Die Autoren bedanken sich bei Paul Ciszek und Keith Emery für zertifizierte JV Messungen danken vom National Renewable Energy Laboratory (NREL), Brandt Riley (MIT) für die Photoelektronenspektroskopie-Messungen und Jeff Cotter (ASU) für die Inspiration für das Testen von Hypothesen Abschnitt. Diese Arbeit wird durch das US-Energieministerium durch die SunShot Initiative unter Vertrag DE-EE0005329, und der Robert Bosch LLC durch die Bosch Energy Research Netzwerk unter Gewährung 02.20.MC11 unterstützt. V. Steinmann, R. Jaramillo und K. Hartman erkennen die Unterstützung, die Alexander von Humboldt-Stiftung, ein DOE EERE Postdoctoral Research Award und Intel PhD Fellowship sind. Diese Arbeit nutzten das Center for Nanoscale Systems an der Harvard University, die von der National Science Foundation unter award ECS-0335765 unterstützt wird.

1. Untergrundauswahl und Schneiden <ol><li> Kauf polierte Si-Wafer mit einer dicken thermischen Oxid. Für die hier berichtet Geräte verwenden 500 um dicken Wafern mit einem 300 nm oder dicker thermischen Oxid. Die Substratauswahlkriterien werden in der Diskussion Abschnitt erläutert. </li><li> Schleuderbeschichten der polierten Seite des Wafers mit einer typischen positiven Photoresist (SPR 700 oder PMMA A. 495) und Weichbacken (30 sec bei 100 ° C). Anmerkung: Dies ist eine Schutzschicht, um eine Beschädigung oder Verunreinigung während der nachfolgenden Schneideschritt zu verhindern. </li><li> Verwenden Sie ein Werkzeug Säge, um den Wafer in 1 &quot;x 1&quot; (25,4 x 25,4 mm 2) Quadratisch Substrate geschnitten. </li></ol> 2. Substrat Reinigung <ol><li> 60 ° C - Partikel und andere Rückstände, die von der Schneidschritt unter Verwendung eines Stickstoffdruckpistole führen, gefolgt von einem Ultraschallbad in deionisiertem (DI) Wasser für 5 min bei 45 zu entfernen. </li><li> Entfernen Sie die Fotolackschicht mit einem Ultraschall-bath in Aceton für 5 min bei 45 - 60 ° C. </li><li> Reinigen des belichteten Substrats mit 3 aufeinanderfolgenden Ultraschallbäder, für 5 min bei 45 - 60 ° C: Aceton, Ethanol und Isopropylalkohol. Finish durch Trocknen mit einem komprimierten Stickstoffpistole, während Substrate in der Quarzträger bleiben. </li></ol> 3. Mo Sputtering <ol><li> Legen Sie die sauberen Si / SiO2-Substraten in eine Hochvakuum-Zerstäubungssystem. Stellen Sie sicher, dass die Substratplatte ist unbeheizt und Substratrotation aktiviert ist. Für die hier berichtet Geräte, Verfahren in einem kommerziellen System mit gekippten Magnetron-Kanonen mit 2 &quot;Ziele und einer Wurfweite von ca. 4&quot;. </li><li> Zahlen Sie die erste Schicht (die Haftschicht) bei relativ hohen Hintergrunddruck wie 10 mTorr Ar. Für die hier berichtet Geräte, Verfahren mit einer Sputter-Leistung von 180 W (DC), die eine Wachstumsrate von 2,6 Å / s ergibt und einem ersten Mo Schicht, die 360 ​​nm dick ist. </li><li> Hinterlegung der zweitenSchicht (der leitenden Schicht) bei einem relativ niedrigen Grunddruck wie 2 mTorr Ar. Verwenden Sie die gleiche Sputterleistung wie die erste Schicht (180 W) und hinterlegen die gleiche Dicke. Anmerkung: Die hier angegebenen Vorrichtungen hatten eine zweite Mo-Schicht, die 360 ​​nm dick ist, gleich wie die erste Schicht. </li><li> Nach Mo Abscheidung, speichern die Substrate im Vakuum bis zum SnS Abscheidungsschritt. </li></ol> 4. SnS Deposition Hinweis: Das ALD-Abscheidungstechnik ist in Unterabschnitt 4.1 beschrieben, und die TE-Abscheidung in Unterabschnitt 4.2 beschrieben. Das ALD-Systems ist in Figur 2 gezeigt, und TE-Abscheidungssystem ist in Abbildung 3 dargestellt. <ol><li> Kaution SnS von ALD <ol><li> Vor dem Laden in den Reaktor, legte Mo Substrate in einer UV-Ozon-Reiniger für 5 Minuten, um organische Partikel zu entfernen. Dann legen Sie die Substrate auf dem Substrathalter und setzen Sie in die Abscheidungszone. </li><li> Stabilisierung der Ofen Tempetemperatur von 200 ° C vor Beginn Abscheidung. </li><li> Wachsen SnS Dünnschichten aus der Reaktion von Bis (N, N &#39;-diisopropylacetamidinato) -zinn (II) [Sn (MeC (N -iPr) 2) 2, die hier als Sn (amd) 2] und Wasserstoffsulfid (H 2 S) 4. <ol><li> Halten die Sn (amd) 2 Vorläufers bei einer konstanten Temperatur von 95 ° C. Mit reinem N 2 -Gas, um die Lieferung von Sn (AMD) 2 Dampf aus dem Behälter in den Ofen, um die Beschichtungszone zu unterstützen. Während jeder ALD-Zyklus, Versorgungs drei Dosen des Sn (AMD) 2 Vorläufer für das Gesamtengagement von 1,1 Torr Sekunde. </li><li> Verwenden eine Gasmischung aus 4% H &amp; sub2; S in N 2 als Schwefelquelle. Sicherzustellen, dass die Belastung durch die an Schwefelwasserstoffdampf 1,5 Torr Sekunde pro Dosis. Sicherzustellen, dass der Partialdruck des H 2 S und dem Gesamtdruck von H 2 S in N 2 0,76 Torr und 19 Torr auf. </li></ol></li><li> Set ter Pumpzeit zwischen Sn Vorläufer Dosis und H 2 S-Dosis nur 1 Sekunde, um zur Beschleunigung der Abscheidung werden (kurz im Vergleich zu den meisten anderen herkömmlichen ALD Verfahren). Hinweis: Da das Sn Vorläufer nicht vollständig durch diese kurze Pumpzeit entfernt wird, bleibt etwas restliches Sn Vorläufers, wenn das H 2 S eintrifft. So könnte das Verfahren als gepulster CVD-Verfahren beschrieben. Die Wachstumsrate der SnS Film beträgt 0,33 Å / Zyklus oder 0,04 Å / sek. </li></ol></li><li> Kaution SnS von TE <ol><li> Sicherstellen, dass die Prozesskammerdruck ist 2 x 10 -7 Torr oder weniger. Last Substrate in der Kammer durch die Ladeschleuse. Halten der Substrate auf die Platte entweder mit einem einzelnen Clip oder mit einem benutzerdefinierten Substrathalter mit entsprechend dimensionierten Taschen, die bis auf die Substratplatte angeschraubt ist. </li><li> Rampe die Quelle und Substrat-Heizungen, ihren Sollwert. Für die Vorrichtung hier berichteten die Substrattemperatur 240 ° C und die Wachstumsrate 17; / sec; 610 ° C (die erforderlichen Quellentemperatur mit der Zeit für eine Einzellast von Quellpulver) -, diese Wachstumsrate setzen Sie die Quellentemperatur im Bereich von 550 zu erreichen. Die Zielfoliendicke beträgt 1,000 nm. </li><li> Messen Abscheidungsrate unter Verwendung des Quarzkristallmonitor (QCM) vor und nach der Filmabscheidung SnS durch Bewegen des QCM Arm in die Prozesskammer. Für diese Messung wird das Substrat angehoben wird, so dass der QCM in das Substrat Wachstums Position bewegt werden. Hinweis: Die Abscheidungsrate bleibt während einer Ablagerungszeit von 3 h ziemlich konstant (± 0,05 Å / s Abweichung). </li><li> Nach der Abscheidung, übertragen Sie die Proben wieder in die Ladesperre vor dem Entlüften in die Luft. Schnellen Transport der Proben durch die Luft in den Speicher entweder im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre Glovebox vor dem nächsten Verarbeitungsschritt. Hinweis: Die typischen unbeabsichtigte Luftbelichtungszeit beträgt ca. 3 min. Die typische Lagerzeit zwischen einem Tag und aweek. </li></ol></li></ol> 5. SnS Glühen Anmerkung: Dieser Schritt ist etwas anders für ALD und TE Solarzellen ausgeführt. Das Glühen Verfahren für ALD-Solarzellen wird in Unterabschnitt 5.1 beschrieben, und das Verfahren für die TE-Solarzellen wird in Unterabschnitt 5.2 beschrieben. Der Zweck Glühen in der Diskussion Abschnitt erläutert. <ol><li> Glühen die ALD gewachsenen SnS Filme in H 2 S-Gas. Anmerkung: Dieser Schritt wird in dem gleichen System für ALD Wuchs durchgeführt. <ol><li> Mit reinem H 2 S-Gas (99,5% rein) bei einer Flussrate von 40 sccm und einem Druck von 10 Torr. </li><li> Erhitzen Sie die SnS Folie auf eine Temperatur von 400 ° C und halten Sie für 1 Stunde in der H 2 S-Gas-Umgebung. Stellen Sie sicher, dass das Gas während des gesamten Prozesses fließt, einschließlich Temperatur einfach an- und abgeschaltet. </li></ol></li><li> Glühen die TE-grown SnS Filme in H 2 S-Gas. Führen Sie diesen Schritt in einem eigenen Rohrofen. <ol><li> Last the Proben auf einem sauberen Quarzplatte und gleiten in den Heißzonenbereich des Ofens. </li><li> Nachdem der Ofen verschlossen ist, zu spülen dreimal mit reinem N 2 und lassen Sie sie auf Basisdruck abzupumpen. </li><li> Etablieren Gasstrom bei 100 sccm von 4% H 2 S bei 28 Torr. </li><li> Rampe die Temperatur auf 400 ° C über 10 min. Halten bei 400 ° C für 1 Stunde, dann lassen Sie die Proben in der Heißzone zu kühlen ohne fremde Hilfe. Konstant zu halten H2S Gasstrom und Druck, bis Proben abkühlen unter 60 ° C. Entfernen Sie die Proben und entweder sofort gehen Sie zum nächsten Schritt, oder legen Sie sie in der Lagerung in einem inerten Gas Handschuhfach. </li></ol></li></ol> 6. SnS Oberfläche Passivierung mit einer nativen Oxids Anmerkung: Dieser Schritt ist etwas anders für ALD und TE Solarzellen ausgeführt. In Unterabschnitt 6.1 der Oberflächenpassivierung Verfahren für ALD-Solarzellen beschrieben wird, und das Verfahren für TE Solarzellen in Unterabschnitt beschrieben6.2. Die Funktion dieses Schrittes wird in der Diskussion Abschnitt erörtert. <ol><li> Für die ALD gewachsenen Proben, wachsen eine dünne Schicht aus SnO 2 von ALD. Hinweis: Wir verwenden einen anderen Reaktor als die für SnS Wachstum verwendet. <ol><li> Wachsen SnO 2 durch die Reaktion von cyclischen Amids tin [(1,3-bis (1,1-Dimethylethyl) -4,5-Dimethyl- (4R, 5R) -1,3,2-diazastannolidin-2-yliden) Sn (II)] und Wasserstoffperoxid (H 2 O 2). Speichern das zyklische Amid Zinnvorläufer in einem Ofen bei 43 ° C, und das H 2 O 2 in eine Waschflasche bei Raumtemperatur. </li><li> Aufrechterhaltung der Substrattemperatur bei 120 ° C für die Abscheidung. </li><li> Expose der Zinnvorläufer und H 2 O 2 unter Verwendung von 0,33 und 1,5 Torr Sekunde pro Zyklus jeweils für insgesamt 5 Zyklen. Zu überprüfen, dass die Dicke des resultierenden SnO 2 0,6 0,7 nm, wie durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) -Analyse 10 gemessen. </li></ol></li><li> Für die TE-gewachsenen Proben, einen thin Schicht aus SnO 2 durch Luftexposition. <ol><li> Expose der Proben auf Laborumgebungsluft 24 h. Zu überprüfen, dass die Dicke des resultierenden SnO 2 beträgt etwa 0,5 nm, wie durch XPS-Analyse gemessen. Anmerkung: Die typische RT beträgt 24 ± 1 ° C, und die typische Feuchtigkeit 45% ± 13% (höher im Sommer); Für die hier berichteten Geräte waren die Werte 24,6 C &lt;30% betragen. </li></ol></li></ol> 7. Die Abscheidung der Zn (O, S) / ZnO Pufferschicht Anmerkung: Dieser Schritt wird in der gleichen ALD-Kammer, die für das Wachstum von SnS ALD wird durchgeführt. <ol><li> Wachsen einem Zn (O, S): N-Schicht durch ALD. <ol><li> Aufrechterhaltung der Substrattemperatur auf 120 ° C. </li><li> Wachsen Zn (O, S): N durch ALD aus der Reaktion von Diethylzink (Zn (C 2 H 5) 2, DEZ), entionisiertes Wasser (H 2 O), 4% H 2 S in N 2, und Ammoniak (NH 3) 11. Bewahren Sie die Waschflasche containing DEZ bei RT. Verwenden Sie eine Taktfolge von [DEZ-H 2 O-DEZ-NH 3] 14 - [DEZ-H 2 S] 1, und wiederholen Sie diese Superzyklus 12 mal. Damit die Exposition von Ammoniak 11 Torr Sekunde. </li><li> Überprüfen, ob der S / Zn-Verhältnis in dem resultierenden Films beträgt 0,14, wie durch Rutherford-Rückstreuungsspektroskopie 12 gemessen wird, und dass die Dicke der Folie beträgt etwa 36 nm. </li></ol></li><li> Wachsen Sie eine ZnO-Schicht von ALD. <ol><li> Aufrechterhaltung der Substrattemperatur auf 120 ° C. </li><li> Wachsen ZnO mit 50 ALD-Zyklen DEZ-H 2 O. Anmerkung: Die Dicke des resultierenden ZnO-Films beträgt ca. 18 nm. </li></ol></li></ol> 8. Die Abscheidung der transparenten leitenden Oxide (TCO), Indiumzinnoxid (ITO) <ol><li> Schneiden ITO Schattenmasken aus einer 0,024 &quot;(610 um) Alu 6061 Blatt mit einem Laborlaserschneider. Hinweis: Die Masken definieren, 11 rechteckige Geräte, die 0,25 cm 2 in sindGröße plus eine größere Unterlage in einer Ecke, die für optische Reflexionsmessungen verwendet wird, siehe Abbildung 4. </li><li> Montieren Sie die Geräte und Masken in einem Mask Aligner. Hinweis: Dies ist eine Aluminiumplatte mit verschachtelten Taschen für das Substrat und Masken und Clips, die Masken zu befestigen. </li><li> Ablagerung ITO durch reaktives Magnetron-Sputtern. <ol><li> Erhitzen Sie das Substrat auf etwa 80 bis 90 C ermöglichen Substratrotation. </li><li> Verwenden einen Durchmesser von 2 inch ITO-Targets (In 2 O 3 / SnO 2 90/10 Gew.%, 99,99% ig) bei 65 W HF-Sputterleistung mit 40 / 0,1 sccm Ar / O 2 Gasstrom bei 4 mTorr Gesamtdruck. </li><li> Wachsen einem 240 nm dicken ITO-Film. Hinweis: Mit diesen Parametern Wachstumsraten von 0,5 Å / s und Schichtwiderstände im Bereich von 40 - 60 Ω / sq erzielt werden. </li></ol></li></ol> 9. Die Metallisierung <ol><li> Cut Metallisierung Schattenmasken aus einer 127 um dicken austenITIC Edelstahlblech. Hinweis: Diese Masken werden mit + 10 / -5 &amp; mgr; m Toleranz von einem kommerziellen Unternehmen zu schneiden. Die Metallstruktur besteht aus 2 Fingern um 1,5 mm getrennt sind, jeweils 7 mm lang, und ein 1 x 1 mm 2 Kontaktstelle, siehe Abbildung 4. </li><li> Montieren Sie die Geräte und Masken in einem Mask Aligner, wie in Schritt 8.2. </li><li> Ablagerung Ag (TE-Geräten) oder Ni / Al (ALD-Geräte) durch Elektronenstrahlverdampfung. <ol><li> Berg Mask Aligner auf die Substratplatte eines Elektronenstrahls Metalle Verdampfungssystem. Abpumpen auf einen Basisdruck von weniger als 1 x 10 -6 Torr. </li><li> Verdampfen Metall bei einer Geschwindigkeit von 2 Å / sek. Kaution 500 nm Gesamtmetalldicke. </li></ol></li></ol> 10. Bauteilcharakterisierung <ol><li> Führen Strom-Spannungs (&quot;J - V&quot;) Messungen auf allen Geräten in der Dunkelheit und in AM1.5 simuliert Sonnenlicht. <ol><li> Kalibrieren Sie den Sonnensimulator durch das Sammeln von J - V Daten from einem kalibrierten Silizium-Solarzelle und das Einstellen der Sonnensimulator Lampenleistung und die Höhe bis zum Erreichen des kalibrierten aktuellen Wert für AM1.5 Sonneneinstrahlung. </li><li> Kontaktieren Sie die Geräte in Vierdraht-Betrieb durch Verwendung von Kupfer-Beryllium-Doppelsondenspitzen an sowohl der Oberseite (Anode, Ag oder Al) und unten (Kathode, Mo) Schichten zu kontaktieren. Kontaktieren Sie die untere Schicht durch Kratzen entfernt die Puffer und SnS Schichten mit einer Skalpellklinge. </li><li> Measure hellen und dunklen J - V Daten unter Verwendung einer Quelle Meter von Sourcing-Spannung und Strommessung. Anmerkung: Die Geräte werden in der Regel im Bereich von ± 0,5 V. Die gemessene Vorrichtungen reagieren nicht auf die Richtung oder die Geschwindigkeit der Spannungsstreicht. Für Routinetests ein Bereich definierenden Lichtblende wird nicht verwendet, siehe Diskussion Abschnitt für weitere Details. </li></ol></li><li> Führen Sie externe Quanteneffizienz (EQE) Messungen auf allen Geräten, mit variabler Licht und Vorspannung. <ol><li> Kalibrieren Sie das EEP-System durch die Messung der response einer Si-Photodiode Kalibrierung. Hinweis: Die Software diese Daten, um Messungen mit einem NIST-Standard unterstützt, um die Lichtintensität entsprechend anpassen geführt vergleicht. </li><li> Kontaktieren Sie die Geräte mit Hilfe der Vier-Draht-Verfahren, wie in Schritt 10.1.2. </li><li> EQE messen unter Verwendung eines kommerziellen Systems, das die Probe mit monochromatischem Licht über einen Wellenlängenbereich von 270 1100 nm bei 100 Hz zerhackt beleuchtet und misst die sich ergebende Strom. Führen Sie diese Messung nach Standardarbeitsanweisung des Herstellers. </li><li> Wiederholen Sie die Messung mit EQE variabler Spannung und Weißlicht-Vorspannung. Verwenden Sie einen Sourcemeter, um die Vorspannung und eine Halogenlampe, die Licht Bias-Versorgung zu liefern. Messen Sie Geräte in Vorwärts- und Rückwärts Vorspannung und unter variablen weißen Lichtintensität bis zu ~ 1 Sonnen. </li><li> Die optische Reflexionsgrad (% R) der ITO-Oberfläche mit einem Spektralphotometer mit integrierender Kugel, um zu konvertieren extern nach internQuanteneffizienz (IQE). Führen Sie diese Messung nach Standardarbeitsanweisung des Herstellers. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Woodhouse, M., Goodrich, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perspectives+on+the+pathways+for+cadmium+telluride+photovoltaic+module+manufacturers+to+address+expected+increases+in+the+price+for+tellurium.">Perspectives on the pathways for cadmium telluride photovoltaic module manufacturers to address expected increases in the price for tellurium.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 115, 199-212 (2013).</li><li>Ramakrishna Reddy, K. T., Koteswara Reddy, N., Miles, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photovoltaic+properties+of+SnS+based+solar+cells.">Photovoltaic properties of SnS based solar cells.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 90 (18-19), 3041-3046 (2006).</li><li>Sinsermsuksakul, P., Heo, J., Noh, W., Hock, A. S., Gordon, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+Layer+Deposition+of+Tin+Monosulfide+Thin+Films.">Atomic Layer Deposition of Tin Monosulfide Thin Films.</a> Advanced Energy Materials. 1 (6), 1116-1125 (2011).</li><li>Noguchi, H., Setiyadi, A., Tanamura, H., Nagatomo, T., Omoto, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+vacuum-evaporated+tin+sulfide+film+for+solar+cell+materials.">Characterization of vacuum-evaporated tin sulfide film for solar cell materials.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 35, 325-331 (1994).</li><li>Hartman, K., Johnson, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SnS+thin-films+by+RF+sputtering+at+room+temperature.">SnS thin-films by RF sputtering at room temperature.</a> Thin Solid Films. 519 (21), 7421-7424 (2011).</li><li>Tanusevski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+and+photoelectric+properties+of+SnS+thin+films+prepared+by+chemical+bath+deposition.">Optical and photoelectric properties of SnS thin films prepared by chemical bath deposition.</a> Semiconductor Science and Technology. 18 (6), 501 (2003).</li><li>Sharma, R. C., Chang, Y. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+S&#8722;Sn+(Sulfur-Tin)+system.">The S&#8722;Sn (Sulfur-Tin) system.</a> Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 7 (3), 269-273 (1986).</li><li>Steinmann, V., Jaramillo, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3.88%+Efficient+Tin+Sulfide+Solar+Cells+using+Congruent+Thermal+Evaporation.">3.88% Efficient Tin Sulfide Solar Cells using Congruent Thermal Evaporation.</a> Advanced Materials. 26 (44), 7488-7492 (2014).</li><li>Sinsermsuksakul, P., Sun, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overcoming+Efficiency+Limitations+of+SnS-Based+Solar+Cells.">Overcoming Efficiency Limitations of SnS-Based Solar Cells.</a> Advanced Energy Materials. 4 (15), 1400496 (2014).</li><li>Hejin Park, H., Heasley, R., Gordon, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+layer+deposition+of+Zn(O,S)+thin+films+with+tunable+electrical+properties+by+oxygen+annealing.">Atomic layer deposition of Zn(O,S) thin films with tunable electrical properties by oxygen annealing.</a> Applied Physics Letters. 102 (13), 132110 (2013).</li><li>Scofield, J. H., Duda, A., Albin, D., Ballard, B. L., Predecki, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sputtered+molybdenum+bilayer+back+contact+for+copper+indium+diselenide-based+polycrystalline+thin-film+solar+cells.">Sputtered molybdenum bilayer back contact for copper indium diselenide-based polycrystalline thin-film solar cells.</a> Thin Solid Films. 260 (1), 26-31 (1995).</li><li>Malone, B. D., Gali, A., Kaxiras, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First+principles+study+of+point+defects+in+SnS.">First principles study of point defects in SnS.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 26176-26183 (2014).</li><li>Vaux, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Research+methods:+Know+when+your+numbers+are+significant.">Research methods: Know when your numbers are significant.</a> Nature. 492 (7428), 180-181 (2012).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Substratreinigungs Auswahl Oxidierte Si-Wafer als Substrate verwendet werden. Die Substrate der mechanische Träger für die resultierenden Solarzellen und ihrer elektrischen Eigenschaften sind nicht wichtig. Si-Wafer werden auf Glas bevorzugt, da im Handel erworben Si-Wafern sind in der Regel sauberer als im Handel erworben Glaswafer und das spart Zeit bei der Substratreinigung. Si-Substrate haben auch eine höhere thermische Leitfähigkeit als Glas, das zu einer gleichmä?...

Dünnschicht-Photovoltaik (PV) weiterhin Interesse und bedeutende Forschungsaktivitäten zu gewinnen. Jedoch die Wirtschaftlichkeit des PV-Markt sind schnell wechselnde und Entwicklung von kommerziell erfolgreichen Dünnschicht-PV hat sich zu einem anspruchsvolleren Aussichten. Herstellungskosten Vorteile gegenüber waferbasierten Technologien können nicht mehr selbstverständlich auf eine Stufe genommen werden, und Verbesserungen in Effizienz und Kosten gesucht werden muss. 1,2 Angesichts dieser Realität, die wir gewählt haben, um SnS als Absorbermaterial für die Entwicklung Dünnschicht-PV. SnS intrinsische praktische Vorteile, die in niedrigen Herstellungskosten zu übersetzen könnte. Wenn hohe Wirkungsgrade nachgewiesen werden kann, könnte es als Drop-in-Ersatz für CdTe in kommerziellen Dünnschicht-PV berücksichtigt werden. Hier wird das Fertigungsverfahren für die kürzlich berichtet Datensatz SnS Solarzellen demonstriert. Wir konzentrieren uns auf praktische Aspekte wie Substratauswahl, Abscheidungsbedingungen, Gerätelayout und Messprotokollen. SnS ist aus nicht-toxischen, Erde reichlich vorhanden und preiswert Elemente (Zinn und Schwefel) zusammengesetzt ist. SnS ist ein inertes und unlösliche halbleitenden Festkörper (Mineralname Herzenbergite) mit einem indirekten Bandlücke von 1,1 eV, starke Lichtabsorption für Photonen mit Energien über 1,4 eV (α&gt; 10 4 cm -1) und intrinsische p-Typ Leitfähigkeit mit Trägerkonzentration im Bereich 15. Oktober-17. Oktober cm -3. 3 - 7 ist wichtig, verdampft SnS deckungsgleich und phasenstabil bis 600 ° C 8,9 Das heißt, SnS kann durch thermisches Verdampfen (TE) und der hohen hinterlegt. -Gang Vetter, geschlossenen Raum Sublimation (CSS), wie bei der Herstellung von CdTe-Solarzellen eingesetzt wird. Es bedeutet auch, dass SnS Phasensteuerung ist viel einfacher, als für die meisten Dünnschicht-PV-Materialien, insbesondere einschließlich Cu (In, Ga) (S, Se) 2 (CIGS) und Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS). Daher Zell efzienz steht als Haupthindernis für die Vermarktung von PV SnS und SnS könnte als Drop-in-Ersatz für CdTe einmal hohe Wirkungsgrade sind im Labormaßstab gezeigt werden. Allerdings kann diese Effizienz Barriere nicht überbewertet werden. Wir schätzen, dass der Datensatz Effizienz muss um einen Faktor von vier zu erhöhen, von ~ 4% auf ~ 15%, um die wirtschaftliche Entwicklung zu stimulieren. Entwicklungs SnS als Drop-in-Ersatz für CdTe erfordert auch das Wachstum von hoher Qualität SnS dünne Filme von CSS, und die Entwicklung eines n -Typ Partner Material, auf dem SnS können direkt angebaut werden. Im Folgenden wird für die Herstellung von SnS Rekord-Solarzellen mit zwei verschiedenen Abscheideverfahren, Atomlagenabscheidung (ALD) und TE beschrieben die Schritt-für-Schritt-Verfahren. ALD ist eine langsame Wachstumsverfahren, sondern auf dem neuesten Stand hat die höchste Effizienz Geräte ergab. TE ist schneller und industriell skalierbaren, aber hinkt ALD in Effizienz. Zusätzlich zu den verschiedenen SnS Abscheideverfahren, das TEund ALD Solarzellen unterscheiden sich geringfügig im Glühen, Oberflächenpassivierung und Metallisierungsschritte. Die Produktionsschritte sind in Abbildung 1 aufgezählt sind. Nachdem das Verfahren beschreiben, sind die Testergebnisse für die zertifizierten Aufnahmegeräte und zugehörige Proben vorgestellt. Das Rekordergebnis wurde bereits berichtet. Hier liegt der Schwerpunkt auf die Verteilung der Ergebnisse für eine typische Verarbeitungslauf.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" >
	
	<tbody>
		<tr >
			<td >Quartz wafer carrier</td>
			<td >AM Quartz, Gainesville, TX</td>
			<td ></td>
			<td >bespoke design</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Sputtering system</td>
			<td >PVD Products</td>
			<td ></td>
			<td>High vacuum sputtering system with load lock</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >4% H2S in N2</td>
			<td >Airgas Inc.</td>
			<td>X02NI96C33A5626</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >99.5% H2S</td>
			<td >Matheson Trigas</td>
			<td>G1540250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >SnS powder</td>
			<td >Sigma Aldrich</td>
			<td>741000-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Effusion cell</td>
			<td >Veeco</td>
			<td>35-LT</td>
			<td>Low temperature, single filament effusion cell</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >diethylzinc (Zn(C2H5)2)</td>
			<td>Strem Chemicals</td>
			<td>93-3030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Laser cutter</td>
			<td>Electrox</td>
			<td >Scorpian G2</td>
			<td>Used for ITO shadow masks</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >ITO sputtering target (In2O3/SnO2 90/10 wt.%, 99.99% pure)</td>
			<td >Kurt J. Lesker</td>
			<td>EJTITOX402A4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Metallization shadow masks</td>
			<td>MicroConnex</td>
			<td ></td>
			<td>bespoke design</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Electron Beam Evaporator</td>
			<td>Denton</td>
			<td ></td>
			<td>High vacuum metals evaporator with load-lock</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >AM1.5 solar simulator</td>
			<td >Newport Oriel</td>
			<td align="right">91194</td>
			<td>1300 W Xe-lamp using an AM1.5G filter</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Spectrophotometer</td>
			<td >Perkin Elmer</td>
			<td>Lambda 950 UV-Vis-NIR</td>
			<td>150mm Spectralon-coated integrating sphere</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Calibrated Si solar cell</td>
			<td >PV Measurements</td>
			<td ></td>
			<td>BK-7 window glass</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Double probe tips</td>
			<td >Accuprobe</td>
			<td >K1C8C1F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Souce-meter</td>
			<td >Keithley</td>
			<td align="right" >2400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Quantum efficiency measurement system</td>
			<td >PV Measurements</td>
			<td>QEX7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Calibrated Si photodiode</td>
			<td >PV Measurements</td>
			<td ></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >High-throughput solar cell test station</td>
			<td >PV Measurements</td>
			<td ></td>
			<td>bespoke design</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Inert pump oil</td>
			<td >DuPont</td>
			<td >Krytox</td>
			<td>PFPE oil, grade 1514; vendor: Eastern Scientific</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >H2S resistant elastomer o-rings</td>
			<td >DuPont</td>
			<td>Kalrez</td>
			<td>compound 7075; vendor: Marco Rubber</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >H2S resistant elastomer o-rings</td>
			<td >Marco Rubber</td>
			<td >Markez</td>
			<td>compound Z1028</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >H2S resistant elastomer o-rings</td>
			<td>Seals Eastern, Inc.</td>
			<td >Aflas</td>
			<td>vendor: Marco Rubber</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

making record-efficiency sns solar cells by thermal evaporation and atomic layer deposition

Zinnsulfid (SnS) ist ein Kandidat Absorbermaterial für die Erde-reichen, nicht-toxische Solarzellen. SnS bietet einfachen Phasenregelung und das schnelle Wachstum von kongruenten thermische Verdampfung, und es sichtbares Licht stark absorbiert. , Für eine lange Zeit den Rekord Wirkungsgrad von SnS Solarzellen blieb jedoch unter 2%. Kürzlich haben wir gezeigt, neue zertifizierte Rekordwirkungsgrade von 4,36% mit SnS durch Atomlagenabscheidung abgeschieden und unter Verwendung von 3,88% thermische Verdampfung. Hier das Herstellungsverfahren für diese Aufzeichnung Solarzellen beschrieben wird, und die statistische Verteilung des Herstellungsprozesses wird berichtet. Die Standardabweichung der Effizienz, gemessen auf einem einzigen Substrat ist typischerweise mehr als 0,5%. Alle Schritte, einschließlich Substratauswahl und Reinigung, Mo Sputtern für den hinteren Kontakt (Kathode), SnS Abscheidung Tempern Oberflächenpassivierung, Zn (O, S) Pufferschicht Auswahl und Abscheidung transparenter Leiter (Anode) Ablagerung und Metallisierung werden beschrieben. Auf jedem Substrat zu fertigen wir 11 Einzelgeräte mit jeweils aktive Fläche 0,25 cm 2. Ferner ist ein System für die Messung von Strom-Spannungs-Kurven unter simulierten Sonnenlicht und externe Quanteneffizienz Messung mit variabler Licht Bias beschrieben. Mit diesem System sind wir in der Lage, vollständige Datensätze für alle Vorrichtungen 11 auf automatisierte Weise und in kürzester Zeit zu messen. Diese Ergebnisse veranschaulichen den Wert des Studiums große Sample-Sets, anstatt sich nur knapp über die leistungsfähigsten Geräte. Große Datenmengen helfen uns, zu unterscheiden und zu beheben einzelnen Verlustmechanismen, die unsere Geräte.

In den Figuren 6-8 Ergebnisse sind für zwei repräsentative &quot;Baseline&quot; TE-grown Proben, wie oben beschrieben gezeigt. Beleuchtet J - V für diese beiden Proben ist in 6 aufgetragen Die erste Probe (&quot;SnS140203F&quot;) ergab das Gerät mit zertifizierten Wirkungsgrad von 3,88%, die zuvor berichtet wurden 9 Repräsentative JV Verteilungen sind für jede Probe gezeigt... Für eine gegebene Vorspannung werden diese Verteilungen berechnet ...

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Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

Erstellen Rekordeffizienz SnS Solarzellen durch thermische Verdampfung und Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

42.6K Aufrufe.  Massachusetts Institute of Technology. Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

Serie: Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials offering a superior control over the spatial distribution of charge carriers across material interfaces. As this study demonstrates, a combination of donor-acceptor nanocrystal (NC) domains in a single nanoparticle can lead to the realization of efficient photocatalytic1-5 materials, while a layered assembly of donor- and acceptor-like nanocrystals films gives rise to photovoltaic materials.
Initially the paper focuses on the synthesis of composite inorganic nanocrystals, comprising linearly stacked ZnSe, CdS, and Pt domains, which jointly promote photoinduced charge separation. These structures are used in aqueous solutions for the photocatalysis of water under solar radiation, resulting in the production of H2 gas. To enhance the photoinduced separation of charges, a nanorod morphology with a linear gradient originating from an intrinsic electric field is used5. The inter-domain energetics are then optimized to drive photogenerated electrons toward the Pt catalytic site while expelling the holes to the surface of ZnSe domains for sacrificial regeneration (via methanol). Here we show that the only efficient way to produce hydrogen is to use electron-donating ligands to passivate the surface states by tuning the energy level alignment at the semiconductor-ligand interface. Stable and efficient reduction of water is allowed by these ligands due to the fact that they fill vacancies in the valence band of the semiconductor domain, preventing energetic holes from degrading it. Specifically, we show that the energy of the hole is transferred to the ligand moiety, leaving the semiconductor domain functional. This enables us to return the entire nanocrystal-ligand system to a functional state, when the ligands are degraded, by simply adding fresh ligands to the system4.
To promote a photovoltaic charge separation, we use a composite two-layer solid of PbS and TiO2 films. In this configuration, photoinduced electrons are injected into TiO2 and are subsequently picked up by an FTO electrode, while holes are channeled to a Au electrode via PbS layer6. To develop the latter we introduce a Semiconductor Matrix Encapsulated Nanocrystal Arrays (SMENA) strategy, which allows bonding PbS NCs into the surrounding matrix of CdS semiconductor. As a result, fabricated solids exhibit excellent thermal stability, attributed to the heteroepitaxial structure of nanocrystal-matrix interfaces, and show compelling light-harvesting performance in prototype solar cells7.

A general strategy for the development of charge-separating semiconductor nanocrystal composites deployable for solar energy production is presented. We show that assembly of donor-acceptor nanocrystal domains in a single nanoparticle geometry gives rise to a photocatalytic function, while bulk-heterojunctions of donor-acceptor nanocrystal films can be used for photovoltaic energy conversion.

Harvesting Solar Energy mittels Charge-Trennung Nanokristalle und ihre Solids

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials ...

Forschung

Ingenieurwesen

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

Herstellung von transparenten leitenden Oxide durch Pulsed Laser Deposition Nano-engineered

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

Integration of Light Trapping Silber-Nanostrukturen in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells durch Transferdruck

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. Conventionally reserved for the fabrication of metal thin films, thermal evaporation deposits bismuth into an array of vertical single crystalline nanowires over a flat thin film of vanadium held at RT, which is freshly deposited by magnetron sputtering or thermal evaporation. By controlling the temperature of the growth substrate the length and width of the nanowires can be tuned over a wide range. Responsible for this novel technique is a previously unknown nanowire growth mechanism that roots in the mild porosity of the vanadium thin film. Infiltrated into the vanadium pores, the bismuth domains (~ 1 nm) carry excessive surface energy that suppresses their melting point and continuously expels them out of the vanadium matrix to form nanowires. This discovery demonstrates the feasibility of scalable vapor phase synthesis of high purity nanomaterials without using any catalysts.

A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented.

Seedless Wachstum von Wismut Nanodraht-Array über Vacuum Thermal Evaporation

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

Printing Herstellung von Bulk-Heterosolarzellen und<em&gt; In Situ</em&gt; Morphologie Charakterisierung

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical properties. The possibility of doping was investigated by adding monovalent cation halides with similar ionic radii to Pb2+, including Cu+, Na+, and Ag+. A shift in the Fermi level and a remarkable decrease of sub-bandgap optical absorption, along with a lower energetic disorder in the perovskite, was achieved. An order-of-magnitude enhancement in the bulk hole mobility and a significant reduction of transport activation energy within an additive-based perovskite device was attained. The confluence of the aforementioned improved properties in the presence of these cations led to an enhancement in the photovoltaic parameters of the perovskite solar cell. An increase of 70 mV in open circuit voltage for AgI and a 2 mA/cm2 improvement in photocurrent density for NaI- and CuBr-based solar cells were achieved compared to the pristine device. Our work paves the way for further improvements in the optoelectronic quality of CH3NH3PbI3 perovskite and subsequent devices. It highlights a new avenue for investigations on the role of dopant impurities in crystallization and controls the electronic defect density in perovskite structures.

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we present a protocol to adjust the properties of solution-processed CH3NH3PbI3 through the incorporation of monovalent cation additives in order to achieve highly efficient perovskite solar cells.

Einwertiges Kation Dotierung von CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PbI<sub&gt; 3</sub&gt; Für effiziente Perowskit-Solarzellen

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction of degradation mechanisms and prevention of module field failure can consequently decrease investment risks as well as increase the electricity yield. An improved knowledge level can for these reasons significantly decrease the total costs of PV electricity. 
In order to better understand and minimize the degradation of PV modules, the occurring degradation mechanisms and conditions should be identified. This should preferably happen under combined stresses, since modules in the field are also simultaneously exposed to multiple stress factors. Therefore, two 'Combined Stress test with in situ measurement' setups have been designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, illumination, and electrical biases as independently controlled stress factors on solar cells and minimodules. The setups also allow real-time monitoring of the electrical properties of these samples. This protocol presents these setups and describes the experimental possibilities. Moreover, results obtained with these setups are also presented: various examples about the influence of both deposition and degradation conditions on the stability of thin film Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) as well as Cu2ZnSnSe4 (CZTS) solar cells are described. Results on the temperature dependency of CIGS solar cells are also presented.

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

Two &#39;Combined Stress test with in situ measurement&#39; setups, which allow real-time monitoring of accelerated degradation of solar cells and modules, were designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, electrical biases, and illumination as independently controlled stress factors. The setups and various experiments executed are presented.

In Situ Überwachung von der beschleunigten Leistungsabfall von Solarzellen und Modulen: eine Fallstudie für Cu (In, Ga) Se2 Solarzellen

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Well-aligned Vertically Oriented ZnO Nanorod Arrays and their Application in Inverted Small Molecule Solar Cells

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule (SMPV1) and [6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester (PC71BM), by utilizing ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO NRs that grew on both a sputtered and sol-gel processed AZO seed layer are fabricated. Compared with the AZO thin film prepared by the sol-gel method, the sputtered AZO thin film exhibits better crystallization and lower surface roughness, according to X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscope (AFM) measurements. The orientation of the ZnO NRs grown on a sputtered AZO seed layer shows better vertical alignment, which is beneficial for the deposition of the subsequent active layer, forming better surface morphologies. Generally, the surface morphology of the active layer mainly dominates the fill factor (FF) of the devices. Consequently, the well-aligned ZnO NRs can be used to improve the carrier collection of the active layer and to increase the FF of the solar cells. Moreover, as an anti-reflection structure, it can also be utilized to enhance the light harvesting of the absorption layer, with the power conversion efficiency (PCE) of solar cells reaching 6.01%, higher than the sol-gel based solar cells with an efficiency of 4.74%.

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The well-aligned vertically oriented ZnO NRs exhibit high crystalline properties. The power conversion efficiency of solar cells can reach 6.01%.

Gut abgestimmten vertikal orientierte ZnO Nanorod Arrays und deren Anwendung in invertiert kleine Molekül Solarzellen

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule ...

Production of Single Tracks of Ti-6Al-4V by Directed Energy Deposition to Determine the Layer Thickness for Multilayer Deposition

Directed Energy Deposition (DED), which is an additive manufacturing technique, involves the creation of a molten pool with a laser beam where metal powder is injected as particles. In general, this technique is employed to either fabricate or repair different components. In this technique, the final characteristics are affected by many factors. Indeed, one of the main tasks in building components by DED is the optimization of process parameters (such as laser power, laser speed, focus, etc.) which is usually carried out through an extensive experimental investigation. However, this sort of experiment is extremely lengthy and costly. Thus, in order to accelerate the optimization process, an investigation was conducted to develop a method based on the melt pool characterizations. In fact, in these experiments, single tracks of Ti-6Al-4V were deposited by a DED process with multiple combinations of laser power and laser speed. Surface morphology and dimensions of single tracks were analyzed, and geometrical characteristics of melt pools were evaluated after polishing and etching the cross-sections. Helpful information regarding the selection of optimal process parameters can be achieved by examining the melt pool features. These experiments are being extended to characterize the larger blocks with multiple layers. Indeed, this manuscript describes how it would be possible to quickly determine the layer thickness for the massive deposition, and avoid over or under-deposition according to the calculated energy density of the optimum parameters. Apart from the over or under-deposition, time and materials saving are the other great advantages of this approach in which the deposition of multilayer components can be started without any parameter optimization in terms of layer thickness.

In this research, a rapid method based on melt pool characterization is developed to estimate the layer thickness of Ti-6Al-4V components produced by directed energy deposition.

Produktion von Singletrails von Ti-6Al-4V durch gerichtete Energie Ablagerung zur Ermittlung der Schichtdicke für mehrschichtige Deposition

Directed Energy Deposition (DED), which is an additive manufacturing technique, involves the creation of a molten pool with a laser beam where metal ...

Atomic Layer Deposition of Vanadium Dioxide and a Temperature-dependent Optical Model

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with wafer-scale uniformity and angstrom level control of thickness, the method of atomic-layer deposition was chosen. This ALD process enables high-quality, low-temperature (&#8804;150 &#176;C) growth of ultrathin films (100-1000 &#197;) of VO2. For this demonstration, the VO2 films were grown on sapphire substrates. This low temperature growth technique produces mostly amorphous VO2 films. A subsequent anneal in an ultra-high vacuum chamber with a pressure of 7x10-4 Pa of ultra-high purity (99.999%) oxygen produced oriented, polycrystalline VO2 films. The crystallinity, phase, and strain of the VO2 were determined by Raman spectroscopy and X-ray diffraction, while the stoichiometry and impurity levels were determined by X-ray photoelectron spectroscopy, and finally the morphology was determined by atomic force microscopy. These data demonstrate the high-quality of the films grown by this technique. A model was created to fit to the data for VO2 in its metallic and insulating phases in the near infrared spectral region. The permittivity and refractive index of the ALD VO2 agreed well with the other fabrication methods in its insulating phase, but showed a difference in its metallic state. Finally, the analysis of the films&#39; optical properties enabled the creation of a wavelength- and temperature-dependent model of the complex optical refractive index for developing VO2 as a tunable refractive index material.

Thin films (100-1000 &#197;) of vanadium dioxide (VO2) were created by atomic-layer deposition (ALD) on sapphire substrates. Following this, the optical properties were characterized through the metal-insulator transition of VO2. From the measured optical properties, a model was created to describe the tunable refractive index of VO2.

Atomic Layer Deposition von Vanadium Kohlendioxid und eine temperaturabhängige optische Modell

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with ...