硅納米線太陽能電池總結

1、硅納米線太陽能電池總結作者: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目與照射在太陽能電池表面一定能量的光子數目的比率。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有關。外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)，太陽能電池的電荷載流子數目與外部入射到太陽能電池表面的一定能量的光子數目之比。內量子效率(Internal Quantum Efficiency, IQE) ，太陽能電池的電荷載流子數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，一定能量的光子數目之比。硅納米線

2、太陽能電池基于硅納米線太陽能電池的金屬箔進行了闡述【foil -鋁箔】。此類設備的 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據一個單元的 設計，采用薄非晶硅層上沉積形成的納米線陣列P - N結。一個有前途的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，復活在可再生能源系統(tǒng)的興趣。 太陽能轉換 特別感興趣，因為是豐富的源。今天的絕大多數鈥檚商業(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

3、電池，一些需要使用的納米結構的概念?；诩{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構。【photovoltaic-光伏】納米線和納米棒，定義中的應用這里有寬高比5:1太陽能電池已試圖在幾個 設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-無機混合材料或利用，如化合物半導體硒化鎘。黃 長發(fā)等人。作為electro neo nduct ing利用的CdSe納米棒層孔導電聚合物基太陽 能電池和生產效率AM1.5照射的1.7 %。類似的結構已被證明為 dye-sensitized 使

4、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1.5% .4,5這些結果，以及其他最近的研究表明，在 納米結構太陽能電池中使用納 米線增強電荷傳輸 與其他非納米結構太陽能電池相比的好處，納米架構。 在這里，我們目前全無機，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，假設傳統(tǒng)的半導體物理學（沒有量子效應），和其他 人，9表明，硅納米線為基礎的太陽能電池提供了一個15%-18%不等的順序上的效率權利納米線的規(guī)模和質量?！緀fficiency entitlement-效率權利】。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散，電荷傳輸的光少數載流子，其中大部分是PN結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，可以標準技術，如 化學氣相沉積技術【chemical vapor depositio n（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生長的納米線結構可能會產生與塊狀太陽能 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），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。設備制作開始先清潔的SS基板使用標準的溶劑，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 生長過程中的擴散屏障。以下的沉積一個50- A -厚的金膜，催化化學氣相沉積用人汽液固？VLS

7、的？增長mechanism12 ，13是用來生長p型Si納米線的直徑為109 ± 30納米，長 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)建氧化介質隔離層在800 C,干氧環(huán)境，其次是旋轉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【plasma enhanced -等離子體增強】等離子體增強化學氣相沉積的 PECVD，【amorphous-無

8、定形】適n型的 無定形硅的a - Si: H層創(chuàng)建光敏p - n結。這一步是緊密耦合在30分鐘內到以 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展的手段，創(chuàng)建一個 pn 結四凈重陣列。此外，n型的a-Si: H薄膜良好的鈍化性能已充分了解。雖然 少數載體壽命和表面復合速度 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200 nm厚的透明導電的銦錫氧化物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置從國家與硅太陽能電 池校準AM1.5可再生能源實驗室NREL。如上所述，我們預計四凈重光伏

10、設備到平面顯示改進的光學特性比較 設備。一個典型的四凈重光學反射鏡面如圖相比，一個平面器件的細胞。2，沿一兩個有代表性的設備的圖片。四凈重電池顯示減少一到兩個數量 級的反射在整個頻譜范圍從300到1100 nm。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。視覺上，在四凈重設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3 mA光電流是在這1.8 cm2的 設備觀察光。開路電壓的最佳設備【devices -設備】 是130毫伏，這比單納 米線設備稍微小和填充因子是0.28。無

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是由于吸收在納米線陣列。 我們以前的光研究表明，內有 效吸收納米線陣列，顯示了一個類似形狀的觀察EQE在近紅外范圍內的曲線，雖然在低于650 nm的波長較短，我們觀察到設備的 EQE減少。這一步是緊密 耦合在30分鐘內到以前的當量數和光阻去除步驟，但再生一個非常薄的原生氧化不能完全阻止。丨Oxford Plasma-牛津等離子

12、】這些設備有幾個特點，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，平均納米線半徑應優(yōu)化等，這是約等于平均少數載流子擴散長度在納米線。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 次離子質譜在我們的實驗室，并在執(zhí)行測量的a - Si : H層已經有針對性地約等于收益預期的50納米的耗盡區(qū)寬度。然而，我們相信，這個未經優(yōu)化的直徑分 布提供了一個部分解釋為什么 Voc是這些設備中的低，因為這個

13、事實，有可能 是當地分流的地區(qū)整個電池。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，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 鉭擴散到硅納米線，因此， 降低少數載流子的壽命 。然而，根據結構和 固態(tài)反應的考慮，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?，我們已經證明了通過化學氣相沉積制造在不銹鋼基板上的無機，大面積以硅納米線為基礎的 PN結太陽能電池。 這些太陽能電池效率的權利相媲美典型的體硅太陽能電池，但 潛在更低的成本 制造這些設備的過程很容易的可擴展性，使得這種太陽能電池架構為未來的光伏 應用有希望的候選人。正在進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，并提高p-n結質量