تطوير الخلايا الشمسية هيتيروجونكشن الفجوة/سي عالية الأداء
Summary
نقدم هنا، بروتوكول لتطوير الخلايا الشمسية هيتيروجونكتيون الفجوة/سي عالية الأداء مع عمر أقلية-ناقل Si عالية.
Abstract
لتحسين كفاءة الخلايا الشمسية على أساس سي تتجاوز حد شوكلي-قيصر، الطريق الأمثل دمجها مع الخلايا الشمسية الثالث-الخامس-تعتمد. في هذا العمل، نحن نقدم عالية الأداء الفجوة/Si هيتيروجونكشن الخلايا الشمسية مع عمر الأقلية-الناقل Si عالية والكريستال عالية الجودة الفوقي الفجوة طبقات. ويتضح أنه بتطبيق الفوسفور (P)-طبقات نشرها إلى الركيزة Si وطبقةالعاشر خطيئة، عمر الناقل الأقلية الاشتراكية يمكن أن تكون عليها بشكل جيد أثناء نمو الفجوة في تنضيد الحزمة الجزيئية (MBE). عن طريق التحكم في ظروف النمو، يزرع جودة عالية كريستال الفجوة على سطح سي ف الغنية. جودة الفيلم يتسم مجهر القوة الذرية وحيود الأشعة السينية ذات الدقة العالية. وباﻹضافة إلى ذلك، موx نفذ كجهة اتصال ثقب انتقائي التي أدت إلى زيادة كبيرة في الدائرة القصيرة الكثافة الحالية. أداء الجهاز عالية يتحقق من الخلايا الشمسية هيتيروجونكشن الفجوة/سي يحدد مساراً لزيادة تعزيز أداء الأجهزة الضوئية المستندة إلى الاشتراكية.
Introduction
كان هناك جهد مستمر على إدماج مواد مختلفة مع عدم التطابق شعرية من أجل تعزيز كفاءة الخلايا الشمسية الإجمالية1،2. التكامل الثالث-الخامس/سي لديها إمكانات لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية Si الحالية واستبدالها ركائز ثالثا-V غالية (مثل GaAs وجنرال الكتريك) ركيزة Si لتطبيقات الخلايا الشمسية مولتيجونكشن. بين جميع الثالث إلى الخامس ثنائي نظم المواد، فوسفيد الغاليوم (الفجوة) مرشح جيد لهذا الغرض، كما أنها أصغر شعرية-عدم التطابق (~ 0.4 في المائة) مع الاشتراكية الدولية وباندجاب غير مباشرة عالية. يمكن تمكين هذه الميزات التكامل عالية الجودة من الفجوة مع الركازة Si. فقد ثبت من الناحية النظرية أن الفجوة/Si هيتيروجونكتيون الخلايا الشمسية يمكن أن تعزز كفاءة الخلايا الشمسية Si الخلفية التقليدية باعث تخميلها3،4 بالاستفادة من الفرقة فريدة من نوعها-الإزاحة بين الفجوة والاشتراكية (∆Eالخامس دا ~1.05 و ∆Eج ~0.09 ف). وهذا يجعل الفجوة اتصال إلكترون انتقائية واعدة للخلايا الشمسية السيليكون. ومع ذلك، من أجل تحقيق الأداء العالي الفجوة/Si هيتيروجونكتيون الخلايا الشمسية، عمر الأكبر سي عالية وعالية الجودة واجهة الفجوة/سي مطلوبة.
خلال نمو المواد الثالث إلى الخامس على الركازة Si تنضيد الحزمة الجزيئية (MBE) وتنضيد مرحلة البخار ميتالورجانيك (موفبي)، كبيرة سي عمر قد تم على نطاق واسع ملاحظة انخفاض5،،من67، 8 , 9-واتضح أن تدهور الحياة يحدث أساسا أثناء المعالجة الحرارية لرقائق Si في المفاعلات، ومطلوبة من أجل التعمير أكسيد سطح الامتزاز و/أو السطح قبل النمو الفوقي10. كان يعزى هذا التدهور للخارجية نشر الملوثات التي نشأت من5،7مفاعلات النمو. واقترحت عدة نهج لقمع هذا تدهور الحياة الاشتراكية. في أعمالنا السابقة، لقد أظهرنا طريقتين يمكن التي قمعت سي عمر تدهور إلى حد كبير. وقد تجلى الطريقة الأولى الأخذ بالخطيئةx ك حاجز نشر7 والثانية بإدخال طبقة فنشر ك عامل جيتيرينج11 إلى الركيزة Si.
في هذا العمل، وقد أثبتنا الخلايا الشمسية الفجوة/سي عالية الأداء استناداً إلى النهج المذكورة أعلاه التخفيف من حدة تدهور الحياة جل السليكون. التقنيات المستخدمة للحفاظ على عمر سي يمكن أن يكون تطبيقات واسعة النطاق في مولتيجونكشن الخلايا الشمسية مع Si أسفل الخلايا النشطة والأجهزة الإلكترونية مثل CMOS قدرة عالية على الحركة. وترد تفاصيل تصنيع الفجوة/Si هيتيروجونكتيون الخلايا الشمسية، بما في ذلك التنظيف ويفر سي، فنشر في الفرن، والفجوة في النمو، والخلايا الشمسية الفجوة/Si التجهيز، في هذا البروتوكول مفصلاً،.
Protocol
Representative Results
Discussion
ابيتاكسيالي كان نمت القيمة اسمية 25 نانومتر سميكة طبقة فجوة على سطح سي ف غنية عن طريق MBE. لتنمو بنوعية أفضل من طبقة الفجوة على ركائز Si، ثالثا الخامس منخفضة نسبيا نسبة (P/Ga) الأفضل. جودة كريستال جيدة من طبقة الفجوة ضروري لتحقيق موصلية عالية ومنخفضة الكثافة من مراكز جزئ. فؤاد الجذر-يعني-المربع (RM…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب يود أن يشكر دينغ لام وم. بوككارد لمساهماتها في تجهيز واختبار الخلايا الشمسية في هذه الدراسة. الكتاب الاعتراف بتمويل من “وزارة الطاقة الأميركية” تحت العقد دي-EE0006335، وبرنامج مركز البحوث الهندسية من المؤسسة الوطنية للعلوم، ومكتب لكفاءة الطاقة والطاقة المتجددة لوزارة الطاقة تحت رقم اتفاق تعاوني جبهة الخلاص الوطني الجماعة الاقتصادية الأوروبية-1041895. داهال سوم في “معمل الطاقة الشمسية” وأيد، في جزء منه، عقد جبهة الخلاص الوطني 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
- 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).
