Yüksek performanslı GaP/Si Heterojunction güneş hücreleri gelişmekte
Summary
Burada, yüksek performanslı GaP/Si heterojunction güneş hücreleri bir yüksek Si azınlık taşıyıcı ömür boyu ile geliştirmek için bir protokol mevcut.
Abstract
Si tabanlı güneş hücreleri Shockley-Queisser sınırlarını ötesinde verimliliğini artırmak için en iyi yolu onları III-V tabanlı güneş hücreleri ile entegre etmektir. Bu çalışmada, bir yüksek Si azınlık taşıyıcı ömür boyu ve Epitaksiyel GaP katmanları yüksek kristal kalitesi ile yüksek performanslı GaP/Si heterojunction güneş hücreleri mevcut. Bu fosfor (P) uygulayarak gösterilir-Si substrat katmanlara difüzyon ve SiNx katman, Si azınlık taşıyıcı ömür boyu moleküler ışın epitaxy (MBE) boşluk büyüme sırasında bakımlı olabilir. Büyüme koşulları kontrol ederek, Gap yüksek crystal kalite P-zengin Si yüzeyinde büyüdü. Film kalitesi atomik kuvvet mikroskobu ve yüksek çözünürlüklü x-ışını kırınım ile karakterizedir. Buna ek olarak, MoOx önemli bir artış yol delik-seçici bir ilgili kişi olarak uygulanan akım yoğunluğu kısa devre. GaP/Si heterojunction güneş hücreleri elde yüksek aygıt performansını daha fazla donanım fotovoltaik cihazlar Si tabanlı performans için yolu oluşturur.
Introduction
Oldu sürekli bir çaba kafes eşleşmeme durumu farklı malzemelerle entegrasyonu üzerinde genel güneş pili verimliliği1,2geliştirmek için. III-V/Si entegrasyon daha fazla geçerli Si güneş hücresi verimliliği artırmak ve Si substrat multijunction güneş pili uygulamaları için pahalı III-V yüzeylerde (GaAs ve Ge gibi) yerine potansiyeline sahiptir. Si ve yüksek dolaylı bandgap ile en küçük kafes-uyuşmazlığı (~ %0,4) olduğu gibi tüm III-V ikili malzeme sistemleri arasında galyum fosfit (GaP) iyi bir bu amaç için adaydır. Bu özellikleri bir Gap yüksek kaliteli entegrasyon Si substrat etkinleştirebilirsiniz. GaP/Si heterojunction güneş hücreleri benzersiz grup uzaklık arasındaki boşluğu ve sı yararlanan tarafından geleneksel düzgünleştirilecek verici arka Si güneş hücreleri3,4 verimliliği artırmak teorik olarak gösterilmiştir (∆Ev ~1.05 eV ve ∆Ec ~0.09 eV). Bu boşluğu silikon güneş hücreleri için umut verici bir elektron seçmeli kişi yapar. Ancak, yüksek performanslı GaP/Si heterojunction güneş hücreleri elde etmek için bir yüksek Si toplu ömür boyu ve GaP/Si arabirimi kaliteli gereklidir.
III-V malzemelerin moleküler ışın epitaxy (MBE) ve metalorganic buharı faz epitaxy (MOVPE) tarafından Si substrat büyüme sırasında önemli Si ömür boyu bozulması yaygın olarak5,6,7, gözlenmiştir 8 , 9. yaşam boyu bozulması esas olarak reaktörler, Si gofret ısıl işlem sırasında yüzey oksit desorpsiyon ve/veya yüzey imar Epitaksiyel büyüme10önce için gereken olur ortaya çıktı. Bu bozulma büyüme reaktörler5,7‘ den kökenli kirleticiler dışsal difüzyon atfedilir. Birkaç yaklaşım bu Si ömür boyu bozulma bastırmak için önerilmiştir. Önceki çalışmalarda, iki yöntem hangi Si ömür boyu bozulması önemli ölçüde bastırılmış göstermiştir. İlk yöntem getirilmesiyle SiNx difüzyon bariyer7 ve P-Difüzyon tabakası bir gettering Ajan11 Si substrat tanıtımı tarafından ikincisi olarak gösterilmiştir.
Bu çalışmada, yüksek performanslı GaP/Si güneş hücreleri silikon toplu ömür boyu bozulması azaltmak için söz konusu yaklaşımlar alarak göstermiştir. Si ömür boyu korumak için kullanılan teknikler geniş uygulama multijunction güneş pilleri etkin Si alt hücreleri ve yüksek hareket yeteneği CMOS gibi elektronik cihazlar ile sahip olamaz. Bu ayrıntılı iletişim kuralında, GaP/Si heterojunction güneş hücreleri, P-difüzyon fırın, boşluk büyüme ve GaP/Si güneş hücreleri işleme, Si gofret Temizleme, dahil olmak üzere imalat detayları sunulmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nominal 25 nm-kalın boşluk katman epitaxially MBE üzerinden bir P-zengin Si yüzey üzerinde büyüdü. Daha kaliteli bir Si yüzeylerde, nispeten düşük bir V/III katmanda boşluk büyümeye (P/Ga) oranı tercih edilir. GaP katman iyi kristal kalitesini yüksek iletkenlik ve düşük yoğunluklu rekombinasyon merkezlerinden elde etmek gereklidir. AFM-ortalama-karekök (RMS) GaP yüzey yok çukurları, düz bir yüzeyle yüksek crystal kalite düşük iş parçacığı çıkığı yoğunluklu (?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar L. Ding ve M. Boccard işleme ve güneş hücreleri bu çalışmada test katkılarından dolayı teşekkür etmek istiyorum. ABD Enerji Bakanlığı Sözleşmeli DE-EE0006335 ve Mühendislik Araştırma Merkezi programı Ulusal Bilim Vakfı ve Office enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji, Enerji Bakanlığı’nın fon yazarlar kabul NSF işbirliği anlaşması No altında AET-1041895. Som Dahal güneş güç Laboratuvarı, kısmen, NSF sözleşme ECCS-1542160 tarafından desteklenmiştir.
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).
