Este método puede decir, responder preguntas clave en la fabricación de células solares integradas de silicio estratificado sobre cómo mantener una vida útil a granel de silicio alto durante el crecimiento. Las principales ventajas de este proceso son que podemos lograr una larga vida útil a granel de silicio, incluso después del crecimiento heterovalente del contacto selectivo del portador de fosfuro de galio en el silicio. Esto nos permite acceder a las brechas de banda de otros semiconductores III-V.
Es una forma de célula solar multijunción con una célula inferior de silicio. Para empezar, preparar una solución de piraña en un baño de calefacción de ácido de polietileno de alta densidad, calentarlo a 110 grados Celsius, y esperar a que la temperatura se estabilice. En otro baño ácido, preparar una solución diluida de ácido clorhídrico y peróxido de hidrógeno para eliminar la contaminación iónica, calentarlo a 74 grados Centígrados y esperar a que la temperatura se estabilice.
Coloque obleas de silicio pulidas de doble cara tipo extremo de zona de flotador de cuatro pulgadas de diámetro en un casete de oblea de cuatro pulgadas de polipropileno limpio. Sumerja las obleas en solución de pirañas durante 10 minutos. Luego, enjuague las obleas durante 10 minutos con agua desionizada, y colóquelas en un casete limpio.
Remoje las obleas en la solución de limpieza iónica durante 10 minutos y luego enjuáguelas con agua desionizada durante 10 minutos. A continuación, remoje las obleas en una solución de óxido tamponado de 10 a un fluoruro de amonio al ácido fluorh durante tres minutos a temperatura ambiente, y enjuáguelas con agua desionizada durante 10 minutos. Seque las obleas limpias bajo una corriente de gas nitrógeno seco.
A continuación, coloque una oblea limpia en un bote de cuarzo y cárguelo en un horno de tubo de cuarzo, calentado a 800 grados Celsius con una atmósfera de gas nitrógeno que fluye. Rampa el horno a 820 grados Celsius en el transcurso de 20 minutos. A continuación, cambie el gas portador a nitrógeno burbujado a través de oxicloruro de fósforo a 1.000 SCCM.
Después de 15 minutos, detenga el flujo de gas portador y en aumento del horno hasta 800 grados Celsius. Retire la oblea del horno y déjela enfriar. A continuación, remoje en una solución de color grabado de óxido tamponado fresco durante 10 minutos para eliminar el vidrio de silicato de fósforo.
Enjuague la oblea en agua desionizada durante 10 minutos y séquela con gas nitrógeno. Justo antes de la deposición del nitruro de silicio, remoje la oblea en una solución de color etch de óxido tamponado durante un minuto para eliminar los óxidos nativos. Enjuáguelo en agua desionizada durante 10 minutos y séquelo con gas nitrógeno seco.
Coloque la oblea en un portador de silicio monocristalino limpio y cárguelo en un instrumento PECVD, equipado con fuentes de silano y amoníaco. Ajuste la presión de la cámara a 3,5 torrs y deposite 150 nanómetros de nitruro de silicio a 3,9 nanómetros por segundo, con 300 vatios de potencia de RF. A continuación, cargue la oblea en un instrumento MBE, equipado con células de derrame de galio, fósforo y silicio.
Supera la oblea en la cámara introductoria a 180 grados Celsius durante tres horas. Luego, transfiera la oblea a la cámara de amortiguación, y la gaste a 240 grados Celsius durante dos horas. Cargue la oblea en la cámara de crecimiento y hornéquela a 850 grados Celsius durante 10 minutos.
Después de eso, enfríe la oblea a 580 grados Celsius, y prepara las células de derrame para generar los flujos apropiados. Abra los estremecedores de galio, fósforo y silicio, y crezca 25 nanómetros de fosfuro de galio con un método de crecimiento interrumpido, seguido de 121 segundos de crecimiento ininterrumpido. Después, enfríe la muestra a 200 grados Centígrados y descártela del instrumento.
A continuación, cubra la superficie de fosfuro de galio con una cinta de dicing resistente a los ácidos. Sumerja la oblea en unos 300 mililitros de ácido fluorhídrico al 49% durante cinco minutos para eliminar la capa de nitruro de silicio. Retire la cinta, enjuague la oblea con agua desionizada durante 10 minutos y séquela bajo una corriente de gas nitrógeno.
A continuación, cubra la superficie de fosfuro de galio con cinta adhesiva fresca. En un vaso de precipitados de plástico, preparar 500 mililitros de una mezcla de ácido fluorhídrico, ácido nítrico y ácido acético. Coloque cuidadosamente la oblea en la solución de HNA y déjela empapar a temperatura ambiente durante tres minutos.
Retire la cinta, enjuague la oblea con agua desionizada y séquela con nitrógeno. Use una pluma de diamante para cortar la oblea preparada en cuatro cuartos. Coloque las piezas en una cesta, límpielos a fondo en un tanque de agua desionizada y séquelos con gas nitrógeno.
A continuación, remoje las piezas en una solución de óxido tamponado etch durante 30 segundos, y enjuáguelas y séquelas con agua desionizada y gas nitrógeno. A continuación, deposite 50 nanómetros de silicio amorfo en una muestra y compruebe la vida útil del silicio. Luego, deposite nueve nanómetros de un silicio amorfo intrínseco, y 16 nanómetros de un silicio amorfo tipo p, con un dopant de boro, en el lado de silicio desnudo de una segunda muestra.
En una tercera muestra, utilice la evaporación térmica para depositar nueve nanómetros de óxido de molibdeno en el lado del silicio desnudo a 0,5 angstroms por segundo, a temperatura ambiente, de una fuente de trióxido de molibdeno. A continuación, coloque las muestras de silicio amorfo y recubierto de óxido de molibdeno en un instrumento de pulverización de RF, con el lado de fosfuro de galio hacia arriba. Deposite 75 nanómetros de óxido de indio 10, con un caudal de oxígeno de 2,2 SCCM.
A continuación, descargue las muestras y dé la vuelta. Coloque una máscara de sombra de mesa en cada muestra. Cárguelos de nuevo en el instrumento y deposite otros 75 nanómetros de ITO.
Descargue las muestras, cambie la máscara por una máscara de sombra de dedo y deposite 200 nanómetros de plata en la mesa ITO a un kilovatio y ocho torr. Entregue las muestras y deposite otros 200 nanómetros de plata en el lado del fosfuro de galio ITO, como el contacto posterior. Por último, recose las muestras en un horno a 220 grados centígrados y presión atmosférica.
La microscopía de fuerza atómica mostró que la capa de fosfuro de galio tenía una rugosidad cuadrada media de la raíz de aproximadamente 0,52 nanómetros, lo que indica una alta calidad de cristal con una baja densidad de dislocación de roscado. Los flecos Pendellosung observados a partir de la curva de balanceo de doble cristal omega dos theta en los reflejos de silicio y fosfuro de galio 004 eran consistentes con interfaces suaves. El mapa espacial recíproco de 224 puntos de defracción muestra picos coherentes de fosfuro de galio y silicio, lo que indica que el fosfuro de galio está completamente tensado al sustrato de silicio con buena calidad cristalina.
La formación de una capa N más por difusión de fósforo antes de agregar la capa de fosfuro de galio mantuvo la vida útil a granel de silicio a niveles de hasta milisegundos. La vida útil del silicio de fosfuro de galio fue de unos 100 microsegundos. Los dispositivos fueron construidos usando una capa de silicio amorfo, o una capa de óxido de molibdeno.
La eficiencia cuántica interna del dispositivo de óxido de molibdeno se mantuvo alta en longitudes de onda más bajas que un dispositivo de silicio amorfo, pero también tenía una mayor reflectancia en longitudes de onda más bajas. Se observó un rendimiento prometedor de las células solares para ambos dispositivos. Los dispositivos de silicio amorfo y óxido de molibdeno tenían eficiencias comparables, voltajes de circuito abierto y factores de llenado.
En general, la capa de óxido de molibdeno tuvo un mejor desempeño como contacto selectivo en su conjunto que la capa de silicio amorfo. Al intentar este procedimiento, recuerde mantener la segunda oblea lo más limpia posible antes de cargarla en la cámara MBE, especialmente al depositar nitruro de silicio.
