The authors acknowledge the support of the Cambridge Overseas and Commonwealth Trust, the Rutherford Foundation of New Zealand, Girton College Cambridge. This work has been funded by ERC Advanced Investigator Grant, Novox, ERC-2009-adG247276 and by the EPSRC (under RGS3717).

Bakır oksit alt tabakaların hazırlanması 1. <ol><li> Bakır folyonun oksidasyonu <ol><li> aseton sonicating ile 13 mm x 13 mm kareler ve temiz içine 0,127 mm kalınlığında bakır folyo kesin. </li><li> sürekli fırının içinden Ar gazı akan ise 1.000 ° C&#39;ye bakır folyo ısıtın. oksidasyon boyunca gaz analizörü ile fırının gaz ortam izleyin. 1.000 ° C sıcaklığa ulaşıldığında, 10,000 ppm oksijen kısmi basıncı elde etmek ve en az 2 saat boyunca tutmak için bir akış oranında fırına oksijen getirmektedir. 2 saat sonra, oksijeni kapatın ama akan Ar gazı tutmak. </li><li> 500 ° C&#39;ye kadar fırın (Ar gazı akan tutmak) serinleyin. fırından pota hızlı çekilmesi ile okside örnekleri gidermek. hızlı onları soğutmak için deiyonize suya yüzeylerde batırın. </li></ol></li><li> Cu 2 O Dağlama <ol><li> arka arkaya uygulanarak alt-tabakaların bir tarafı Etchseyreltilmiş nitrik asit damla (1: H2O ve% 70 HNO 3 1 karışımı) yüzeyinden bakır oksit kaldırın. Hiçbir gri filmi Cu 2 O yüzeyde görünür oluncaya kadar gravür devam edin. DİKKAT: Bu işlem, bir çeker ocak içinde gerçekleştirilir. </li><li> Hemen dağlama sonra deiyonize su içinde her bir alt-tabakanın yıkayın ve izopropanol içinde sonikasyon. Bir hava tabancası ile kuru. </li><li> Depozito bir direnç buharlaştırıcı içinde bir tungsten tekne yerleştirilen bir 1 gr altın pelet buharlaştırılması ile Cu 2 O substratların kazınmış yüzüne altın 80 nm. Kullanım taban basıncı 8 x 10 -6 mbar ve 4 A akım 0.8 Å / sn buharlaşma oranına ulaşması. </li><li> yüzey üzerine asit düşüşü uygulanarak seyreltik nitrik asit içinde substratların diğer tarafı Etch. asit diğer tarafta altın filmi etch olmadığından emin olun. bölüm 1.2.2 de açıklandığı gibi durulayın ve sonikasyon. </li><li> siyah yalıtım boya ile yüzeyler örtün (yüksek sıcaklık e kullanmakgüneş pili aktif alanın yaklaşık olarak 0.1 cm 2 lik bir maskesiz bölgeyi terk, bir boya fırçası kullanarak ngine emaye). tamamen marker kalem ile arka tarafta altın elektrot örtün. </li></ol></li></ol> 2. yatırmak Zn 1-x Mg x O Kullanımı AP-SALD Reaktörü Not:.. Mevduat Zn 1-x, Mg x Kodak tarafından geliştirilen özgün tasarım uyarlanan 2 O yüzeylerde Bu çalışmada 13, ısmarlama AP-SALD reaktör kullanılmıştır Cu maskesiz tarafında, üzerinde Ey filmler 11,12 Ayrıntılar reaktör özelleştirme Ref verilmiştir. 12. <ol><li> Set-up AP-SALD sistemi aşağıdaki gibi: <ol><li> Mg habercisi olarak Zn öncüsü ve bis (etilsiklopentaddienil) magnezyum gibi dietilçinko (DEZ) kullanın. Bunlar her biri kendi ayrı cam kabarcık içinde bulunan sıvı öncüleri. ön-piroforiktir ve hava ya da su ile temas asla. biriktirme sistemi gaz sıkı. </li><li> çinko oksit birikimi için, oda sıcaklığında bulunan 25 ml / dakika, (20 ° C) dietilçinko ile azot gazı kabarcıkları hızını ayarlayın. Çinko, magnezyum oksit birikimi için, (55 ° C&#39;ye kadar ısıtılır) bis (etilsiklopentadienil) magnezyum ile 6 ml / dak, 200 ml / dk dietilçinko geçirilerek hızı ayarı her ön-gaz fraksiyonu ayarlamak için kontrol Zn 1-X mg x O Mg oranı Zn </li><li> 100 ml / dakika, metal ön madde karışımı nitrojen taşıyıcı gazın akış hızını ayarlayın. oksidan olarak kullanıldığında deiyonize su yoluyla 100 mL / dakika kabarcık azot gazı. Bu buhar, azot taşıyıcı gaz / dakika, 200 ml akan seyreltilmiştir. </li><li> 500 ml / gaz manifolduna dk azot gazı akış. AP-SALD gaz manifoldu, bu azot gazı dört ayrı kanallara bölünür. Her kanal mekansal aralarında metal ön madde karışımı kanalında iki oksitleyici kanallarını ayırmak için hizmet eder. </li></ol&gt; </li><li> su dolaşan ile 40 ° C arasında bir sıcaklıkta gaz manifoldu tutun. (- 150 ° C 50) istenilen sıcaklığa sahne (hareketli merdane) ısıtın. </li><li> Plakayı kontrol yazılımı ile istenilen numune kafaya mesafesi, örnek büyüklüğü, merdane hızı (50 mm / sn) ve salınımlar sayısı (döngüleri) ayarlayın. ZnO çökeltme oranı 1.1 nm / saniye (ya da döngü başına), Zn 1-X mg x O çökelme hızı, 150 ° C&#39;de, yaklaşık 0.54 nm / sn&#39;dir. birikim döngüsü tipik sayısı 200&#39;dür. </li><li> 400 salınımları veya açık bir kalın homojen bir film görülebilir kadar bir bardak slayt istenilen oksit yatırın. </li><li> Gerekirse, daha sonra gaz manifoldu altında yer cam maske alt tabakayı yerleştirin. substrat üzerinde 50 um kafa (gaz manifoldu) yükseklik ayarlayın. </li><li> Zn 1-x x O ilk Mg öncüsü kabarcık, sonra Zn öncüsü kabarcık vanaları açarak filmler, daha sonra MOVI başlatmak Mg depozitYazılımda &quot;birikimi start&quot; tıklayarak gaz manifoldu altında plakasını ng. Sadece ısıtıldı ise oksidan Cu 2 O yüzeyi maruz kalmasını önlemek amacıyla metal ön madde 5 salınımlı alt-tabakanın tarama sonra H2O bubbler açın. </li><li> Birikim bittiğinde, mümkün olduğunca çabuk ısıtılmış merdane Cu 2 O yüzeyler kaldırmak ve metal öncülerinin bubbler vanalarını kapatın. herhangi bir tevdi oksit tozu kaldırmak için bir bıçak ile manifolduna gaz kanalları temizleyin. 2.6 de tarif edildiği gibi bir sonraki yerleştirme çevrimi başlatın. </li><li> Bittiğinde, azot vanaları kapatmadan önce 30 dakika süreyle sistemi temizlemek. </li></ol> İTO 3. Püskürtme <ol><li> Aşağıdaki koşullarda 20 fışkırtması doğru akım magnetron tarafından indiyum kalay oksit (İTO) 175 nm sputter. Gücü 20 W, taban basıncı &lt;10 -9 mbar, Ar basıncı 2.5 Pa 35 nm püskürtme hızında / dk, BT sputter175 nm kalınlığında İTO film için 5 dakika boyunca O. Elde edilen İTO / ZnO / Cu 2 O hetero Şekil 3 &#39;de gösterilmiştir. </li></ol> Cihazların 4. Bitirme <ol><li> altın elektrot maruz aseton ile altın elektrottan işaretleyici kalem temizleyin. </li><li> İTO ve Au elektrotlar üzerine Ag macun ile 2 ince teller yapışmasını tarafından elektrik temas uygulayın. </li></ol>

<ol>
	<li>Meyer, B. K., 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=Binary+copper+oxide+semiconductors:+From+materials+towards+devices.">Binary copper oxide semiconductors: From materials towards devices.</a> Phys. Status Solidi (B). 249 (8), 1487-1509 (2012).</li><li>Mittiga, A., Salza, E., Sarto, F., Tucci, M., Vasanthi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heterojunction+solar+cell+with+2%+efficiency+based+on+a+Cu2O+substrate.">Heterojunction solar cell with 2% efficiency based on a Cu2O substrate.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (16), 163502 (2006).</li><li>Minami, T., Miyata, T., Nishi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cu2O-based+heterojunction+solar+cells+with+an+Al-doped+ZnO/oxide+semiconductor/thermally+oxidized+Cu2O+sheet+structure.">Cu2O-based heterojunction solar cells with an Al-doped ZnO/oxide semiconductor/thermally oxidized Cu2O sheet structure.</a> Solar Energy. 105, 206-217 (2014).</li><li>Duan, Z., Du Pasquier, A., Lu, Y., Xu, Y., Garfunkel, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Mg+composition+on+open+circuit+voltage+of+Cu2O-MgxZn1&#8722;xO+heterojunction+solar+cells.">Effects of Mg composition on open circuit voltage of Cu2O-MgxZn1&#8722;xO heterojunction solar cells.</a> Sol. Energ. Mat. Sol. C. 96, 1-6 (2011).</li><li>Minami, T., Nishi, Y., Miyata, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-efficiency+Cu2O-based+heterojunction+solar+cells+fabricated+using+a+Ga2O3+thin+film+as+n-type+layer.">High-efficiency Cu2O-based heterojunction solar cells fabricated using a Ga2O3 thin film as n-type layer.</a> Appl. Phys. Express. 6 (4), 044101 (2013).</li><li>Lee, Y. S., 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=Atomic+layer+deposited+gallium+oxide+buffer+layer+enables+1.2+v+open-circuit+voltage+in+cuprous+oxide+solar+cells.">Atomic layer deposited gallium oxide buffer layer enables 1.2 v open-circuit voltage in cuprous oxide solar cells.</a> Adv. Mater. 26 (27), 4704-4710 (2014).</li><li>Pavan, M., 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=TiO2/Cu2O+all-oxide+heterojunction+solar+cells+produced+by+spray+pyrolysis.">TiO2/Cu2O all-oxide heterojunction solar cells produced by spray pyrolysis.</a> Sol. Energ. Mat. Sol. C. 132, 549-556 (2015).</li><li>Ievskaya, Y., Hoye, R. L. Z., Sadhanala, A., Musselman, K. P., MacManus-Driscoll, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+ZnO/Cu2O+heterojunctions+in+atmospheric+conditions:+Improved+interface+quality+and+solar+cell+performance.">Fabrication of ZnO/Cu2O heterojunctions in atmospheric conditions: Improved interface quality and solar cell performance.</a> Sol. Energ. Mat. Sol. C. 135, 43-48 (2015).</li><li>Minami, T., Nishi, Y., Miyata, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heterojunction+solar+cell+with+6%+efficiency+based+on+an+n-type+aluminum-gallium-oxide+thin+film+and+p-type+sodium-doped+Cu2O+sheet.">Heterojunction solar cell with 6% efficiency based on an n-type aluminum-gallium-oxide thin film and p-type sodium-doped Cu2O sheet.</a> Appl. Phys. Express. 8, 022301 (2015).</li><li>Munoz-Rojas, D., MacManus-Driscoll, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+Atmospheric+Atomic+Layer+Deposition:+A+new+laboratory+and+industrial+tool+for+low-cost+photovoltaics.">Spatial Atmospheric Atomic Layer Deposition: A new laboratory and industrial tool for low-cost photovoltaics.</a> Mater. Horiz. , (2014).</li><li>Hoye, R. L. Z., 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=Research+Update:+Atmospheric+pressure+spatial+atomic+layer+deposition+of+ZnO+thin+films:+Reactors,+doping,+and+devices.">Research Update: Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition of ZnO thin films: Reactors, doping, and devices.</a> APL Mat. 3 (4), 040701 (2015).</li><li>Hoye, R. L. Z., Mu&#241;oz-Rojas, D., Musselman, K. P., Vaynzof, Y., MacManus-Driscoll, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+Modeling+of+Uniform+Complex+Metal+Oxides+by+Close-Proximity+Atmospheric+Pressure+Chemical+Vapor+Deposition.">Synthesis and Modeling of Uniform Complex Metal Oxides by Close-Proximity Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 7, 10684-10694 (2015).</li><li>Hoye, R. L. Z., 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=Improved+open-circuit+voltage+in+ZnO-PbSe+quantum+dot+solar+cells+by+understanding+and+reducing+losses+arising+from+the+ZnO+conduction+band+tail.">Improved open-circuit voltage in ZnO-PbSe quantum dot solar cells by understanding and reducing losses arising from the ZnO conduction band tail.</a> Adv. Energy Mat. 4 (8), 1301544 (2014).</li><li>Hoye, R. L. Z., 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=Enhanced+Performance+in+Fluorene-Free+Organometal+Halide+Perovskite+Light-Emitting+Diodes+using+Tunable,+Low+Electron+Affinity+Oxide+Electron+Injectors.">Enhanced Performance in Fluorene-Free Organometal Halide Perovskite Light-Emitting Diodes using Tunable, Low Electron Affinity Oxide Electron Injectors.</a> Adv. Mater. 27, 1414-1419 (2014).</li><li>Hoye, R. L. Z., Musselman, K. P., MacManus-Driscoll, J. 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+Update:+Doping+ZnO+and+TiO2+for+solar+cells.">Research Update: Doping ZnO and TiO2 for solar cells.</a> APL Mat. 1 (6), 060701 (2013).</li><li>Ohtomo, 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=MgxZn1-xO+as+a+II-VI+widegap+semiconductor+alloy.">MgxZn1-xO as a II-VI widegap semiconductor alloy.</a> Appl. Phys. Lett. 72 (19), 2466-2468 (1998).</li><li>Su, S. C., 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=Valence+band+offset+of+ZnO4H-SiC+heterojunction+measured+by+x-ray+photoelectron+spectroscopy.">Valence band offset of ZnO4H-SiC heterojunction measured by x-ray photoelectron spectroscopy.</a> Appl. Phys. Lett. 92 (19), 1-4 (2008).</li><li>Lee, S. W., 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=Improved+Cu2O-based+solar+cells+using+atomic+layer+deposition+to+control+the+Cu+oxidation+state+at+the+p-n+junction.">Improved Cu2O-based solar cells using atomic layer deposition to control the Cu oxidation state at the p-n junction.</a> Adv. Energy Mat. 4 (11), 1301916 (2014).</li><li>Brandt, R. E., 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=Band+offsets+of+n-type+electron-selective+contacts+on+cuprous+oxide+(Cu2O)+for+photovoltaics.">Band offsets of n-type electron-selective contacts on cuprous oxide (Cu2O) for photovoltaics.</a> Appl. Phys. Lett. 105 (26), 263901 (2014).</li><li>Hakimi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Magnetism and spin transport studies on indium tin oxide. , (2011).</li><li>Biccari, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Defects and doping in Cu2O. , (2009).</li><li>Schmidt-Whitley, R., Martinez-Clemente, M., Revcolevschi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+and+microstructural+control+of+single+crystal+cuprous+oxide+Cu2O.">Growth and microstructural control of single crystal cuprous oxide Cu2O.</a> J. Cryst. Growth. 23 (2), 113-120 (1974).</li><li>Laughlin, D. E., Hono, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predominance+phase+diagram+for+the+Cu-O2+system.">Predominance phase diagram for the Cu-O2 system.</a> Physical Metallurgy. 1, 219 (2014).</li><li>Kronemeijer, A. J., 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=Two-dimensional+carrier+distribution+in+top-gate+polymer+field-effect+transistors:+correlation+between+width+of+density+of+localized+states+and+Urbach+energy.">Two-dimensional carrier distribution in top-gate polymer field-effect transistors: correlation between width of density of localized states and Urbach energy.</a> Adv. Mater. 26 (5), 728-733 (2014).</li><li>Hoye, R. L. Z., 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=Perspective:+Maintaining+surface-phase+purity+is+key+to+efficient+open+air+fabricated+cuprous+oxide+solar+cells.">Perspective: Maintaining surface-phase purity is key to efficient open air fabricated cuprous oxide solar cells.</a> APL Mat. 3, 020901 (2015).</li><li>Poodt, P., 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=Spatial+atomic+layer+deposition:+A+route+towards+further+industrialization+of+atomic+layer+deposition.">Spatial atomic layer deposition: A route towards further industrialization of atomic layer deposition.</a> J. Vac. Sci. Technol., A. 30 (1), 010802 (2012).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Protokolü içinde kritik adımlar CuO substrat yüzeyi oksidasyona Cu 2 O tarafından şart koşulmaktadır. Bu son zaman alt-tabakalar, Zn 1-X mg x O birikimi önce açık havada harcama en aza indirerek, oksidasyon sonrası ve altın elektrod buharlaştırılmasından sonra herhangi bir CuO kaldırmak için seyreltik nitrik asit içinde substratların aşındırma ve çökelmesini içerir Zn 1-x Mg x O Cu 2 AP-sald tarafından O yüzeylerde. Geleneksel ALD göre AP-sald avantajı filmleri büyüklüğü daha yüksek bir veya iki emir olan bir büyüme oranı ile bir vakum dışında yetiştirilen olmasıdır. Bununla birlikte, bu Cu 2 O alt-tabakalar en azından bir ince CuO tabaka yüzeyinde meydana getirmek üzere yeterli bir birikimi önce yüksek bir sıcaklıkta hava içinde oksidanlara maruz olduğu anlamına gelmektedir. Bu görünüşte bazı oksidasyona duyarlı materia AP-SALD yönteminin uygulanmasını kısıtlarls. Bununla birlikte, sıcaklık ve zaman gibi AP-SALD koşullarını optimize etmenin yanı sıra, hava ve neme Cu 2 O maruz kalmayı minimuma indirerek, ZnO / Cu 2 O cihazları dönüşüm verimliliğinin altı katlık bir artış elde edilmiştir AP-sald kullanılarak yapılan . Iyileştirme CuO oksidasyona Cu 2 O bakır hetero güneş hücreleri bir malzeme olarak oksit ve buna bağlı olarak üretim protokolü modifiye ana kısıtlayıcı faktör anlama geldi. Tamamen bakır oksit oksitlenmesini önlemek için, alt-tabakalar, AP-sald gibi açık hava biriktirme tekniği kullanıldığında zor olabilir her zaman, bir atıl atmosfer içinde ya da vakum içinde tutulması gerekir. Cu 2 O oksidasyon, büyük ölçekli üretim için vakum göre tekniklerin 3,18, önlenir birlikte, sorun, atmosferik üretim işlemlerinde minimize edilebilir olması önemlidir. AP-sald, alt-tabaka yüzeyi maruz edilebilirheteroarayüzeylerdeki oluşumu öncesinde ve n-tipi oksit birikimi sırasında oluşan gaz kullanarak CuO azalma ile Cu 2 O oksidasyon dengeleyerek indirgeyici maddeler. 25 indirgeyici madde, bir olabilir, AP-sald kullanılan bir indirgeme gazı (örneğin n, 2 +% 5 H2 25) ya da biriktirilmesinden önce bir indirgeme öncüsü ile bir döngü sayısı, yani, susuz döngüler, sırayla geri CuO azaltmak için bir inert gaz kanşımı Cu 2 O ZnO oksit yüzeyinde büyümeye başlar hemen önce. Bu çalışmada, standart bir protokol açık havada AP-sald tarafından pn eklem oluşumuna Cu 2 O işleme ve dağlama gelen fabrikasyon adımlarını optimize CuO oluşumunu en aza indiren geliştirilmiştir. Bu çalışmanın başarısı, ucuz ve ölçeklenebilir fotovoltaik cihazları uygulama için gelecek vaat eden bir yöntem olarak, AP-sald potansiyelini gösterir. insizyon DEPOS için kullanılabilirn ve p-tipi yarı iletken metal oksitlerin çeşitli ition olarak bloke, tampon ve plastik de dahil olmak üzere, ısıya duyarlı alt tabakalar üzerinde güneş hücreleri bariyer katmanları.

Bakır oksit (Cu 2 O) bir toprak bol toksik olmayan p-tipi yarı iletken malzeme 1&#39;dir. 2 eV bant aralığı ile, bakır oksit heteroeklem veya tandem güneş hücreleri ışık emici rolünü yerine getirebilir. Heterojunction güneş hücreleri, Cu 2 O bir daha fazla bilgi için (çeşitli n-tipi geniş bant aralığı gibi O 3 5,6 ZnO 2 ve katkılı varyasyonları 3,4, Ga 2 olarak yarı iletkenler ve TiO2 7 ile eşleştirilmiş olduğu bilinmektedir Cu 2 O fotovoltaik hakkında detaylı bakış bkz Ref. 8). Cu H2O göre hetero güneş hücreleri gelişimi hetero sentezlenmesi için bir yöntem aşağıdaki her bir veri noktası için gösterilen, Şekil 1 &#39;de sunulmuştur. Bir (% 6.1 9 kadar) elde edilmesi gibi darbeli lazer birikimi (PLD) veya daha yüksek güç dönüşüm verimliliği için izin verilen atom tabakası birikimi (ALD) olarak bu vakum tabanlı yöntemleri not alabilir. contrast gibi elektrokimyasal biriktirme (AKD) gibi non-vakum sentez yöntemleri için verimlilikleri düşük kalmıştır. Bununla birlikte, düşük Fotovoltaik bir vakum dış hetero sentezlenmesi için daha iyidir. hetero oluşumu vakumsuz ölçeklenebilir tekniği daha uygun bir alternatif de, böyle bir yöntem ile yüksek kalitede bir arabirim oluşturmak için zor olmaya devam etmektedir. Cu 2 için bu çalışmada biz bir açık hava kullanmak, mekansal atomik tabaka biriktirme (AP-SALD) atmosfer basıncı denir ölçeklenebilir ince film kaplama işlemi büyümeye n-tipi oksitler güneş hücreleri O tabanlı. Geleneksel ALD AP&#39;nin-sald ilerlemesi Birincisinde, ön alanı yerine süresi 10 ayrılmış olmasıdır. Yerleştirme işlemi sırasında bir alt tabaka ve geriye Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi, tesirsiz gaz kanal ayrılmış ön-gaz kanalları içeren bir gaz irtibat borusu altında ısıtılmış bir merdane üzerinde salınım yapar. Precurs taşıyan nitrojen gazıors aşağı yanal hareket merdane doğru gaz manifoldu arasında dikey akar. Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi, baskı levhası salınım nedeniyle, alt-tabaka üzerindeki her bir nokta, ardışık olarak oksidan ve metal öncüleri maruz kalmaktadır. Bu, tabaka tabaka büyümeye metal oksit film sağlar. AP-SALD reaktör tasarımı ve işletimi ayrıntılı bir açıklama başka bir yerde bulunabilir. 11,12 Bu yaklaşım birikimi hızlı roll-to-roll işleme ile uyumludur geleneksel ALD ve dış vakum, daha büyüklükte bir ya da iki emir meydana sağlar . AP-sald tarafından üretilen yüksek kaliteli konformal oksit filmler güneş hücreleri 13 gibi düşük maliyetli işlevsel cihazlara da uygulanabilir AP-SALD filmler sağlar plastik de dahil olmak üzere çeşitli substratlar üzerinde (&lt;150 ° C) düşük sıcaklıkta yatırılabilir , ışık yayan diyotlar 14 ve ince film transistörler 15. ölçüye AP-SALD gazı manifolduBu çalışmada kullanılan mekanik merdane üzerine yerleştirilen alt tabaka üzerinde tutuldu. Bu gaz akış hızlarının alt tabaka manifoldu aralık bağımsız kontrolünü sağladı. 50 um arasında büyük bir boşluk gaz fazında metal ön maddesi ve oksidanın arasındaki karışma sonuçlandı kullanılmıştır. Bu nedenle, AP-SALD reaktör kimyasal buhar biriktirme (CVD) olarak işletilmiştir. Filmler daha yüksek bir hızda büyüdü fakat hala yüksek kalınlığının üniform ve ALD filmler aynı ısılarda kristal şeklinde edildi, bu ALD modunda çalışan üzerinde avantajlı olduğu bulunmuştur. 12 Burada, hala reaktöre bakınız diğer AP-SALD reaktörler aynı temel tasarım prensiplerini çünkü bir AP-SALD reaktörü. 11 Biz özellikle, çinko oksit ve çinko oksit, magnezyum olarak, güneş pilleri için n-tipi katmanın için reaktör kullanılır (Zn 1-X mg x O 16,17). Mg int birleştirilereko ZnO nedeniyle bant kuyruk termalizasyon 13 ve arayüzey rekombinasyon kayıpları azaltmak için önemli olan, iletim bandı ayarlanabilir olmasını sağlar. 18,19 Burada elde edilecek geliştirilmiş arayüzü kalitesi için izin termal oksitlenmiş bakır oksit alt tabakalar ve bu nedenle daha iyi bir güneş pili performansı üzerinde bir çinko oksit ve çinko, magnezyum oksit filmleri yerleştirme şartlarını ayarlama şeklini göstermektedir. Nedeniyle Cu 2 O yüzeyde bakır oksit (CuO) aşırı oluşumuna heteroeklem arayüzünde rekombinasyon: Bu gelişme Cu 2 O merkezli güneş pilleri büyük sınırlayıcı faktör belirlenmesi yoluyla mümkün olmuştur.

<table><tbody><tr><td>Copper foil</td><td>Avocado Research Chemicals LTD T/A Alfa Aesar</td><td>13380</td><td>0.127 mm thick, 99.9% (metals basis), annealed</td></tr><tr><td>Rapidox Oxygen analyzer</td><td>Rapidox</td><td>Model 2100</td><td></td></tr><tr><td>Alumina boat</td><td>Almath Crucibles LTD</td><td>6121203</td><td>Dimensions 20 mm x 50&amp;nbsp;mm x 5&amp;nbsp;mm</td></tr><tr><td>Gold pellets</td><td>KJLC</td><td>EVMAUXX40G</td><td>99.99% pure, 1/8&quot; x 1/8&quot;, sold by the gram</td></tr><tr><td>Diethylzinc</td><td>Aldrich</td><td>256781</td><td>&amp;ge;52 wt. % Zn basis</td></tr><tr><td>Bis(ethylcyclopentadienyl)magnesium</td><td>Strem Chemicals UK</td><td>12-0510</td><td>5 g</td></tr><tr><td>ITO target</td><td>GoodFellow Cambridge Limited</td><td>LS 427438</td><td>Indium Oxide/Tin Oxide target (In&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; 90 / SnO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; 10). Condition: Hot-pressed. Thickness: 2.0&amp;nbsp;mm &amp;#177; 0.5&amp;nbsp;mm. Size: 35.5&amp;nbsp;mm x 55.5&amp;nbsp;mm &amp;#177; 0.5&amp;nbsp;mm</td></tr><tr><td>VHT engine enamel paint</td><td>Halfords</td><td>325019</td><td>very high temperature engine enamel black paint</td></tr><tr><td>Nitric acid HNO&lt;sub&gt;3, &lt;/sub&gt;ACS reagent 70%&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich Co Ltd</td><td>438073-2.5L</td><td>Harmful, irritant</td></tr><tr><td>2% Oxygen/Argon 200 bar</td><td>BOC Limited</td><td>225757-L</td><td>gas mixture for Cu foil oxidation, to be diluted with Ar</td></tr></tbody></table>

improved heterojunction quality in cu2o-based solar cells through the optimization of atmospheric pressure spatial atomic layer deposited zn1-xmgxo

Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (AP-SALD) was used to deposit n-type ZnO and Zn1-xMgxO thin films onto p-type thermally oxidized Cu2O substrates outside vacuum at low temperature. The performance of photovoltaic devices featuring atmospherically fabricated ZnO/Cu2O heterojunction was dependent on the conditions of AP-SALD film deposition, namely, the substrate temperature and deposition time, as well as on the Cu2O substrate exposure to oxidizing agents prior to and during the ZnO deposition. Superficial Cu2O to CuO oxidation was identified as a limiting factor to heterojunction quality due to recombination at the ZnO/Cu2O interface. Optimization of AP-SALD conditions as well as keeping Cu2O away from air and moisture in order to minimize Cu2O surface oxidation led to improved device performance. A three-fold increase in the open-circuit voltage (up to 0.65 V) and a two-fold increase in the short-circuit current density produced solar cells with a record 2.2% power conversion efficiency (PCE). This PCE is the highest reported for a Zn1-xMgxO/Cu2O heterojunction formed outside vacuum, which highlights atmospheric pressure spatial ALD as a promising technique for inexpensive and scalable fabrication of Cu2O-based photovoltaics.

23 - Cu-O faz kararlılığı diyagramı 21 ortaya koyduğu gibi termodinamik, CuO oda sıcaklığında havada bakır oksit sadece sabit faz vardır. Cu 2 O, kazınmış absorpsiyon spektrumları yüzeyinde CuO varlığını doğrulamak için, termal olarak Cu fototermal saptırma Spektroskopisi (PDS) ile alınmıştır H2O tabakaları oksitlenmiş unetched - alt bant boşluk absorpsiyon ölçümleri için izin veren son derece hassas bir teknik 24 (Şekil 4). Her iki spektrumları 2 eV (Cu 2 O bant aralığı) de doyurarak önce, CuO bant aralığı ile çakışmaktadır 1.4 eV, yukarıdaki emilimini gösterdi. Unetched alt-tabaka unetched Cu 2 kazınmış alt-tabaka üzerinde daha O yüzeyinde CuO daha kalın bir tabaka düşündürmektedir 2 eV altında yüksek emme vardı. Şekil 4&#39;te ek olarak oksitlenmiş (unetched) Cu 2 O substrat üzerinde CuO gri tabakasını göstermektedir. SürePDS ölçümleri anlaşılacağı gibi hiçbir gri filmi kazınmış alt tabaka üzerinde görsel olarak tespit edilebilir, bazı CuO, yüzeyinde hala mevcut idi. Cu 2 O alt tabakaların yüzeyinde çok ince CuO filmin mevcudiyeti aynı zamanda, x-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) 19,25 ile teyit edilmiştir. Cu 2 O yüzeyinde bakır oksit mevcut nedenle pn kavşağında CuO varlığı istenmeyen bir durumdur, rekombinasyon merkezleri olarak hareket edebilirsiniz heterojunction arayüzünde derin seviye tuzak devletleri (Cu 2+) 18 tanıttı. Isıtma Cu oksidanlar (örneğin, hava ve nem) varlığında 2 O substratlar CuO Cu 2 O oksidasyon kolaylaştırır. AP-sald ile polikristalin ZnO elde edilmesi için, alt-tabakalar, 150 ° C&#39;ye kadar ısıtılır. alt-tabaka depolanması sırasında açık havada veya oksitleyici gazı altında yüksek bir sıcaklıkta tutulur olarak, CuO hızlı Cu üzerinde oluşan <sub&gt; 2 O yüzey. Şekil öncesi ve azot akımı altında 150 ° C&#39;de AP-SALD merdane üzerinde 3 dakika geçirdikten sonra bir kazınmış Cu 2 O substrat elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri taramak 5 gösterir. Çoklu CuO çıkıntılar enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) tarafından doğrulanmadı olarak kompozisyon CuO o yakın olmak, tavlanmış substrat üzerinde görülebilir. Fotovoltaik cihazlar kazınmış termal oksitlenmiş bakır 2 O substratların üzerine 400 saniye süreyle 150 ° C de AP-sald tarafından tevdi ZnO yapılmıştır. Şekil 6A, bu, standart cihazın yüzeyini göstermektedir. Bir cihazda mevcut çok sayıda çubuk ve çiçek gibi çıkıntılar fark edebilirsiniz. Daha önce EDX ve PDS ile teyit edildiği üzere, bu çıkıntılar bakır oksit ve hava ve oksidanlar nedeniyle Cu 2 O maruz meydana gelir. Tablo 1 ve Şekil 7, ( &#39;ZnO / Cu 2 O standart&#39; Cıurve) Bu cihazın nispeten zayıf performans göstermektedir. Cu 2 O yüzeyinde CuO oluşumunu önlemek amacıyla, kabartma, termal olarak oksitlenmiş bakır 2 O yüzeylerde AP-sald göre ZnO biriktirilmesi koşulları optimize edilmiştir. Aşağıdaki önlemlerin CuO büyümesini en aza indirmek için alınmıştır: yerleştirme sıcaklığının azaltılması (Şekil 8A); depozisyon süresi (Şekil 8B) azaltılması; sadece metal öncüleri ve atıl kanalları açık (Şekil 8C) ile, yani oksidan gaz maruziyeti, olmadan birkaç salınımlar için substrat yüzeyinin taranması; ve nihayet, sadece biriktirme başlamadan önce havada çıplak Cu 2 O yüzeylerde gereksiz ısıtma kaçınma. Cu 2 O ZnO çökelme optimal parametreleri 100 ° C, 100 saniye ve 5 su içermeyen döngüleri olduğu bulunmuştur. Optimize edilmiş cihazın yüzeyi CuO outgrowt serbest kaldıHS olarak Şekil 6B&#39;de gösterilmiştir. Optimize edilmiş ZnO / Cu 2 O cihazın akım yoğunluğu-gerilim (OG) karakteristiği Şekil 7&#39;de standart cihaz ile karşılaştırılır. Her iki / Cu ZnO standart ve optimize edilmiş 2 O cihazların fotovoltaik performansı Tablo 1&#39;de sunulmuştur. Bu yapabilirsiniz dört yukarıda belirtilen önlemlerin izleyerek, aygıtların güç konversiyon randımanında altı katlık bir artış elde edildiği görülmektedir. Daha CuO azaltılması ve hetero kalitesine AP-SALD koşullarının optimizasyonu etkisini açıklamak için, dış kuantum verimi (EQE) ölçümleri 150 ° C ila 100 ° C (Şekil 9), biriken ZnO cihazlar üzerinde gerçekleştirilmiştir. İki cihaz EQE spektrumları, 475 nm&#39;nin üzerinde dalga boylarında içindeki ise, dalga boyu aralığı 475 nm, altındaki dalga boylarında anlamlı fark<html> s arabirimine yakın emilir. daha kısa dalga boylu radyasyon için, daha yüksek bir sıcaklıkta yapılır ZnO cihazın EQE düşük bir sıcaklıkta yapılır ZnO cihazın yarısı daha az oldu. Bu daha bakır oksit artan rekombinasyon için heteroarayüzeylerdeki yakın bölgeden şarj koleksiyonu azaltılmış yüksek sıcaklıkta yapılan ZnO / Cu 2 O arayüzü, mevcut olduğunu göstermektedir. Mg ZnO iletim bandı artırmak ve 15 daha rekombinasyonu azaltmak için, AP-SALD ZnO filmler dahil edilmiştir. Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O% 2.2 cihaz PCE sonuçlanan optimize Zn 0.8 Mg 0.2 O filmleri ile yapılmış güneş pilleri, - Cu 2 için bugüne kadar en yüksek Ç tabanlı güneş pilleri açık hava ile hetero fabrikasyon (Şekil 7 ve Tablo 1&#39;de cihazın performansını bakınız). içerik &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/53501/53501fig1.jpg" /> Şekil 1. Cu 2 O tabanlı güneş pili yayın yılına göre verimliliği (Bu rakam Ref modifiye edilmiştir. 8). Marker arayüzü vakum veya atmosfer (non-vakum) kuruldu belirtmek ve etiketleri yöntemi göstermektedir heterojunction oluşumu. MSP - manyetik alanda sıçratma, IBS - iyon demeti püskürtme, VAPE - Vakum ark plazma buharlaşma. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/53501/53501fig2.jpg" /> Şekil 2. AP-SALD biriktirme süreci şematik (konvansiyonel ALD ile karşılaştırıldığında) ve çok bileşenli metal öküz üretmek için set-upides. (A), geleneksel ALD (delta-doping) her habercisi ve tasfiye aşamasının Sıralı maruziyet (Bu rakam Ref çoğaltılamaz edilmiştir. 11). Bu yazının kapsamında, M1 dietilçinko buhar, M2 bis (etilsiklopentaddienil) magnezyum buharı ve O1 ve O2 su buharı olduğunu. (B) AP-sald metal ön karışımı (ko-enjeksiyon), inert gaz kanalları ( &#39;tasfiye&#39; adıma eşdeğeri) ve oksidan Sıralı maruziyet (Bu rakam Ref çoğaltılamaz edilmiştir. 11). Farklı kanallar altındaki osilasyon alt-tabaka ile uzaysal olarak atıl gaz kanalları ayrılmış öncüleri, gösteren genel bir AP-SALD reaktöründen (C) şematik (Bu şekil, Ref. 11, Ref birinden bir değişiklik arasında yeniden. 26). (D) atomik kuvvet mikroskobu ile bir AP-SALD sisteminin önemli bileşenlerinden Genel şematik (AFM) görüntüleri morfolojisini gösterenYüzey öncesi ve sonrası Zn 1-x Mg x O birikim (Bu rakam Ref çoğaltılamaz edilmiştir. 13). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53501/53501fig3.jpg" /> Cu ZnO ve İTO filmleri ile alt tabaka görülebilir O 2 İTO Şekil 3. Kesit SEM görüntüsü / ZnO / Cu 2 O heteroeklem (Bu rakam Ref çoğaltılamaz edilmiştir. 8). Conformal kaplama. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig3large.jpg" target="_blank">Görüntülemek için tıklayınız Bu rakamın daha büyük bir versiyonu.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53501/53501fig4.jpg" /> Kazınmış ve unetched (as-oxi Şekil 4. PDS spektrumları<html> dized) Cu 2 O yüzeylerde (Bu rakam Ref modifiye edilmiştir. 8). takmalar kazınmış ve unetched bakır oksit yüzeylerde fotoğraflarını gösteriyor. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53501/53501fig5.jpg" /> Şekil 5. 3 dakika boyunca hava içinde, 150 ° C&#39;de tavlama işleminden sonra bir Cu 2 O alt-tabaka (A), taze kazınmış ve (B) yüzeyinin SEM görüntüleri (bu rakam Ref yeniden. 8). Insets Surface EDX ile elde edilen kompozisyon. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <html> 501 / 53501fig6.jpg &quot;/&gt; Şekil 6. (A) standart koşullar ve (B) AP-SALD ZnO optimize koşulları (Bu rakam Ref çoğaltılamaz edilmiştir. 8) kullanılarak yapılan ZnO / Cu 2 O güneş pillerinin yüzeyi SEM görüntüleri. Çeşitli çıkıntılar olabilir standart cihazda gördüm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/53501/53501fig7.jpg" /> Zn için Şekil 7. Işık JV özellikleri 1-x Mg x O / Cu 2 O (Bu rakam Ref modifiye edilmiştir. 8). JV eğrileri güneş pili performans artışı ne zaman göstermek standart ve optimize AP-SALD koşullarında imal güneş hücreleri Zn kompozisyonu ve AP-SALD koşulları 1-x Mg x O filmler optimize edilmiştir.s: //www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig7large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 8," src="/files/ftp_upload/53501/53501fig8.jpg" /> Şekil 8. ZnO / Cu 2 O güneş pillerinin performansı üzerinde AP-SALD parametrelerin etkisi. Gaz (A) ve (B) cihazların açık devre gerilimi (V oc) AP-SALD ZnO birikimi zaman ve sıcaklığın etkisi (Bu rakam Ref çoğaltılamaz edilmiştir. 8), (C) korelasyon cihazların V oc ile ücretsiz döngüleri. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 9," src="/files/ftp_upload/53501/53501fig9.jpg" /> Şekil 9. EQE spectrZnO ZnO / Cu 2 O güneş hücreleri bir 100 ° C ile 150 ° C &#39;de tevdi. (Bu rakam Ref çoğaltılamaz edilmiştir. 8). Cihazlarının Açık devre gerilimi açıklamada belirtilmektedir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53501/53501fig9large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Güneş pili </td><td> Çöktürme sıcaklığı ° C </td><td> Depozisyon süresi, sek </td><td> J SC mA / cm2 </td><td> V oc, V </td><td> FF,% </td><td> PCE% </td></tr><tr><td> ZnO / Cu 2 O Standart </td><td> 150 </td><td> 400 </td><td> 3.7 </td><td> 0.18 </td><td> 35 </td><td> 0.23 </td></tr><tr><td> ZnO / Cu 2 O Optimize </td><td> 100 </td><td> 100 &lt;/ Td&gt; <td> 7.5 </td><td> 0.49 </td><td> 40 </td><td> 1.46 </td></tr><tr><td> Zn 0.8 Mg 0.2 / Cu 2 O Optimize </td><td> 150 </td><td> 100 </td><td> 6.9 </td><td> 0.65 </td><td> 49 </td><td> 2.20 </td></tr></tbody></table> Tablo 1. Standart ve optimize AP-SALD Zn 1-x Mg x O bırakma parametreleri ve iyi gelen İTO performans / Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O güneş hücreleri (Bu tablo Ref modifiye edilmiştir. 8) . J SC - kısa devre akım yoğunluğu, FF - faktörü doldurun.

Watch this Scientific Journal Video about Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO at JoVE.co

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

Burada sentezlenmesi için bir protokol mevcut Zn 1-x Mg x O / Cu bakır oksit Zn 1-x Mg x O atmosferik basınç mekansal atomik tabaka biriktirme (AP-sald) üzerinden düşük sıcaklıkta açık havada 2 O heterokavşaklar. Böyle yüksek kaliteli konformal metal oksitler bu ucuz ve ölçeklenebilir bir yöntemle plastik gibi metal yüzeylere çeşitli yetiştirilebilir.

Cu geliştirilmiş Heterojonksiyonlar Kalite<sub&gt; 2</sub&gt; Depolar Atmosfer Basıncı Mekansal Atom Katman Optimizasyonu ile Güneş Pilleri O tabanlı<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; X</sub&gt; O

Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (AP-SALD) was used to deposit n-type ZnO and Zn1-xMgxO thin films onto p-type thermally oxidized Cu2O ...

improved-heterojunction-quality-cu2o-based-solar-cells-through

Research

JoVE Journal

Chemistry

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

12.1K Görüntüleme.  University of Cambridge.  Burada sentezlenmesi için bir protokol mevcut Zn 1-x Mg x O / Cu bakır oksit Zn 1-x Mg x O atmosferik basınç mekansal atomik tabaka biriktirme (AP-sald) üzerinden düşük sıcaklıkta açık havada 2 O heterokavşaklar. Böyle yüksek kaliteli konformal metal oksitler bu ucuz ve ölçeklenebilir bir yöntemle plastik gibi metal yüzeylere çeşitli yetiştirilebilir. 

Video: Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

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.

Şarj-Ayırma Nanokristaller ve Bunların Katılar Yoluyla Güneş Enerjisi Hasat

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

Mühendislik

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and 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 thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

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%.

Termal Buharlaşma ve Atomik katman Biriktirme tarafından Record-verimlilik SNS Güneş Pilleri yapma

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 ...

Synthesis and Characterization of High c-axis ZnO Thin Film by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition System and its UV Photodetector Application

In this study, zinc oxide (ZnO) thin films with high c-axis (0002) preferential orientation have been successfully and effectively synthesized onto silicon (Si) substrates via different synthesized temperatures by using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system. The effects of different synthesized temperatures on the crystal structure, surface morphologies and optical properties have been investigated. The X-ray diffraction (XRD) patterns indicated that the intensity of (0002) diffraction peak became stronger with increasing synthesized temperature until 400 oC. The diffraction intensity of (0002) peak gradually became weaker accompanying with appearance of (10-10) diffraction peak as the synthesized temperature up to excess of 400 oC. The RT photoluminescence (PL) spectra exhibited a strong near-band-edge (NBE) emission observed at around 375 nm and a negligible deep-level (DL) emission located at around 575 nm under high c-axis ZnO thin films. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) images revealed the homogeneous surface and with small grain size distribution. The ZnO thin films have also been synthesized onto glass substrates under the same parameters for measuring the transmittance.
For the purpose of ultraviolet (UV) photodetector application, the interdigitated platinum (Pt) thin film (thickness ~100 nm) fabricated via conventional optical lithography process and radio frequency (RF) magnetron sputtering. In order to reach Ohmic contact, the device was annealed in argon circumstances at 450 oC by rapid thermal annealing (RTA) system for 10 min. After the systematic measurements, the current-voltage (I-V) curve of photo and dark current and time-dependent photocurrent response results exhibited a good responsivity and reliability, indicating that the high c-axis ZnO thin film is a suitable sensing layer for UV photodetector application.

We offered a method to directly synthesize high c-axis (0002) ZnO thin film by plasma enhanced chemical vapor deposition. The as-synthesized ZnO thin film combined with Pt interdigitated electrode was used as sensing layer for ultraviolet photodetector, showing a high performance through a combination of its good responsivity and reliability.

Sentezi ve Plazma ile yüksek c-ekseni ZnO İnce Film Karakterizasyonu CVD Sistemi ve UV Fotodetektör Uygulaması Enhanced

In this study, zinc oxide (ZnO) thin films with high c-axis (0002) preferential orientation have been successfully and effectively synthesized onto ...

Synthesis of Hierarchical ZnO/CdSSe Heterostructure Nanotrees

A two-step chemical vapor deposition procedure is here employed to prepare tree-like hierarchical ZnO/CdSSe hetero-nanostructures. The structures are composed of CdSSe branches grown on ZnO nanowires that are vertically aligned on a transparent sapphire substrate. The morphology was measured via scanning electron microscopy. The crystal structure was determined by X-ray powder diffraction analysis. Both the ZnO stem and CdSSe branches have a predominantly wurtzite crystal structure. The mole ratio of S and Se in the CdSSe branches was measured by energy dispersive X-ray spectroscopy. The CdSSe branches result in strong visible light absorption. Photoluminescence (PL) spectroscopy showed that the stem and branches form a type-II heterojunction. PL lifetime measurements showed a decrease in the lifetime of emission from the trees when compared to emission from individual ZnO stems or CdSSe branches and indicate fast charge transfer between CdSSe and ZnO. The vertically aligned ZnO stems provide a direct electron transport pathway to the substrate and allow for efficient charge separation after photoexcitation by visible light. The combination of the abovementioned properties makes ZnO/CdSSe nanotrees promising candidates for applications in solar cells, photocatalysis, and opto-electronic devices.

Here, we prepare and characterize novel tree-like hierarchical ZnO/CdSSe nanostructures, where CdSSe branches are grown on vertically aligned ZnO nanowires. The resulting nanotrees are a potential material for solar energy conversion and other opto-electronic devices.

Hiyerarşik ZnO / CdSSe Heteroyapı Nanotrees sentezi

A two-step chemical vapor deposition procedure is here employed to prepare tree-like hierarchical ZnO/CdSSe hetero-nanostructures. The structures are ...

Kimya

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.

Situ Güneş hücreleri ve modüllerin hızlandırılmış performans düşüşü izleme: Cu (In, Ga) Se2 güneş hücreleri için bir örnek çalışma

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%.

İyi hizalanmış dikey odaklı ZnO Nanorod diziler ve kendi uygulama içinde ters küçük molekül güneş hücreleri

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

Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device applications. Zinc oxide (ZnO), a semiconductor with a wide bandgap (3.4 eV) and high electron saturation velocity has gained a great deal of attention as an attractive material for high speed devices. Efficient gate modulation, however, requires high-quality Schottky contacts on the barrier layer. In this article, we present our Schottky diode fabrication procedure on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructure with high density 2DEG which is achieved through strain modulation and incorporation of a few percent Be into the MgZnO-based barrier during growth by molecular beam epitaxy (MBE). To achieve high crystalline quality, nearly lattice-matched high-resistivity GaN templates grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) are used as the substrate for the subsequent MBE growth of the oxide layers. To obtain the requisite Zn-polarity, careful surface treatment of GaN templates and control over the VI/II ratio during the growth of low temperature ZnO nucleation layer are utilized. Ti/Au electrodes serve as Ohmic contacts, and Ag electrodes deposited on the O2 plasma pretreated BeMgZnO surface are used for Schottky contacts.

Attainment of high-quality Schottky contacts is imperative for achieving efficient gate modulation in heterostructure field effect transistors (HFETs). We present the fabrication methodology and characteristics of Schottky diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructures with high-density two dimensional electron gas (2DEG), grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy on GaN templates.

Moleküler ışın plazma destekli Epitaxy tarafından yetiştirilen Zn-kutup BeMgZnO/ZnO Heterostructure üzerinde Schottky diyotlar imalatı

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device ...

Developing High Performance GaP/Si Heterojunction Solar Cells

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar cells. In this work, we present high performance GaP/Si heterojunction solar cells with a high Si minority-carrier lifetime and high crystal quality of epitaxial GaP layers. It is shown that by applying phosphorus (P)-diffusion layers into the Si substrate and a SiNx layer, the Si minority-carrier lifetime can be well-maintained during the GaP growth in the molecular beam epitaxy (MBE). By controlling the growth conditions, the high crystal quality of GaP was grown on the P-rich Si surface. The film quality is characterized by atomic force microscopy and high-resolution x-ray diffraction. In addition, MoOx was implemented as a hole-selective contact that led to a significant increase in the short-circuit current density. The achieved high device performance of the GaP/Si heterojunction solar cells establishes a path for further enhancement of the performance of Si-based photovoltaic devices.

Here, we present a protocol to develop high-performance GaP/Si heterojunction solar cells with a high Si minority-carrier lifetime.

Yüksek performanslı GaP/Si Heterojunction güneş hücreleri gelişmekte

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar ...

Fabrication of Robust Nanoscale Contact between a Silver Nanowire Electrode and CdS Buffer Layer in Cu(In,Ga)Se2 Thin-film Solar Cells

Silver nanowire transparent electrodes have been employed as window layers for Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. Bare silver nanowire electrodes normally result in very poor cell performance. Embedding or sandwiching silver nanowires using moderately conductive transparent materials, such as indium tin oxide or zinc oxide, can improve cell performance. However, the solution-processed matrix layers can cause a significant number of interfacial defects between transparent electrodes and the CdS buffer, which can eventually result in low cell performance. This manuscript describes how to fabricate robust electrical contact between a silver nanowire electrode and the underlying CdS buffer layer in a Cu(In,Ga)Se2 solar cell, enabling high cell performance using matrix-free silver nanowire transparent electrodes. The matrix-free silver nanowire electrode fabricated by our method proves that the charge-carrier collection capability of silver nanowire electrode-based cells is as good as that of standard cells with sputtered ZnO:Al/i-ZnO as long as the silver nanowires and CdS have high-quality electrical contact. The high-quality electrical contact was achieved by depositing an additional CdS layer as thin as 10 nm onto the silver nanowire surface.

Fabrication of Robust Nanoscale Contact between a Silver Nanowire Electrode and CdS Buffer Layer in CuIn,GaSe2 Thin-film Solar Cells

In this protocol, we describe the detailed experimental procedure for the fabrication of a robust nanoscale contact between a silver nanowire network and CdS buffer layer in a CIGS thin-film solar cell.

Gümüş Nanowire elektrot ve CD tampon katmanı arasında cu (ın, GA) se2 ince-film güneş pilleri arasında sağlam Nanoölçek temas imalatı

Silver nanowire transparent electrodes have been employed as window layers for Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. Bare silver nanowire electrodes ...

Close-Space Sublimation-Deposited Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Solar Cells for Enhanced Short-Circuit Current Density and Photoluminescence

Developments in photovoltaic device architectures are necessary to make solar energy a cost-effective and reliable source of renewable energy amidst growing global energy demands and climate change. Thin film CdTe technology has demonstrated cost-competitiveness and increasing efficiencies due partially to rapid fabrication times, minimal material usage, and introduction of a CdSeTe alloy into a ~3 &#956;m absorber layer. This work presents the close-space sublimation fabrication of thin, 1.5 &#181;m CdSeTe/CdTe bilayer devices using an automated in-line vacuum deposition system. The thin bilayer structure and fabrication technique minimize deposition time, increase device efficiency, and facilitate future thin absorber-based device architecture development. Three fabrication parameters appear to be the most impactful for optimizing thin CdSeTe/CdTe absorber devices: substrate preheat temperature, CdSeTe:CdTe thickness ratio, and CdCl2 passivation. For proper sublimation of the CdSeTe, the substrate temperature prior to deposition must be ~540 &#176;C (higher than that for CdTe) as controlled by dwell time in a preheat source. Variation in the CdSeTe:CdTe thickness ratio reveals a strong dependence of device performance on this ratio. The optimal absorber thicknesses are 0.5 &#956;m CdSeTe/1.0 &#956;m CdTe, and non-optimized thickness ratios reduce efficiency through back-barrier effects. Thin absorbers are sensitive to CdCl2 passivation variation; a much less aggressive CdCl2 treatment (compared to thicker absorbers) regarding both temperature and time yields optimal device performance. With optimized fabrication conditions, CdSeTe/CdTe increases device short-circuit current density and photoluminescence intensity compared to single-absorber CdTe. Additionally, an in-line close-space sublimation vacuum deposition system offers material and time reduction, scalability, and attainability of future ultra-thin absorber architectures.

This work describes the complete fabrication process of thin absorber cadmium selenium telluride/cadmium telluride photovoltaic devices for enhanced efficiency. The process utilizes an automated in-line vacuum system for close-space sublimation deposition that is scalable, from fabrication of small area research devices as well as large-scale modules.

Yakın Alan Süblimasyon-Gelişmiş Kısa Devre Akım Yoğunluğu ve Fotolüminesans için Ultra İnce CdSeTe/CdTe Güneş Pilleri

Developments in photovoltaic device architectures are necessary to make solar energy a cost-effective and reliable source of renewable energy amidst ...

Cu geliştirilmiş Heterojonksiyonlar Kalite

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler