硅納米線太陽(yáng)能電池總結(jié)

1、硅納米線太陽(yáng)能電池總結(jié)作者:日期:太陽(yáng)能電池的量子效率是指太陽(yáng)能電池的電荷載流子數(shù)目與照射在太陽(yáng)能電池表面一定能量的光子數(shù)目的比率。因此，太陽(yáng)能電池的量子效率與太陽(yáng)能電池對(duì)照射在太陽(yáng)能電 池表面的各個(gè)波長(zhǎng)的光的響應(yīng)有關(guān)。外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)，太陽(yáng)能電池的電荷載流子數(shù)目與外部入射到太陽(yáng)能電池表面的一定能量的光子數(shù)目之比。內(nèi)量子效率(Internal Quantum Efficiency, IQE) ，太陽(yáng)能電池的電荷載流子數(shù)目與外部入射到太陽(yáng)能電池表面的沒(méi)有被太陽(yáng)能電池反射回去的，沒(méi)有透射過(guò)太陽(yáng)能電池 的，一定能量的光子數(shù)目之比。硅納米線

2、太陽(yáng)能電池基于硅納米線太陽(yáng)能電池的金屬箔進(jìn)行了闡述【foil -鋁箔】。此類(lèi)設(shè)備的 主要優(yōu)點(diǎn)是討論，通過(guò)光的反射率，電壓，電流和外部量子效率數(shù)據(jù)一個(gè)單元的 設(shè)計(jì)，采用薄非晶硅層上沉積形成的納米線陣列P - N結(jié)。一個(gè)有前途的1.6 mA/cm2的電流密度為1.8平方厘米電池獲得，并廣闊的外部量 子效率測(cè)定的最大值為12%，在690納米?！?。2007年美國(guó)物理研究所。近年來(lái)，一直存在一個(gè)顯著的，復(fù)活在可再生能源系統(tǒng)的興趣。 太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換 特別感興趣，因?yàn)槭秦S富的源。今天的絕大多數(shù)鈥檚商業(yè)太陽(yáng)能電池模塊是基于 晶體硅，但有越來(lái)越多的薄膜的興趣，所謂的第二代太陽(yáng)能電池，以及第三代高 效率/低成本太陽(yáng)能

3、電池，一些需要使用的納米結(jié)構(gòu)的概念。基于納米線凈重的太陽(yáng)能電池是一種很有前途的階級(jí)由于幾個(gè)性能和光伏太陽(yáng)能設(shè)備處理啟用的 利益，包括直接路徑這樣的幾何形狀所帶來(lái)的電荷傳輸納米結(jié)構(gòu)。【photovoltaic-光伏】納米線和納米棒，定義中的應(yīng)用這里有寬高比5:1太陽(yáng)能電池已試圖在幾個(gè) 設(shè)備的配置和材料系統(tǒng)。納米線/棒功能的太陽(yáng)能電池的最新展示已主要基于有機(jī)-無(wú)機(jī)混合材料或利用，如化合物半導(dǎo)體硒化鎘。黃 長(zhǎng)發(fā)等人。作為electro neo nduct ing利用的CdSe納米棒層孔導(dǎo)電聚合物基太陽(yáng) 能電池和生產(chǎn)效率AM1.5照射的1.7 %。類(lèi)似的結(jié)構(gòu)已被證明為 dye-sensitized 使

4、用二氧化鈦或氧化鋅納米線，與太陽(yáng)能電池效率范圍從0.5 %到1.5% .4,5這些結(jié)果，以及其他最近的研究表明，在 納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池中使用納 米線增強(qiáng)電荷傳輸 與其他非納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池相比的好處，納米架構(gòu)。 在這里，我們目前全無(wú)機(jī)，大面積的太陽(yáng)能電池概念基于硅納米線 提供具有相同或更好的性能，具有與薄膜太陽(yáng)能電池相似行 列條理透明硅電池的潛力我們自己算了一筆賬，假設(shè)傳統(tǒng)的半導(dǎo)體物理學(xué)（沒(méi)有量子效應(yīng)），和其他 人，9表明，硅納米線為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池提供了一個(gè)15%-18%不等的順序上的效率權(quán)利納米線的規(guī)模和質(zhì)量?！緀fficiency entitlement-效率權(quán)利】。它 有可能形成P -

5、N路口在高密度的納米線表面的交界處，【a high density array- 高密度陣列】，它已脫鉤吸收的好處允許橫向擴(kuò)散，電荷傳輸?shù)墓馍贁?shù)載流子，其中大部分是PN結(jié)50鈥nm的距離，而不是很多微米的距離，在Si散裝太陽(yáng)能電 池。此外，我們已經(jīng)表明，光硅納米線陣列的性能與那些有相同厚度的固體薄膜 在整個(gè)光譜范圍光吸收顯著增加有明顯的不同。硅納米線，可以標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，如 化學(xué)氣相沉積技術(shù)【chemical vapor depositio n（CVD）】 合成，具有直接生長(zhǎng)在低成本（例如，玻璃）和柔性金屬箔基板的可能性 。最 后，使用的CVD生長(zhǎng)的納米線結(jié)構(gòu)可能會(huì)產(chǎn)生與塊狀太陽(yáng)能 電池相比改善成本

6、的電池，由于降低了材料消耗，（只有氣 體用于制造活性物質(zhì)），也可與透明塊狀硅比效率。圖1顯示的硅納米線太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)的示意圖。圖1顯示典型的計(jì)劃視圖和橫截面硅凈重太陽(yáng)能掃描電子顯微鏡細(xì)胞一個(gè)不銹鋼制作？SS ?陪襯。盡管重點(diǎn)這項(xiàng)工作是對(duì)電池的不銹鋼基板上制造，我們有還編造了四凈重degenerately摻雜硅太陽(yáng)能電池基板用鈦 /鋁背接觸用于測(cè)試目的。設(shè)備制作開(kāi)始先清潔的SS基板使用標(biāo)準(zhǔn)的溶劑，其次是濺射沉積100納米厚Ta2N的薄膜。作為一個(gè)Ta2N薄film11納米線陣列的電子背接觸以及納米線的 生長(zhǎng)過(guò)程中的擴(kuò)散屏障。以下的沉積一個(gè)50- A -厚的金膜，催化化學(xué)氣相沉積用人汽液固？VLS

7、的？增長(zhǎng)mechanism12 ，13是用來(lái)生長(zhǎng)p型Si納米線的直徑為109 ± 30納米，長(zhǎng) 度？ 16 ? M ?帶硅烷，氫氣，鹽酸，在650 trimethylboron14 ° C為30分鐘。奈米線陣列，然后處理創(chuàng)建氧化介質(zhì)隔離層在800 C,干氧環(huán)境，其次是旋轉(zhuǎn)涂布光致抗蝕劑和局部的抵抗蝕刻回活性離子蝕刻。納米線，然后蘸緩沖氧化層蝕刻？京東方？6%HF和去離子水氟化銨緩沖？去除生長(zhǎng)的氧化就暴露出來(lái)了納米線的表面和光致抗蝕劑剝離使用丙酮該陣列隨后涂上一個(gè)【plasma enhanced -等離子體增強(qiáng)】等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的 PECVD，【amorphous-無(wú)

8、定形】適n型的 無(wú)定形硅的a - Si: H層創(chuàng)建光敏p - n結(jié)。這一步是緊密耦合在30分鐘內(nèi)到以 前的京東方和光阻去除【photoresist removal - 光阻去除】步驟，但再生一 個(gè)非常薄的原生氧化不能完全阻止。 PECVD沉積在牛津血漿100系統(tǒng)總壓力 1托，溫度為180攝氏度和下面的氣體：SiH4的：H2: AR:磷化氫1:2 , 5:7, 5:0.125的比率。保形的PECVD的a - Si: H薄膜允許低溫度可擴(kuò)展的手段，創(chuàng)建一個(gè) pn 結(jié)四凈重陣列。此外，n型的a-Si: H薄膜良好的鈍化性能已充分了解。雖然 少數(shù)載體壽命和表面復(fù)合速度 ouor納米線通常是未知的， 我

9、們期望 a - Si 薄膜上的納米線的存在，將有助于最大限度地減少非輻射性 表面復(fù)合。這也是可能存入一個(gè)透明納米硅或i-n層，盡管鈍化層一般是不會(huì) 有效的。a-Si: H沉積后，陣列濺射涂層200 nm厚的透明導(dǎo)電的銦錫氧化物IT0 層電一起把所有的電線。頂部手指接觸陰影蒸發(fā)TI50納米從2000納米。不銹鋼基板，然后旋涂成1或1.2 1.5厘米的光致抗蝕劑和泡件，后在丙酮中的光致 抗蝕劑。太陽(yáng)能電池，然后裝上使用銀環(huán)氧樹(shù)脂缺口銅涂層的印刷電路板和薄金 手動(dòng)連接線頂端的手指接觸。測(cè)試熱奧麗爾太陽(yáng)模擬器設(shè)置從國(guó)家與硅太陽(yáng)能電 池校準(zhǔn)AM1.5可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL。如上所述，我們預(yù)計(jì)四凈重光伏

10、設(shè)備到平面顯示改進(jìn)的光學(xué)特性比較 設(shè)備。一個(gè)典型的四凈重光學(xué)反射鏡面如圖相比，一個(gè)平面器件的細(xì)胞。2，沿一兩個(gè)有代表性的設(shè)備的圖片。四凈重電池顯示減少一到兩個(gè)數(shù)量 級(jí)的反射在整個(gè)頻譜范圍從300到1100 nm。我們注意到，沒(méi)有額外的抗反射層是受雇于在納米線或平面樣品。視覺(jué)上，在四凈重設(shè)備有一個(gè)粉嫩的顯著深外觀比較圖平面電池。圖3顯示了典型的黑暗與光明下（在 AM1.5下相當(dāng)條件）電流-電壓曲線 這種硅四凈重太陽(yáng)能電池。清除整頓行為和發(fā)電3 mA光電流是在這1.8 cm2的 設(shè)備觀察光。開(kāi)路電壓的最佳設(shè)備【devices -設(shè)備】 是130毫伏，這比單納 米線設(shè)備稍微小和填充因子是0.28。無(wú)

11、論是一系列高和低的分流電阻似乎限制 了器件的效率。圖2? B ?顯示的量子效率光電實(shí)驗(yàn)室，公司？ 一個(gè)典型的納米 線太陽(yáng)能電池樣品存放在SS陪襯。雖然，目前，這些轉(zhuǎn)換效率電池是低0.1 %，不銹鋼箔上的納米線電池呈 一個(gè)光譜廣泛的外部量子效率EQE，表明所觀察到的光伏效應(yīng)是由于吸收在納米線陣列。 我們以前的光研究表明，內(nèi)有 效吸收納米線陣列，顯示了一個(gè)類(lèi)似形狀的觀察EQE在近紅外范圍內(nèi)的曲線，雖然在低于650 nm的波長(zhǎng)較短，我們觀察到設(shè)備的 EQE減少。這一步是緊密 耦合在30分鐘內(nèi)到以前的當(dāng)量數(shù)和光阻去除步驟，但再生一個(gè)非常薄的原生氧化不能完全阻止。丨Oxford Plasma-牛津等離子

12、】這些設(shè)備有幾個(gè)特點(diǎn)，影響光伏性能。尤其重要的是幾何納米線。雖然受聘于這些納米線的長(zhǎng)度樣本是足夠16微米，平均納米線半徑應(yīng)優(yōu)化等，這是約等于平均少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度在納米線。在納米線的耗盡區(qū)小，所以必須保持納米線沒(méi)有完全耗盡。一個(gè)相對(duì)較大的準(zhǔn)中性的核心區(qū)域，因此，所需的通道孔背接觸。為此，摻雜水 平【doping level】估計(jì)為1018厘米的納米線鑒ASED上單一的納米線晶體管和二 次離子質(zhì)譜在我們的實(shí)驗(yàn)室，并在執(zhí)行測(cè)量的a - Si : H層已經(jīng)有針對(duì)性地約等于收益預(yù)期的50納米的耗盡區(qū)寬度。然而，我們相信，這個(gè)未經(jīng)優(yōu)化的直徑分 布提供了一個(gè)部分解釋為什么 Voc是這些設(shè)備中的低，因?yàn)檫@個(gè)

13、事實(shí)，有可能 是當(dāng)?shù)胤至鞯牡貐^(qū)整個(gè)電池。此外，金作為【catalyst particle-催化劑顆?！?催化劑的使用粒子納米線的生長(zhǎng)，這是眾所周知的限制硅的生命周期最終必須被 其他金屬替代。另一個(gè)潛在的因素影響性能的是在場(chǎng)的 Ta2N背接觸，這可能提供了一個(gè) 鉭擴(kuò)散到硅納米線，因此， 降低少數(shù)載流子的壽命 。然而，根據(jù)結(jié)構(gòu)和 固態(tài)反應(yīng)的考慮，我們不要指望一個(gè)顯著鉭量將在目前的光敏部分納米線?？傊覀円呀?jīng)證明了通過(guò)化學(xué)氣相沉積制造在不銹鋼基板上的無(wú)機(jī)，大面積以硅納米線為基礎(chǔ)的 PN結(jié)太陽(yáng)能電池。 這些太陽(yáng)能電池效率的權(quán)利相媲美典型的體硅太陽(yáng)能電池，但 潛在更低的成本 制造這些設(shè)備的過(guò)程很容易的可擴(kuò)展性，使得這種太陽(yáng)能電池架構(gòu)為未來(lái)的光伏 應(yīng)用有希望的候選人。正在進(jìn)行的研究重點(diǎn)是通過(guò)降 低接觸電阻，最大限度地減少分流，優(yōu)化納 米線的幾何形狀，并提高p-n結(jié)質(zhì)量