高パフォーマンス ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池の開発
Summary
ここでは、高 Si 少数キャリア寿命の高性能ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池を開発するためのプロトコルを提案する.
Abstract
ショックレー現在に超えた Si 系太陽電池の効率を改善するために最適なパス III V 系太陽電池でそれらを統合することです。この作品は、高 Si 少数キャリア寿命と高結晶品質エピタキシャル成長層がギャップの高パフォーマンス ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池を紹介します。リン (P) を適用することによってことを示した-Si 少数キャリア寿命は分子線エピタキシー法 (MBE) のギャップ成長中に手入れの行き届いた、Si 基板に拡散層と罪x層。成長条件を制御することにより P リッチ Si 表面のギャップの高結晶品質を育った。映画の質は、原子間力顕微鏡および高分解能 x 線回折によって特徴付けられます。さらに、x MoO の大幅な増加につながった穴選択的接触として実装されました、短絡電流密度。ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池の達成の高いデバイスのパフォーマンスは、Si 系太陽電池の性能の更なる向上のためパスを確立します。
Introduction
全体的な太陽電池効率1,2を強化するために異なる格子不整合材料の統合には継続されています。III-V/Si 集積化には、さらに現在の Si 太陽電池の効率を向上し、多接合太陽電池用 Si 基板 (GaAs、Ge) など高価な III-V 基板に置き換える可能性があります。すべて III-V 族バイナリ材料システム、間でリン化ガリウム (ギャップ) Si と高間接バンド ギャップ最小格子不整合 (〜 0.4%) があり、この目的のため良い候補者です。これらの機能は、Si 基板とのギャップの高品質の統合を有効にできます。ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池がギャップと Si の間ユニークなバンド オフセットの恩恵によって従来パッシベーションエミッタ後部 Si 太陽電池3,4の効率を高めることができること理論的に示されている (∆Ev~1.05 eV および ∆Ec ~0.09 eV)。これはギャップにシリコン太陽電池用有望な電子選択的接触を行う.ただし、高パフォーマンス ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池を実現するために高 Si バルク寿命と品質ギャップ/Si インターフェイス必要です。
分子線エピタキシー (MBE) と有機金属気相成長 (MOVPE) 法による Si 基板上の III-V 族材料の成長の間に Si の寿命が大幅に低下観測されている広く5,6,7,8,9. 寿命劣化に対して、原子炉内で Si ウエハの熱処理中に発生する主に、エピタキシャル成長10前に表面酸化脱離および/または表面再構成に必要なことが明らかにされました。この劣化のせいにしたいた成長炉5,7由来の汚染物質の外部拡散。いくつかのアプローチは、この Si 寿命劣化を抑制する提案されている.筆者らは, Si 寿命劣化を大幅抑制できる 2 つの方法を説明してきました。最初のメソッドは、罪x拡散バリア7と Si 基板をゲッタリング エージェント11 P 拡散層を導入することで二つ目の導入によって示されました。
この作品で高パフォーマンス ギャップ/Si 太陽電池シリコン バルク寿命劣化を軽減するために前述のアプローチに基づくを説明してきました。Si の寿命を維持するために使用される技術は、アクティブな Si 下部セルと高移動度 CMOS などの電子機器の多接合太陽電池の広範なアプリケーションを使用できます。この詳細なプロトコル、ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池、Si ウェハ洗浄を含む P 拡散炉、格差の拡大、および処理、ギャップ/Si 太陽電池の作製の詳細が掲載されています。
Protocol
Representative Results
Discussion
公称 25 nm 厚 GaP 層エピタキシャルに成長 MBE による P リッチ Si 表面へ。比較的低い V/III Si 基板上 GaP 層の質の向上を成長するには、(P/Ga) 比率が望ましい。GaP 層の良い結晶質は高い導電性と再結合準位の低密度を達成するために必要です。原子間力顕微鏡根二乗平均平方根 (RMS) GaP 表面の ~0.52 nm (図 1 a) 低貫通転位密度の高い結晶品質を示すピットを持たない滑らかな表?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、処理し、本研究では太陽電池のテストの彼らの貢献のため l. と m. Boccard を感謝したいです。著者が認める契約・ デ ・ EE0006335 の下で米国エネルギー省と全米科学財団とエネルギー効率のオフィスの工学研究センター プログラム、エネルギー省の再生可能エネルギーからの資金NSF の協力協定号下EEC-1041895。Som Dahal 太陽パワー研究室によって支えられた、一部では、NSF 契約 ECCS 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
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