. 14, 967-971 (2014).
