JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

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%.

Abstract

גופרי פח (SNS) הוא חומר בולם מועמד לתאי כדור הארץ-שפע, שאינם רעילים שמש. SNS מציע שליטת שלב קלה וצמיחה מהירה על ידי אידוי תרמית חופף, והוא סופג אור הנראה בתוקף. עם זאת, במשך זמן רב את יעילות המרת הספק השיא של תאים סולריים SNS נשארה מתחת ל -2%. לאחרונה הפגינו שיא יעילות מוסמכת חדשה של 4.36% באמצעות SNS שהופקד על ידי תצהיר שכבה אטומי, ו3.88% באמצעות אידוי תרמית. הנה הליך הייצור לתאים סולריים שיא אלה מתואר, וההתפלגות הסטטיסטית של תהליך הייצור מדווחת. סטיית התקן של יעילות נמדדת על מצע יחיד היא בדרך כלל מעל 0.5%. כל הצעדים כוללים מבחר מצע וניקוי, מו מקרטעות למגע האחורי (קתודה), בתצהיר SNS, חישול, פסיבציה משטח, Zn (O, S) בחירת שכבת חיץ ותצהיר, מנצח שקוף בתצהיר (האנודה), וmetallization מתוארים. על כל מצע שאנו לפברק 11 מכשירים בודדים, כל אחד עם שטח פעיל 0.25 סנטימטר 2. יתר על כן, מערכת למדידת תפוקה גבוהה של עיקולים נוכחי מתח תחת אור השמש מדומה, ומדידת יעילות קוונטית חיצונית עם הטיה אור משתנה מתוארת. עם מערכת זו אנו מסוגלים למדוד ערכות נתונים מלאים על כל 11 המכשירים באופן אוטומטי ובזמן מינימאלי. תוצאות אלו ממחישות את הערך של לימוד קבוצות מדגם גדולים, במקום להתמקד באופן צר על מכשירי ביצועים הגבוהים ביותר. ערכות נתונים גדולות לעזור לנו להבחין ולתקן מנגנוני הפסד בודדים משפיעים המכשירים שלנו.

Introduction

photovoltaics סרט הדק (PV) ממשיך למשוך עניין ופעילות מחקר משמעותי. עם זאת, הכלכלה של שוק PV הם נודדים במהירות ופיתוח PV סרט דק הצלחה מסחרית הפכו סיכוי מאתגר יותר. יתרונות עלות ייצור על פני טכנולוגיות מבוססות רקיק כבר לא יכולים להיות מובן מאליו, ושיפורים בשתי היעילות והעלות יש לחפש על בסיס שווה. 1,2 לאור מציאות זו שבחרנו לפתח SNS כחומר בולם ל PV סרט דק. יש SNS יתרונות מעשיים פנימיים שיכול לתרגם עלות ייצור נמוכה. אם ניתן להוכיח את יעילות גבוהה, זה יכול להיחשב כתחליף ירידה-לCdTe בPV סרט הדק המסחרי. כאן, הליך הייצור לתאי SNS שיא דיווחו לאחרונה השמש הפגין. אנו מתמקדים בהיבטים מעשיים כגון בחירת מצע, תנאים בתצהיר, פריסת מכשיר, ופרוטוקולי מדידה.

SNS מורכב מאלמנטים שאינם רעילים, כדור הארץ-שפע ולא יקרים (פח וגופרית). SNS הוא (שם מינרלי Herzenbergite) אינרטי ולא מסיסים מוליכים למחצה מוצק עם bandgap עקיף של 1.1 eV, קליטת אור חזקה לפוטונים באנרגיה מעל 1.4 eV (α> 10 4 סנטימטר -1), ומוליכות -type עמ פנימיות עם ריכוז ספק בטווח 15 אוקטובר - 17 אוקטובר סנטימטר -3 3 -. 7 חשוב לציין, SNS מתאדה congruently והוא עד 600 מעלות צלזיוס שלב יציב 8,9 משמעות הדבר היא כי SNS ניתן להפקיד על ידי אידוי תרמית (TE) והגבוה שלה. בת הדודה -Speed, סובלימציה הסגורה החלל (CSS), כפי שהועסקו בייצור של תאים סולריים CdTe. זה גם אומר ששליטת שלב SNS היא הרבה יותר פשוט עבור רוב חומרי PV סרט דקים, בעיקר כולל Cu (ב, Ga) (S, Se) 2 (סיגריות) וCu 2 ZnSnS 4 (CZTS). לכן, EF התאficiency עומד כמכשול העיקרי למסחור של SNS PV, וSNS יכול להיחשב תחליף ירידה-לCdTe פעם יעילות גבוהה הם הפגינו בקנה מידת המעבדה. עם זאת מחסום יעילות זה לא יכול להיות מוגזם. אנו מעריכים כי יעילות השיא חייבת להגדיל בפקטור של ארבעה, מ~ 4% ל~ 15%, על מנת לעודד פיתוח מסחרי. פיתוח SNS כצמיחה הנפתחת בתחליף לCdTe גם ידרוש מסרטים דקים SNS באיכות הגבוהה על ידי CSS, והפיתוח של חומר שותף ברווחים מסוג n שבו SNS ניתן לגדל באופן ישיר.

להלן מתואר הליך צעד-אחר-צעד לבודת SNS שיא תאים סולריים באמצעות שתי טכניקות שונות בתצהיר, תצהיר שכבה אטומי (ALD) וTE. אלד הוא שיטת צמיחה איטית אך עדכני הניב מכשירי היעילות הגבוהים ביותר. TE הוא מהיר יותר ותעשייתי להרחבה, אבל מפגר אלד ביעילות. בנוסף לשיטות תצהיר SNS השונות, TEותאים סולריים אלד שונים במקצת בחישול, פסיבציה פני השטח, וצעדי metallization. צעדי ייצור המכשיר מנויים באיור 1.

לאחר שתאר את ההליך, תוצאות בדיקה עבור מכשירי השיא מוסמכים ודגימות קשורות מוצגות. תוצאות השיא כבר דווחו בעבר. כאן הדגש הוא על חלוקת תוצאות לריצת עיבוד טיפוסית.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

1. תשתית בחירה וחיתוך

  1. רכישה מלוטשת הוופלים Si עם תחמוצת תרמית עבה. למכשירים שדווחו כאן, להשתמש 500 מיקרומטר הוופלים עבים עם ננומטר 300 או תחמוצת תרמית עבה. הקריטריונים לבחירת המצע נדונות בסעיף הדיון.
  2. מעיל ספין הצד המלוטש של רקיק עם photoresist חיובי טיפוסי (SPR 700 או PMMA א 495) ולאפות רך (30 שניות ב 100 מעלות צלזיוס).
    הערה: זוהי שכבת מגן למניעת נזק או זיהום במהלך שלב חיתוך שלאחר מכן.
  3. השתמש במסור למות לחתוך את פרוסות ל1 "× 1" (25.4 x 25.4 מ"מ 2) מצעים רבועים.

2. מצע ניקוי

  1. הסר חלקיקים ושאריות אחרות הנובעים מחיתוך צעד באמצעות אקדח חנקן דחוס, ואחרי אמבטיה קולית במי דה מיונן (DI) במשך 5 דקות ב 45 - 60 ° C.
  2. להסיר את שכבת photoresist עם תואר ראשון קוליה באצטון למשך 5 דקות ב 45 - C ° 60.
  3. נקה את המצע החשוף עם 3 אמבטיות קוליים שלאחר מכן, כל 5 דקות ב 45 - C ° 60: אצטון, אתנול, ואלכוהול איזופרופיל. סיום על ידי ייבוש עם אקדח חנקן דחוס, ואילו מצעים להישאר במנשא קוורץ.

3. מו מקרטע

  1. טען את סי / 2 מצעי SiO נקיים למערכת המקרטעת ואקום גבוה. ודא שצלחת המצע היא מוסק וסיבוב מצע מופעל. למכשירים שדווחו כאן, תהליך במערכת מסחרית עם רובי magnetron נטויים עם 2 "מטרות ומרחק זריקה של כ 4".
  2. להפקיד את השכבה הראשונה (שכבת ההדבקה) בלחץ גבוה יחסית רקע כגון 10 mTorr של Ar. למכשירים שדווחו כאן, תהליך עם כוח המקרטעת של 180 W (DC), אשר נותן שיעור צמיחה של 2.6 A / sec, ושכבת מו ראשונה שהוא עבה 360 ננומטר.
  3. להפקיד השניהשכבה (שכבת מוליך) בלחץ נמוך יחסית רקע כגון 2 mTorr של Ar. השתמש באותו הכח המקרטעת כמו השכבה הראשונה (180 W) ולהפקיד באותו עובי.
    הערה: המכשירים שדווחו כאן היו שכבת מו שנייה שהיו 360 ננומטר עבים, כמו השכבה הראשונה.
  4. לאחר תצהיר מו, לאחסן מצעים תחת ואקום עד שלב תצהיר SNS.

4. SNS הפקדת

הערה: הטכניקה בתצהיר אלד מתוארת בסעיף 4.1, ותצהיר TE מתואר בסעיף 4.2. מערכת התצהיר אלד מוצגת באיור 2, ומערכת בתצהיר TE מוצגת באיור 3.

  1. SNS הפקדה על ידי אלד
    1. לפני הטעינה לתוך הכור, לשים מצעי מו בשואב אוזון UV למשך 5 דקות כדי להסיר חלקיקים אורגניים. לאחר מכן למקם את מצעים על בעל המצע ולהכניס לתוך האזור בתצהיר.
    2. לייצב את טמפה התנורrature ב 200 מעלות צלזיוס לפני שמתחיל בתצהיר.
    3. לגדול SNS דקים סרטים מהתגובה של BIS (N, N '-diisopropylacetamidinato) -tin (II) [Sn (MEC (N -iPr) 2) 2, המכונה כאן Sn (AMD) 2] ומימן גופרתי (H 2 S) 4.
      1. שמור Sn (AMD) 2 מבשר בטמפרטורה קבועה של 95 מעלות צלזיוס. השתמש N 2 גז טהור לסייע למסירת Sn (AMD) 2 אדים מהמכל בתנור לאזור בתצהיר. במהלך כל מחזור אלד, שלוש מנות אספקת Sn (AMD) 2 מבשרים לחשיפה כוללת של 1.1 שני Torr.
      2. להשתמש בתערובת גז של 4% H 2 S בN 2 כמקור הגופרית. ודא שהחשיפה לאדי מימן הגופרתי היא 1.5 Torr שני למנה. ודא שהלחץ החלקי של H 2 S והלחץ הכולל של 2 S H בN 2 הם 0.76 Torr ו -19 Torr, בהתאמה.
    4. לא הגדרהוא שאיבת זמן בין מנת מבשר Sn ו- H 2 S מינון להיות רק 1 שניות (לעומת קצר ביותר נהלים אלד קונבנציונליים האחרים) על מנת להאיץ את התצהיר.
      הערה: מאחר מבשר Sn לא הוסר לחלוטין על ידי זמן שאיבה קצר זה, כמה מבשר Sn שייר נשאר כאשר H 2 S מגיע. כך התהליך יכול להיות מתואר כתהליך CVD פעמו. שיעור הצמיחה של סרט SNS הוא 0.33 A / מחזור, או 0.04 / sec.
  2. SNS הפקדה על ידי TE
    1. ודא שהלחץ קאמרי התהליך הוא 2 x 10 -7 Torr או נמוך יותר. מצעים טען לתוך התא דרך מנעול העומס. החזק את מצעים לצלחת או עם סרטון אחד, או עם בעל מצע מותאם אישית עם כיסים בגודל מתאים, כי הוא מוברג לצלחת המצע.
    2. רמפה המקור וחימום מצע לsetpoints. למכשיר שדווח כאן טמפרטורת המצע היא 240 מעלות צלזיוס, קצב הצמיחה הוא 17; / שניות; כדי להשיג שיעור צמיחה זה להגדיר את טמפרטורת המקור בטווח 550-610 מעלות צלזיוס (העליות נדרשו מקור הטמפרטורה עם זמן לאחת עומס של אבקת מקור). עובי סרט היעד הוא 1,000 ננומטר.
    3. למדוד שיעור בתצהיר משתמש בצג גביש קוורץ (QCM) לפני ואחרי תצהיר סרט SNS ידי הזזת לתוך תא תהליך זרוע QCM. למדידה זה המצע עולה כך שQCM ניתן להעביר למצב צמיחת מצע.
      הערה: השיעור בתצהיר נשאר די קבוע לאורך זמן בתצהיר של 3 שעות (± 0.05 A / סטיית שניות).
    4. לאחר בתצהיר, להעביר את הדגימות חזרה למנעול העומס לפני האוורור לאוויר. במהירות להעביר את הדגימות דרך אוויר לאחסון או בואקום או בתא כפפות אווירת אינרטי לפני שלב העיבוד הבא.
      הערה: זמן חשיפת האוויר מכוון הטיפוסי הוא כ 3 דקות. זמן האחסון הטיפוסי הוא בין יום וaweek.

חישול 5. SNS

הערה: שלב זה מתבצע בצורה קצת שונה עבור תאים סולריים אלד וTE. הליך חישול לתאים סולריים אלד מתואר בסעיף 5.1, ואת ההליך לתאים סולריים TE מתואר בסעיף 5.2. המטרה של חישול נדונה בסעיף הדיון.

  1. לחשל סרטי SNS-גדל אלד בגז H 2 S.
    הערה: שלב זה מתבצע באותה המערכת המשמשת לגידול אלד.
    1. שימוש בגז טהור H 2 S (99.5% טהורים) בקצב זרימה של 40 SCCM ולחץ של 10 Torr.
    2. מחממים את סרט SNS לטמפרטורה של 400 מעלות צלזיוס ולהחזיק עבור שעה 1 בסביבת גז H 2 S. ודא שהגז זורם לאורך כל התהליך, כולל טמפרטורת ramping למעלה ולמטה.
  2. לחשל סרטי SNS גדלו-TE בגז H 2 S. לבצע שלב זה בתנור צינור ייעודי.
    1. ה טעןדגימות דואר על צלחת נקייה קוורץ ושקופיות לאזור חם לאזור של התנור.
    2. לאחר התנור אטום, לטהר שלוש פעמים עם N הטהור 2 ולאפשר לשאוב את לחץ בסיס.
    3. להקים זרימת גז בשיעור של 4% S 2 H 100 SCCM ב 28 Torr.
    4. רמפה הטמפרטורה ל -400 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות. להחזיק ב 400 מעלות צלזיוס במשך שעה 1, ולאחר מכן לאפשר הדגימות להתקרר ללא עזרה בחמה-האזור. לשמור על זרימה מתמדת H 2 S גז ולחץ עד דגימות להתקרר מתחת ל -60 מעלות צלזיוס. הסר את הדגימות וגם להמשיך מייד לשלב הבא, או להכניס אותם לתוך אחסון בתא כפפות גז אינרטי.

6. פסיבציה Surface SNS עם תחמוצת ילידים

הערה: שלב זה מתבצע בצורה קצת שונה עבור תאים סולריים אלד וTE. בתת-סעיף 6.1 הליך פסיבציה המשטח לתאים סולריים אלד מתואר, ואת ההליך לתאים סולריים TE מתואר בסעיף קטן6.2. הפונקציה של שלב זה היא דנה נוסף בסעיף הדיון.

  1. לדגימות גדלו אלד, לגדול בשכבה דקה של SNO 2 על ידי אלד.
    הערה: אנו משתמשים בכור שונה מזה המשמש לגידול SNS.
    1. לגדול SNO 2 על ידי התגובה של אמיד המחזורי של פח [(1,3-bis (1,1-dimethylethyl) -4,5-dimethyl- (4R, 5R) -1,3,2-diazastannolidin-2-ylidene) Sn (II)] ומי חמצן (H 2 O 2). אחסן את מבשר הפח אמיד המחזורי בתנור על 43 מעלות צלזיוס, וH 2 O 2 בbubbler ב RT.
    2. לשמור על טמפרטורת מצע ב 120 מעלות צלזיוס במשך תצהיר.
    3. לחשוף את מבשר הפח וH 2 O 2 באמצעות 0.33 ו -1.5 Torr שני בכל מחזור, בהתאמה, עבור הסכום כולל של 5 מחזורים. בדוק שהעובי של SNO 2 וכתוצאה מכך הוא 0.6 0.7 ננומטר, כפי שנמדד על ידי ספקטרוסקופיה Photoelectron רנטגן ניתוח (XPS) 10.
  2. לדגימות גדלו-TE, יוצר תישכבת n של SNO 2 על ידי חשיפה לאוויר.
    1. לחשוף את הדגימות לאוויר הסביבה מעבדה למשך 24 שעות. בדוק שהעובי של SNO 2 וכתוצאה מכך הוא כ 0.5 ננומטר, כפי שנמדד על ידי ניתוח XPS.
      הערה: RT הטיפוסי הוא 24 ± 1 ° C, והלחות האופיינית היא 45% ± 13% (גבוהה יותר בקיץ); למכשירים שדווחו כאן, הערכים היו 24.6 C ו< 30%, בהתאמה.

7. בתצהיר של Zn (O, S) / Layer ZnO המאגר

הערה: שלב זה מתבצע באותו התא אלד המשמש לSNS צמיחה על ידי אלד.

  1. לגדול Zn (O, S): N שכבה על ידי אלד.
    1. לשמור על טמפרטורת המצע ב 120 מעלות צלזיוס.
    2. לגדול Zn (O, S): N ידי אלד מהתגובה של diethylzinc (Zn (C H 5) 2, Dez 2), מים ללא יונים (H 2 O), H 4% 2 S בN 2, ואמוניה (NH 3) 11. אחסן את contai bubblerנינג Dez ב RT. השתמש רצף מעגל [Dez-H 2 O-Dez-NH 3] 14 - [Dez-H 2 S] 1, וחזור מחזור סופר זה 12 פעמים. ודא שהחשיפה של אמוניה היא 11 שנייה Torr.
    3. בדוק שיחס S / Zn בסרט וכתוצאה מכך הוא 0.14, כפי שנמדד על ידי ספקטרוסקופיה backscattering רתרפורד 12, וכי העובי של הסרט הוא כ 36 ננומטר.
  2. לגדול שכבת תחמוצת אבץ על ידי אלד.
    1. לשמור על טמפרטורת המצע ב 120 מעלות צלזיוס.
    2. לגדול ZnO עם 50 מחזורי ALD של Dez-H 2 O.
      הערה: העובי של סרט תחמוצת האבץ וכתוצאה מכך הוא כ 18 ננומטר.

8. בתצהיר של תחמוצת הניצוח השקוף (TCO), אינדיום טין אוקסיד (איטו)

  1. חותך מסכות צל איטו מ0.024 "(610 מיקרומטר) אלומיניום 6061 גיליון באמצעות חותך לייזר מעבדה.
    הערה: המסכות להגדיר 11 מכשירים מלבניים שהם 0.25 סנטימטר 2 בבתוספת גודל כרית גדולה בפינה אחת המשמשת למדידות אופטיות רפלקטיביות, ראה איור 4.
  2. הר המכשירים ומסכות בaligner מסכה.
    הערה: זוהי צלחת אלומיניום עם כיסים מקוננים למצע ומסכות וסרטונים כדי לאבטח את המסכות במקום.
  3. איטו הפקדה על ידי המקרטעת magnetron תגובתי.
    1. לחמם את המצע לכ 80-90 C ולאפשר סיבוב מצע.
    2. השתמש יעד איטו קוטר 2 אינץ '(ב 2 O 3 / Sno 2 90/10 WT.%, 99.99% טהורים) בשעה 65 כוח המקרטעת W RF עם זרימת גז 2 Ar / O 40 / 0.1 SCCM ב 4 mTorr לחץ כולל.
    3. לגדול סרט איטו עבה 240 ננומטר.
      הערה: עם הפרמטרים האלה, שיעורי צמיחה של התנגדויות 0.5 A / sec וגיליון בטווח 40 - 60 Ω / מ"ר מושגות.

9. Metallization

  1. מסכות צל metallization Cut ממיקרומטר 127 אוסטן עבהגיליון נירוסטה itic.
    הערה: מסכות אלה נחתכות עם + 10 / -5 סובלנות מיקרומטר על ידי חברה מסחרית. דפוס המתכת מורכב 2 אצבעות מופרדות על ידי 1.5 מ"מ, כל עוד 7 מ"מ, וכרית מגע 1 x 1 מ"מ 2, ראו איור 4.
  2. הר המכשירים ומסכות בaligner מסכה, כמו בשלב 8.2.
  3. הפקדת Ag (למכשירי TE) או ניקל / אל (למכשירי ALD) על ידי אידוי קרן אלקטרונים.
    1. aligner מסכת ההר לצלחת המצע של מערכת אידוי מתכות אלומת אלקטרונים. לשאוב עד לחץ בסיס מתחת 1 x 10 -6 Torr.
    2. להתאדות מתכת בשיעור של 2 / sec. להפקיד 500 עובי כולל מתכת ננומטר.

אפיון 10. התקן

  1. בצע נוכחי מתח ("J - V") מדידות בכל ההתקנים באור השמש הכהה ובAM1.5 מדומה.
    1. לכייל סימולטור הסולרי על ידי איסוף J - fr נתונים Vאום תאים סולריים סיליקון מכויל והתאמת כוח מנורת סימולטור השמש וגובה עד שמגיע לערך הנוכחי המכויל לinsolation AM1.5.
    2. צור מכשירים במצב ארבעה-תיל באמצעות טיפים בדיקה כפולים בריליום הנחושת לפנות לשתי העליון (האנודה, Ag או אל) ותחתון שכבות (קתודה, מו). צור השכבה התחתונה על ידי גירוד משם שכבות החיץ וSNS עם להב סכין מנתחים.
    3. מדד אור וחושך J - נתונים V באמצעות מקור מטר במתח המקור והמדידה נוכחי.
      הערה: מכשירים נמדדים בדרך כלל בטווח ± 0.5 V. המכשירים אינם מגיבים לכיוון או השיעור של מטאטא המתח. לבדיקה שגרתית אינו משמש צמצם אור הגדרת אזור, ראה סעיף דיון לקבלת פרטים נוספים.
  2. בצע את יעילות חיצונית קוונטים (EQE) מדידות בכל ההתקנים, עם אור משתנה והטית מתח.
    1. לכייל את מערכת EQE ידי מדידת respoNSE של photodiode כיול סי.
      הערה: התוכנה משווה את הנתונים למדידות שבוצעו עם סטנדרטי כדי להתאים את רמת האור בהתאם מגובה NIST.
    2. צור מכשירים בשיטת ארבעת חוטים, כמו בשלב 10.1.2.
    3. למדוד EQE באמצעות מערכת מסחרית אשר מאירה את המדגם עם אור מונוכרומטי הקצוץ ב 100 הרץ על פני טווח אורך גל של 270 ננומטר 1,100 ומודד את הזרם וכתוצאה מכך. לבצע מדידה זו על פי נוהל העבודה הרגיל של היצרן.
    4. חזור על מדידת EQE עם מתח משתנה והטית אור לבנה. השתמש SourceMeter לספק ההטיה המתח, ומנורת הלוגן לספק הטיה הקלה. למדוד מכשירים בשני קדימה לאחור הטיה מתח, ותחת עד ~ שמשות 1 משתנה עוצמת אור לבנה.
    5. למדוד החזרה אופטית (% R) של המשטח העליון איטו באמצעות ספקטרופוטומטר עם כדור שילוב כדי להמיר חיצוני לפנימייעילות הקוונטית (IQE). לבצע מדידה זו על פי נוהל העבודה הרגיל של היצרן.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

איורים 6-8 תוצאות מוצגות לשני מדגמים מייצגים "בסיס" גדלו-TE כפי שתוארו לעיל. J מואר - נתונים V לשתי דגימות אלה הוא להתוות איור 6 המדגם הראשון ("SnS140203F") הניב את המכשיר ביעילות מוסמכת של 3.88% שדווחה בעבר 9 הפצות הנציג JV מוצגות גם ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

ניקוי בחירת מצע

הוופלים Si חמצון משמשים כמצעים. מצעים הם התמיכה המכנית לתאים סולריים וכתוצאה מכך, והתכונות חשמליות שלהם אינן חשובות. הוופלים Si הם העדיפו לזכוכית, כי הוופלים Si לרכוש מסחרי הם בדרך כלל נקיים יותר מופלי זכוכי...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

יש המחברים אין לחשוף.

Acknowledgements

המחברים מבקשים להודות לפול Ciszek וקית 'אמרי מהאנרגיה מתחדשים המעבדה הלאומית (NREL) למדידות JV מוסמכים, ריילי ברנדט (MIT) למדידות ספקטרוסקופיה Photoelectron, וג'ף קאטר (ASU) להשראה לסעיף בדיקת השערות. עבודה זו נתמכת על ידי משרד אנרגיה האמריקאי באמצעות יוזמת SunShot תחת חוזה DE-EE0005329, ועל ידי רוברט בוש LLC דרך רשת חקר האנרגיה בוש תחת מענק 02.20.MC11. V. טיינמן, ר 'Jaramillo, וק הרטמן מכירים את התמיכה של, קרן אלכסנדר פון הומבולדט, דוקטורים פרס מחקר DOE EERE, ואינטל דוקטורט מלגה, בהתאמה. שימוש שנעשה עבודה זו של המרכז למערכות ננו באוניברסיטת הרווארד אשר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע תחת הפרס ECS-0335765.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Quartz wafer carrierAM Quartz, Gainesville, TXbespoke design
Sputtering systemPVD ProductsHigh vacuum sputtering system with load lock
4% H2S in N2Airgas Inc.X02NI96C33A5626
99.5% H2SMatheson TrigasG1540250
SnS powderSigma Aldrich741000-5G
Effusion cellVeeco35-LTLow temperature, single filament effusion cell
diethylzinc (Zn(C2H5)2)Strem Chemicals93-3030
Laser cutterElectroxScorpian G2Used for ITO shadow masks
ITO sputtering target (In2O3/SnO2 90/10 wt.%, 99.99% pure)Kurt J. LeskerEJTITOX402A4
Metallization shadow masksMicroConnexbespoke design
Electron Beam EvaporatorDentonHigh vacuum metals evaporator with load-lock
AM1.5 solar simulatorNewport Oriel911941,300 W Xe-lamp using an AM1.5G filter
SpectrophotometerPerkin ElmerLambda 950 UV-Vis-NIR150 mm Spectralon-coated integrating sphere
Calibrated Si solar cellPV MeasurementsBK-7 window glass
Double probe tipsAccuprobeK1C8C1F
Souce-meterKeithley2400
Quantum efficiency measurement systemPV MeasurementsQEX7
Calibrated Si photodiodePV Measurements
High-throughput solar cell test stationPV Measurementsbespoke design
Inert pump oilDuPontKrytoxPFPE oil, grade 1514; vendor: Eastern Scientific
H2S resistant elastomer o-ringsDuPontKalrezcompound 7075; vendor: Marco Rubber
H2S resistant elastomer o-ringsMarco RubberMarkezcompound Z1028
H2S resistant elastomer o-ringsSeals Eastern, Inc.Aflasvendor: Marco Rubber

References

  1. Woodhouse, M., Goodrich, A., et al. Perspectives on the pathways for cadmium telluride photovoltaic module manufacturers to address expected increases in the price for tellurium. Solar Energy Materials and Solar Cells. 115, 199-212 (2013).
  2. Bloomberg New Energy Finance University 2013 - renewable energy, CCS, EST. , Available from: http://about.bnef.com/presentations/bnef-university-renewable-energy-ccs-est/ (2013).
  3. Ramakrishna Reddy, K. T., Koteswara Reddy, N., Miles, R. W. Photovoltaic properties of SnS based solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 90 (18-19), 3041-3046 (2006).
  4. Sinsermsuksakul, P., Heo, J., Noh, W., Hock, A. S., Gordon, R. G. Atomic Layer Deposition of Tin Monosulfide Thin Films. Advanced Energy Materials. 1 (6), 1116-1125 (2011).
  5. Noguchi, H., Setiyadi, A., Tanamura, H., Nagatomo, T., Omoto, O. Characterization of vacuum-evaporated tin sulfide film for solar cell materials. Solar Energy Materials and Solar Cells. 35, 325-331 (1994).
  6. Hartman, K., Johnson, J. L., et al. SnS thin-films by RF sputtering at room temperature. Thin Solid Films. 519 (21), 7421-7424 (2011).
  7. Tanusevski, A. Optical and photoelectric properties of SnS thin films prepared by chemical bath deposition. Semiconductor Science and Technology. 18 (6), 501(2003).
  8. Sharma, R. C., Chang, Y. A. The S−Sn (Sulfur-Tin) system. Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 7 (3), 269-273 (1986).
  9. Steinmann, V., Jaramillo, R., et al. 3.88% Efficient Tin Sulfide Solar Cells using Congruent Thermal Evaporation. Advanced Materials. 26 (44), 7488-7492 (2014).
  10. Sinsermsuksakul, P., Sun, L., et al. Overcoming Efficiency Limitations of SnS-Based Solar Cells. Advanced Energy Materials. 4 (15), 1400496(2014).
  11. Hejin Park, H., Heasley, R., Gordon, R. G. Atomic layer deposition of Zn(O,S) thin films with tunable electrical properties by oxygen annealing. Applied Physics Letters. 102 (13), 132110(2013).
  12. Palmetshofer, L. Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS). Surface and Thin Film Analysis. , Available from: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9783527636921.ch11/summary 191-202 (2011).
  13. Scofield, J. H., Duda, A., Albin, D., Ballard, B. L., Predecki, P. K. Sputtered molybdenum bilayer back contact for copper indium diselenide-based polycrystalline thin-film solar cells. Thin Solid Films. 260 (1), 26-31 (1995).
  14. Malone, B. D., Gali, A., Kaxiras, E. First principles study of point defects in SnS. Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 26176-26183 (2014).
  15. Vaux, D. L. Research methods: Know when your numbers are significant. Nature. 492 (7428), 180-181 (2012).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

99

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved