硅納米線太陽能電池總結(jié)

1、硅納米線太陽能電池總結(jié)作者:日期:太陽能電池的量子效率是指太陽能電池的電荷載流子數(shù)目與照射在太陽能電池表面一定能量的光子數(shù)目的比率。因此，太陽能電池的量子效率與太陽能電池對照射在太陽能電池表面的各個波長的光的響應(yīng)有關(guān)。外量子效率(ExternalQuantumEfficiency,EQE)，太陽能電池的電荷載流子數(shù)目與外部入射到太陽能電池表面的一定能量的光子數(shù)目之比。內(nèi)量子效率(InternalQuantumEfficiency,IQE)，太陽能電池的電荷載流子數(shù)目與外部入射到太陽能電池表面的沒有被太陽能電池反射回去的，沒有透射過太陽能電池的，一定能量的光子數(shù)目之比。硅納米線太陽能電池基于硅納

2、米線太陽能電池的金屬箔進(jìn)行了闡述【foil-鋁箔】。此類設(shè)備的主要優(yōu)點是討論，通過光的反射率，電壓，電流和外部量子效率數(shù)據(jù)一個單元的設(shè)計，采用薄非晶硅層上沉積形成的納米線陣列P-N結(jié)。一個有前途的1.6mA/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定的最大值為12%，在690納米。“。2007年美國物理研究所。近年來，一直存在一個顯著的，復(fù)活在可再生能源系統(tǒng)的興趣。太陽能轉(zhuǎn)換特別感興趣，因為是豐富的源。今天的絕大多數(shù)鈥檚商業(yè)太陽能電池模塊是基于晶體硅，但有越來越多的薄膜的興趣，所謂的第二代太陽能電池，以及第三代高效率/低成本太陽能電池，一些需要使用的納米結(jié)構(gòu)的概念?；?/p>

3、納米線凈重的太陽能電池是一種很有前途的階級由于幾個性能和光伏太陽能設(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太陽能電池已試圖在幾個設(shè)備的配置和材料系統(tǒng)。納米線/棒功能的太陽能電池的最新展示已主要基于有機(jī)-無機(jī)混合材料或利用，如化合物半導(dǎo)體硒化鎘。黃長發(fā)等人。作為electroneonducting利用的CdSe納米棒層孔導(dǎo)電聚合物基太陽能電池和生產(chǎn)效率AM1.5照射的1.7%。類似的結(jié)構(gòu)已被證明為dye-sensitized使用二氧化鈦或氧化鋅納米線，與太陽能電池效率范圍從0.5%到1

4、.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)太陽能電池相比的好處，納米架構(gòu)。在這里，我們目前全無機(jī)，大面積的太陽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)（沒有量子效應(yīng)），和其他人，9表明，硅納米線為基礎(chǔ)的太陽能電池提供了一個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。【efficiencyentitlement-效率權(quán)利】。它有可能形成P-N路口在高密度的納米線表面的交界處，【ahighdensityarray-高密度陣列

5、】，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)【chemicalvapordeposition（CVD）】合成，具有直接生長在低成本（例如，玻璃）和柔性金屬箔基板的可能性。最后，使用的CVD生長的納米線結(jié)構(gòu)可能會產(chǎn)生與塊狀太陽能電池相比改善成本的電池，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能電池設(shè)

6、計的示意圖。圖1顯示典型的計劃視圖和橫截面硅凈重太陽能掃描電子顯微鏡細(xì)胞一個不銹鋼制作？SS?陪襯。盡管重點這項工作是對電池的不銹鋼基板上制造，我們有還編造了四凈重degenerately摻雜硅太陽能電池基板用鈦/鋁背接觸用于測試目的。設(shè)備制作開始先清潔的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Ta2N薄film11納米線陣列的電子背接觸以及納米線的生長過程中的擴(kuò)散屏障。以下的沉積一個50-A-厚的金膜，催化化學(xué)氣相沉積用人汽液固？VLS的？增長mechanism12，13是用來生長p型Si納米線的直徑為10930納米，長度？16?M?帶硅烷，氫氣，鹽酸，在6

7、50trimethylboron14C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800C,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？去除生長的氧化就暴露出來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【plasmaenhanced-等離子體增強(qiáng)】等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的PECVD，【amorphous-無定形】適n型的無定形硅的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【photoresistremoval-光阻去除】步驟，但再生一個非常

8、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透明納米硅或i-n層，盡管鈍化層一般是不會有效的。a-Si:H沉積后，陣列濺射涂層200nm厚的透明導(dǎo)電的銦錫氧化物IT0層電一起把所有

9、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或厘米的光致抗蝕劑和泡件，后在丙酮中的光致抗蝕劑。太陽能電池，然后裝上使用銀環(huán)氧樹脂缺口銅涂層的印刷電路板和薄金手動連接線頂端的手指接觸。測試熱奧麗爾太陽模擬器設(shè)置從國家與硅太陽能電池校準(zhǔn)AM1.5可再生能源實驗室NREL。如上所述，我們預(yù)計四凈重光伏設(shè)備到平面顯示改進(jìn)的光學(xué)特性比較設(shè)備。一個典型的四凈重光學(xué)反射鏡面如圖相比，一個平面器件的細(xì)胞。2，沿一兩個有代表性的設(shè)備的圖片。四凈重電池顯示減少一到兩個數(shù)量級的反射在整個頻譜范圍從300到1100nm。我們注意到，沒有額外的抗反射層是受雇于在納米線或平面樣品。視覺

10、上，在四凈重設(shè)備有一個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能電池。清除整頓行為和發(fā)電3mA光電流是在這1.8cm2的設(shè)備觀察光。開路電壓的最佳設(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驗室，公司？一個典型的納米線太陽能電池樣品存放在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

11、的光研究表明，內(nèi)有效吸收納米線陣列，顯示了一個類似形狀的觀察EQE在近紅外范圍內(nèi)的曲線，雖然在低于650nm的波長較短，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，但再生一個非常薄的原生氧化不能完全阻止。丨OxfordPlasma-牛津等離子】這些設(shè)備有幾個特點，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有完全耗盡。一個相對較大的準(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【dopinglev

12、el】估計為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)譜在我們的實驗室，并在執(zhí)行測量的a-Si:H層已經(jīng)有針對性地約等于收益預(yù)期的50納米的耗盡區(qū)寬度。然而，我們相信，這個未經(jīng)優(yōu)化的直徑分布提供了一個部分解釋為什么Voc是這些設(shè)備中的低，因為這個事實，有可能是當(dāng)?shù)胤至鞯牡貐^(qū)整個電池。此外，金作為【catalystparticle-催化劑顆?！看呋瘎┑氖褂昧Ｗ蛹{米線的生長，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。另一個潛在的因素影響性能的是在場的Ta2N背接觸，這可能提供了一個鉭擴(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)證明了通過化學(xué)氣相沉積制造在不銹鋼基板上的無機(jī)，大面積以硅納米線為基礎(chǔ)的PN結(jié)太陽能電池。這些太陽能電池效率的權(quán)利相媲美典型的體硅太陽能電池，但潛在更低的成本制造這些設(shè)備的過程很容易的可擴(kuò)展性，使得這種太陽能電池架構(gòu)為未來的光伏應(yīng)用有希望的候選人。正在進(jìn)行的研究重點是通過降低接觸電阻，最大限度地減少分流，優(yōu)化納米線的幾何形狀