Πηγή: atomiclimits.com
Υπάρχουν πολλά πράγματα να πούμε (και να εξηγήσουμε) σχετικά με την άνοδο του PERC και τη διαδικασία κατασκευής του και αυτό είναι κάτι που θα αφήσω για άλλη ανάρτηση στο blog για τώρα. Αλλά ένα πράγμα είναι εμφανές, όπως επίσης αναφέρεται σαφώς στην έκθεση: «Το κλειδί για την κατασκευή PERC είναι η πίσω παθητικοποίηση, ενώ το ομόφωνο υλικό επιλογής για το σκοπό αυτό είναι το οξείδιο του αλουμινίου, το οποίο μπορεί να κατατεθεί χρησιμοποιώντας μηχανήματα PECVD, γνωστά από την εφαρμογή νιτριδίου του πυριτίου ή εργαλεία Atomic Layer Deposition (ALD)". Θέλω να συνδεθώ με αυτήν την πτυχή, καθώς η έρευνά μας στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Αϊντχόβεν συνέβαλε σημαντικά στην εξερεύνηση της επιφανειακής παθητικοποίησης από τον Al2O3(ALD και PECVD), στη διερεύνηση θεμελιωδών πτυχών και ιδιοτήτων υλικών που βασίζονται στο υψηλό επίπεδο επιφανειακής παθητικοποίησης, καθώς και στην επίδειξη του Al2O3σε συσκευές ηλιακών κυψελών.
Σκέφτηκα να εξετάσω ορισμένες σημαντικές πτυχές του Al2O3επιφανειακή παθητικοποίηση και διεργασίες εναπόθεσης, αλλά στη συνέχεια θυμήθηκα ότι είχα γράψει πολλές από αυτές τις πτυχές το 2011 όταν ετοίμαζα ένα συνέδριο για το 21ο NREL Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells& Ενότητες: Υλικά και Διαδικασίες που διοργανώθηκαν στο Breckenridge Colorado το 2011. Μου προσκάλεσαν σε αυτό το συνέδριο (που πραγματοποιείται ετησίως, βλ.https://siliconworkshop.com) γιατί η δουλειά μας για τον Al2O3είχε προσελκύσει πολλή προσοχή εκείνη την εποχή. Επανεξέταση της εφημερίδας του συνεδρίου, διαπίστωσα ότι πολλές από τις πτυχές που περιγράφονται στην εφημερίδα εξακολουθούν να ισχύουν και ήταν αρκετά προγνωστικές. Ως εκ τούτου, αποφάσισα να αντιγράψω το κείμενο ολόκληρου του χαρτιού παρακάτω και να προσθέσω μερικά μικρά σχόλια σε αυτό. Παρεμπιπτόντως, το έγγραφο βασίστηκε σε 10 ερωτήσεις των οποίων οι απαντήσεις θα έπρεπε να δώσουν μια καλή ιδέα για το «τις προοπτικές για τη χρήση του Al2O3για ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης"Καθώς αυτός ήταν ο τίτλος της εργασίας.
Θα ήθελα να προσθέσω εδώ ότι έδωσα επίσης ομιλία στην Ολομέλεια25ουΕυρωπαϊκό Συνέδριο και Έκθεση Φωτοβολταϊκής Ενέργειαςστη Βαλένθια το 2010. Αυτή ήταν τη στιγμή που το ενδιαφέρον για τον Al2O3στη βιομηχανία ηλιακών κυττάρων άρχισε πραγματικά να απογειώνεται. Ηχογράφησα αυτήν την παρουσίαση και μπορείτε να την ακούσετε ξανάεδώ. Θα σας δώσει μια γρήγορη επισκόπηση για όλες τις σχετικές πτυχές που σχετίζονται με το Al2O3σε 20 λεπτά Επιπλέον, θέλω να σημειώσω ότι παρέχονται πολύ περισσότερες πληροφορίες στο έγγραφο κριτικής που έγραψα και ο πρώην φοιτητής διδακτορικού μου το 2012:Κατάσταση και προοπτικές του Al2O3- βασικά σχέδια παθητικοποίησης επιφανείας για ηλιακά κύτταρα πυριτίου(Σύνδεσμος). Εάν συμμετέχετε ή ενδιαφέρεστε για το Al2O3για ηλιακά κύτταρα, αυτό είναι πιθανώς ένα must-read.
Τέλος, θέλω να αναφέρω ότι πολλά πράγματα έχουν συμβεί από αυτές τις μέρες, αλλά όπως ειπώθηκε, αυτό θα αντιμετωπιστεί σύντομα σε άλλη ανάρτηση ιστολογίου!
Εργαστήριο 21ου εργαστηρίου για τα κρυσταλλικά ηλιακά κύτταρα πυριτίου&Ενότητες: Υλικά και Διαδικασίες - Breckenridge Colorado - 2011 *
Ανασκόπηση των προοπτικών χρήσης του Al2O3για ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης
Αλ2O3είναι ένα υλικό που έχει αποκτήσει γρήγορα δημοτικότητα τα τελευταία χρόνια ως υλικό παθητικοποίησης λεπτής μεμβράνης για φωτοβολταϊκά c-Si (PV). Σε αυτήν τη συνεισφορά θα εξεταστούν δέκα ερωτήσεις που θα μπορούσαν να υπάρχουν στην κοινότητα των ηλιακών κυττάρων.
1) - Παθητικοποίηση επιφανείας από τον Al2O3, ποια είναι η υπόθεση?
Ήδη το 1989 οι Hezel και Jaeger ανέφεραν τις παθητικές ιδιότητες του Al2O3ταινίες εκείνη την εποχή που προετοιμάστηκαν με πυρόλυση [1]. Αν και αυτό το έγγραφο αναφέρει τις πολύ ενδιαφέρουσες ιδιότητες του υλικού από την άποψη της παθητικοποίησης της επιφάνειας του c-Si (π.χ., η παρουσία μιας υψηλής πυκνότητας αρνητικών φορτίων), υπήρχε περισσότερο ενδιαφέρον για το a-SiNx: H λεπτές μεμβράνες εκείνη την εποχή και το υλικό παρέμεινε βασικά απαρατήρητο στην κοινότητα φωτοβολταϊκών. Αυτό άλλαξε ωστόσο γύρω στο 2005 όταν ερευνητικές ομάδες στο IMEC [2] και το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Αϊντχόβεν (TU / e) [3] έδειξαν ότι ο Al2O3μεμβράνες που παρασκευάζονται με εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD) - μια συγκεκριμένη μορφή εναπόθεσης χημικών ατμών (CVD) [4] - οδηγούν σε εξαιρετικά επίπεδα επιφανειακής παθητικοποίησηςn- τύπος καιp- πληκτρολογήστε c-Si. Μετά από αυτές τις αρχικές αναφορές το ενδιαφέρον για τον Al2O3μεγάλωσε γρήγορα, ειδικά όταν αποδείχθηκε ότι ο Al2O3οδηγεί επίσης σε μια εξαιρετική παθητικοποίηση τουp+- τύποι επιφανειών [5] και μετά από αναφορά σχετικά με την απόδοση των ηλιακών κυψελών στις οποίες το Al2O3ενσωματώθηκε για παθητική πίσω και μπροστινή πλευρά τουp- πληκτρολογήστε [6] καιn- τύπος [7] ηλιακών κυψελών.
2) - Ποιες είναι οι βασικές ιδιότητες του Al2O3ταινίες που χρησιμοποιούνται για το παθητικό Si;
Αλ2O3είναι ένα διηλεκτρικό ευρύ εύρος ζώνης (~ 8,8 eV για υλικό χύδην) που αποτελείται από διάφορες κρυσταλλικές μορφές. Ωστόσο, για παθητικά στρώματα άμορφο Al2O3Τα φιλμ χρησιμοποιούνται με κάπως χαμηλότερο εύρος ζώνης (~ 6,4 eV) και με δείκτη διάθλασης ~ 1,65 σε ενέργεια φωτονίου 2eV. Οι μεμβράνες είναι επομένως πλήρως διαφανείς στην περιοχή μήκους κύματος που ενδιαφέρει τα ηλιακά κύτταρα. Οι μεμβράνες είναι συνήθως αρκετά στοιχειομετρικές (λόγος [O] / [Al]=~ 1,5) αν και μπορεί να υπάρχει μια μικρή περίσσεια του Ο στην ταινία. Όταν παρασκευάζονται με τεχνικές που βασίζονται σε CVD, οι μεμβράνες εμφανίζουν επίσης χαμηλή περιεκτικότητα σε υδρογόνο (συνήθως 2-3 σε.%) Και αυτό το υδρογόνο συνδέεται ως επί το πλείστον με (περίσσεια) Ο ως ομάδες -OH. Ωστόσο, έχει παρατηρηθεί ότι οι εξαιρετικές ιδιότητες παθητικοποίησης δεν εξαρτώνται ευαίσθητα από το Al2O3ιδιότητες όπως στοιχειομετρία και καθαρότητα υλικού [8]. Η περιεκτικότητα σε υδρογόνο του Al2O3Ωστόσο, οι μεμβράνες είναι πολύ σημαντικές για τη χημική παθητικοποίηση του c-Si που λαμβάνεται από το Al2O3ταινίες. Αυτό ισχύει επίσης για το διεπιφανειακό στρώμα του SiOx(Πάχος 1-2 nm) που (πάντα) σχηματίζεται μεταξύ του Al2O3και το Si κατά την εφαρμογή τεχνικών που βασίζονται σε CVD [3,9].
Ο διαθλαστικός δείκτης n και ο συντελεστής απόσβεσης k των 30 nm Al2O3ταινία που κατατέθηκε από την ALD[10].
3) - Ποιες τεχνικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προετοιμασία του Al2O3λεπτές ταινίες;
Αλ2O3μεμβράνες για c-Si επιφανειακή παθητικοποίηση έχουν κατατεθεί από θερμικό και ALD υποβοηθούμενο από πλάσμα χρησιμοποιώντας Al (CH3)3πρόδρομη δοσολογία μαζί με διαφορετικές οξειδωτικές πηγές (Η2O, O3και Ο2πλάσμα) [8,11]. CVD ενισχυμένο με πλάσμα (PECVD, από Al (CH3)3και Ν2O ή CO2μίγματα) έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για την κατάθεση Al2O3[8,12,13], καθώς και η τεχνική φυσικής εναπόθεσης ατμών (PVD) sputtering [14]. Στις πρώτες μέρες (1989) οι Hezel και Jaeger χρησιμοποίησαν πυρόλυση του Al (OiΠρ)3για την απόθεση του Al2O3που ήταν τα πρώτα αποτελέσματα στο Al2O3-βάσει παθητικοποίηση του c-Si που αναφέρθηκε ποτέ [1]. Επίσης διερευνήθηκαν διεργασίες sol-gel για το Al2O3σύνθεση για παθητικοποίηση c-Si [15,16]. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις η ανόπτηση των φιλμ στους ~ 400 ºC είναι ωφέλιμη ή ακόμη και απαιτείται για την επίτευξη υψηλού επιπέδου επιφανειακής παθητικοποίησης.
Διαφορετικές διαμορφώσεις αντιδραστήρων για θερμικό ALD: (α) αντιδραστήρας μονής γκοφρέτας, (β) αντιδραστήρας παρτίδας και χωρικός αντιδραστήρας ALD. Στα (α) και (β) οι κύκλοι ALD πραγματοποιούνται στον τομέα του χρόνου και (γ) οι κύκλοι ALD πραγματοποιούνται στον χωρικό τομέα[17].
4) - Αυτό που κάνει τον Al2O3τόσο μοναδικό για την επιφανειακή παθητικοποίηση;
Δύο μηχανισμοί παθητικοποίησης μπορούν να διακριθούν για τις επιφάνειες Si. Ο πρώτος μηχανισμός είναι η μείωση της πυκνότητας κατάστασης διεπαφήςDτοστην επιφάνεια Si, π.χ. μέσω της παθητικοποίησης των δεσμών Si που ταλαντεύονται από τα άτομα Η. Αυτός ο μηχανισμός αναφέρεται ως «χημική παθητικοποίηση». Ο δεύτερος μηχανισμός είναι η μείωση της πυκνότητας των φορέων φορτίου μειοψηφίας που υπάρχουν στην επιφάνεια Si μέσω ενός ενσωματωμένου ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια. Αυτό το λεγόμενο «παθητικό εφέ πεδίου» μπορεί να επιτευχθεί με προφίλ ντόπινγκ ή με σταθερές χρεώσειςQfπαρόν σε μια λεπτή μεμβράνη που έχει κατατεθεί στο Si Το εξαιρετικό παθητικό από τον Al2O3είναι συνήθως ένας συνδυασμός και των δύο μηχανισμών.
Το γεγονός ότι ο Αλ2O3μπορεί να περιέχει πολύ υψηλή πυκνότητα (έως 1013εκ-3απόαρνητικόςοι χρεώσεις καθιστούν το υλικό μοναδικό [18]. Σχεδόν σχεδόν όλα τα άλλα υλικά (ιδίως το SiO2και a-SiNx: H) περιέχουν θετικά σταθερά φορτία και σε χαμηλότερη πυκνότητα. Για τον Al2O3οι σταθερές χρεώσεις βρίσκονται στη διεπαφή μεταξύ του Al2O3και το διεπιφανειακό SiOxστο Si [19]. Επιπλέον, είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι η πυκνότητα των σταθερών χρεώσεων στο Al2O3εξαρτάται από τη μέθοδο προετοιμασίας του Al2O3.Για ταινίες που παρασκευάζονται από ALD και PECVD υποβοηθούμενες από πλάσμα γενικά υψηλότερεςQfβρίσκεται όπως και για ταινίες που παρασκευάζονται από την θερμική ALD. Στην τελευταία περίπτωση το εξαιρετικό επίπεδο παθητικότητας μπορεί να αποδοθεί κυρίως σε χαμηλόDτοεπίπεδο.
Μια δεύτερη βασική πτυχή του Al2O3, μια πτυχή που έχει λάβει λιγότερη προσοχή μέχρι τώρα, είναι το γεγονός ότι ο Al2O3ενεργεί επίσης μια αποτελεσματική δεξαμενή υδρογόνου που παρέχει υδρογόνο στη διεπαφή Si κατά τις θερμικές επεξεργασίες (κατά τη διάρκεια της ανόπτησης και κατά τη διάρκεια του σταδίου πυροδότησης). Αυτό πρόσφατα αποδείχθηκε ξεκάθαρα [9] και εξηγεί το γεγονός ότι ένα τέτοιο εξαιρετικό επίπεδο χημικής παθητικοποίησης μπορεί να επιτευχθεί από τον Al2O3ταινίες, είτε κατατίθενται απευθείας σε Si που τερματίζεται με Η ή σε Si που περιέχει ένα κατατεθειμένο SiOxστρώμα (π.χ. από PECVD ή ALD) που είναι παθητικά σχετικά άσχημα από μόνη της (δηλαδή, όταν δεν υπάρχει Al2O3εφαρμόζεται στρώμα κάλυψης) [20].
Επιφανειακή ταχύτητα ανασυνδυασμού Seff, μέγγια υποβοηθούμενη από πλάσμα και θερμική ALD2O3φιλμ ως συνάρτηση της πυκνότητας φορτίου κορώνας που κατατίθεται στο Al2O3. Αυτή η πλοκή αποκαλύπτει ότι και οι δύο μεμβράνες περιέχουν σταθερή πυκνότητα αρνητικού φορτίου αλλά με μικρότερη φόρτιση στο θερμικό δείγμα ALD. Το θερμικό ALD έχει υψηλότερο επίπεδο χημικής παθητικοποίησης όπως αποκαλύπτεται από τη χαμηλότερη τιμή του Seff, μέγστο σημείο όπου οι πάγιες χρεώσεις αντισταθμίζονται από τις κορώνες
Σημείωση 2018:Πρόσφατη έρευνα παρακολούθησης για την παθητικοποίηση επιφανειών πυριτίου από διάφορα μεταλλικά οξείδια αποκάλυψε ότι πολλά από αυτά τα μεταλλικά οξείδια είναι διηλεκτρικά αρνητικά φορτία, π.χ. HfO2Γα2O3, TiO2, Nb2O5, και τα λοιπά.
5) - Ποια είναι η απόδοση των ηλιακών κυττάρων (βιομηχανικού τύπου) με το Al2O3?
Λαμβάνοντας υπόψη τον ενθουσιασμό για τον Αλ2O3εντός της κοινότητας φωτοβολταϊκών [21,22], είναι πολύ πιθανό ότι η απόδοση των ηλιακών κυττάρων που περιέχουν Al2O3Τα παθητικά στρώματα δοκιμάζονται εκτενώς. Ωστόσο, καθώς αφορά πολύτιμες και ιδιόκτητες πληροφορίες για φωτοβολταϊκές εταιρείες, το αποτέλεσμα αυτών των δοκιμών δεν αποκαλύπτεται ή δεν αναφέρεται ρητά ως έχει. Τα πρώτα αποτελέσματα σε ηλιακά κύτταρα με Al2O3έθεσε ωστόσο τη σκηνή και ήταν καθοριστικής σημασίας για την ενεργοποίηση του ενδιαφέροντος της βιομηχανίας φωτοβολταϊκών. Τα πρώτα αποτελέσματα ηλιακών κυττάρων αναφέρθηκαν γιαp- πληκτρολογήστε κελιά PERC στα οποία ALD Al2O3χρησιμοποιήθηκε για παθητικοποίηση πίσω επιφάνειας, ως ένα μόνο στρώμα και σε μια στοίβα σε συνδυασμό με PECVD-SiOx(συνεργασία ISFH - TU / e) [6]. Η καλύτερη απόδοση σε αυτήν την πρώτη έκθεση ήταν 20,6% και σε μετέπειτα εργασίες για παρόμοια ηλιακά κύτταρα επιτεύχθηκε απόδοση 21,5% [13]. Ένα άλλο σημαντικό πρώιμο επίτευγμα ήταν μια απόδοση 23,2% γιαn- πληκτρολογήστε κελιά PERL στα οποία ALD Al2O3σε συνδυασμό με το PECVD a-SiNx: H χρησιμοποιήθηκαν για παθητικοποίηση εμπρός-επιφάνειας (συνεργασία Fraunhofer ISE - TU / e) [7]. Σε μεταγενέστερο στάδιο επιτεύχθηκε απόδοση 23,5% για αυτού του είδους τα ηλιακά κύτταρα [23]. Άλλα αποτελέσματα ηλιακών κυττάρων έχουν αναφερθεί από το ITRI [24], το ECN [25] και το Πανεπιστήμιο του Konstanz [26].
Ηλιακό στοιχείο PERL με βάση Si τύπου n και στρώμα παθητικοποίησης εμπρός επιφάνειας του Al2O3(30 nm) μαζί με ένα a-SiNx: H (40 nm) αντιανακλαστική επίστρωση[7].
Σημείωση 2018:Προφανώς, η βιομηχανική ανακάλυψη του Al2O3ήταν στην τεχνολογία PERC.
6) - Ποιες είναι οι προϋποθέσεις για την ταινία και τις συνθήκες επεξεργασίας;
Πολλές τεχνικές ερωτήσεις πρέπει να αντιμετωπιστούν για την εφαρμογή του Al2O3σε ηλιακά κύτταρα. Οι απαντήσεις σε αυτά τα ερωτήματα προφανώς εξαρτώνται από τον προβλεπόμενο τύπο και τη διαμόρφωση των ηλιακών κυττάρων, αλλά έχουν ληφθεί ορισμένες γενικές πληροφορίες από τις μελέτες που πραγματοποιήθηκαν τα τελευταία χρόνια. Για μεμβράνες που έχουν κατατεθεί ALD, το ελάχιστο πάχος βρέθηκε να είναι 5 nm και 10 nm για ALD υποβοηθούμενη από πλάσμα και θερμική, αντίστοιχα [27]. Η διαφορά αναμένεται να προέλθει από τη χαμηλότερη σημασία της παθητικοποίησης εφέ πεδίου από τη θερμική ALD Η βέλτιστη θερμοκρασία εναπόθεσης κυμαίνεται από 150-250oΓ [8]. Αν και το επίπεδο παθητικοποίησης δεν είναι πολύ ευαίσθητο στη θερμοκρασία εναπόθεσης, το βέλτιστο καθορίζεται από τη χημική παθητικοποίηση [9]. Σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, το Al2O3Η πυκνότητα του φιλμ δεν είναι αρκετά υψηλή ενώ σε υψηλότερες θερμοκρασίες το Al2O3έχει πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε υδρογόνο. Και στις δύο περιπτώσεις, το Al2O3δεν μπορεί να παρέχει επαρκές υδρογόνο για να παθητικοποιήσει τους δεσμούς Si που ταλαντεύονται στη διεπαφή (κατά τη διάρκεια της ανόπτησης), είτε λόγω της πολύ μεγάλης διάχυσης του υδρογόνου στο περιβάλλον ή μιας πολύ μικρής δεξαμενής υδρογόνου για να ξεκινήσει. Λαμβάνοντας υπόψη την ανόπτηση του Al2O3- ένα βήμα που είναι απαραίτητο για την ενεργοποίηση της επιφανειακής παθητικότητας σε πλήρη έκταση - η βέλτιστη θερμοκρασία είναι περίπου 400oΓ [27]. Σε αυτή τη θερμοκρασία απελευθερώνεται αρκετό υδρογόνο από το φιλμ. Το γεγονός ότι το υδρογόνο από τη μεμβράνη μειώνει την πυκνότητα κατάστασης διεπαφής επιβεβαιώνεται επίσης από το γεγονός ότι μια ανόπτηση στο Ν2Το αέριο λειτουργεί καλά, δεν απαιτείται ανόπτηση αερίου. Η διάρκεια του σταδίου ανόπτησης μπορεί να είναι τόσο μικρή όσο 1 λεπτό. για να παρέχει εξαιρετικά επίπεδα παθητικοποίησης της επιφάνειας. Το Al2O3είναι επίσης αρκετά σταθερό κατά τη διάρκεια του σταδίου πυροδότησης, όπως χρησιμοποιείται σε βιομηχανικά ηλιακά κύτταρα με μεταλλοτυπία. Ωστόσο, το επίπεδο παθητικοποίησης επιδεινώνεται κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου υψηλής θερμοκρασίας (συνήθως 800 - 900oC για λίγα δευτερόλεπτα) [28,29], αλλά το υπόλοιπο επίπεδο παθητικοποίησης είναι κατά πολύ επαρκές για τέτοιου είδους βιομηχανικά ηλιακά κύτταρα. Το Al2O3βρέθηκε επίσης συμβατό μεa-Αμαρτίαx: H σε συστήματα στοίβας και ακόμη και βελτιωμένη θερμική σταθερότητα αναφέρθηκε [30]. Επίσης στοίβες Al2O3με SiO χαμηλής θερμοκρασίας2βρέθηκε ότι ήταν σταθερή στην εκτόξευση [20].
Επιφανειακή ταχύτητα ανασυνδυασμού Seff, μέγγια υποβοηθούμενη από πλάσμα και θερμική ALD2O3φιλμ μετά από ανόπτηση σε διαφορετικές θερμοκρασίες στο Ν2για 10 λεπτά. Τα δεδομένα δίνονται για p- και n-τύπου Si. Τα δεδομένα στο 200oΤο C αφορά φιλμ που έχουν κατατεθεί (η θερμοκρασία απόθεσης ήταν 200oC για όλες τις ταινίες)[27].
Σημείωση 2018:Στο PERC, μια στοίβα του Al2O3/όπως λέμεx: H χρησιμοποιείται και αυτή η στοίβα επιτρέπει πιο λεπτό Al2O3ταινίες. Το πάχος του Al2O3στο PERC είναι 4-10 nm.
7) - Είναι οι μέθοδοι για την απόθεση του Al2O3κλιμακούμενος?
Οι μέθοδοι εναπόθεσης PECVD [13,31] και sputtering [14,32] είναι σίγουρα επεκτάσιμες και έχουν ήδη εφαρμοστεί στην κατασκευή ηλιακών κυψελών c-Si. Η εταιρεία Roth& Η Rau έχει προσαρμόσει την τεχνική μικροκυμάτων PECVD για το Al2O3Αναφέρθηκαν εναποθέσεις και καλά παθητικά αποτελέσματα [13]. Το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι ότι τα υπάρχοντα συστήματα PECVD μπορούν πολύ εύκολα να τροποποιηθούν αποφεύγοντας τις μεγάλες επενδύσεις στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών ή / και τη μείωση των μεγάλων κεφαλαιουχικών δαπανών. Για το ψεκασμό, τα αποτελέσματα παθητικοποίησης που αναφέρθηκαν μέχρι στιγμής δεν είναι τόσο καλά όσο για τα PECVD και ALD, αν και μπορεί να είναι επαρκή για την κατασκευή εμπορικών ηλιακών κυψελών.
Το συμβατικό ALD είναι ακατάλληλο για παραγωγή βιομηχανικών ηλιακών κυψελών υψηλής απόδοσης. Ωστόσο, η απόδοση μπορεί να αυξηθεί με τη μετάβαση σε παρτίδα στην οποία πολλαπλές (100+) γκοφρέτες επικαλύπτονται ταυτόχρονα σε έναν μόνο θάλαμο αντιδραστήρα. Αυτή η διαδρομή ακολουθείται από τις εταιρείες Beneq [33,34] και ASM [35] Μια άλλη προσέγγιση ακολουθείται από δύο ολλανδικές εταιρείες. Τόσο το Levitech [36-38] όσο και το SolayTec [39-41] έχουν αναπτύξει εξοπλισμό χωρικού-ALD στον οποίο οι κύκλοι ALD δεν πραγματοποιούνται στον τομέα του χρόνου αλλά στον χωρικό τομέα. Αυτό θα επιτρέψει την υψηλή επεξεργασία απόδοσης άνω των 3.000 γκοφρετών ανά ώρα ανά εργαλείο.
Σύγκριση αποτελεσμάτων παθητικοποίησης c-Si για χωρικά-ALD, PECVD και sputtering[42]. Το ALD αποδίδει συνήθως την καλύτερη απόδοση παθητικοποίησης αν και το PECVD έρχεται πολύ κοντά[8,43].
Σημείωση 2018:Το 2011, ο Roth& Η Rau εξαγοράστηκε από τη Meyer Burger και αυτό είναι το τρέχον όνομα της εταιρείας. Τα τελευταία χρόνια, έχουν συμβεί πολλά στον τομέα του Al2O3εναπόθεση και οι εταιρείες που παρέχουν τα εργαλεία. Δείτε το ιστολόγιο παρακολούθησης.
8) - Spatial-ALD για κατασκευή μεγάλου όγκου, ποια είναι τα οφέλη;
Τα δύο πιο σημαντικά οφέλη του χωρικού-ALD είναι ότι επιτρέπει την ενσωματωμένη ατμοσφαιρική επεξεργασία ALD και ότι οι κύκλοι δεν πραγματοποιούνται στον τομέα του χρόνου αλλά στον χωρικό τομέα. Το τελευταίο σημαίνει ότι ο πρόδρομος και η ένεση αντιδρώντος λαμβάνουν χώρα σε διαφορετικά διαμερίσματα ή ζώνες στις οποίες είναι περιορισμένα τα είδη της αέριας φάσης. Αυτές οι ζώνες διαχωρίζονται από εμπόδια αδρανούς αερίου που δημιουργούνται από ζώνες εκκαθάρισης στο μεταξύ. Για να εκτίθεται το υπόστρωμα εναλλάξ στις διάφορες ζώνες, η επιφάνεια του υποστρώματος μεταφράζεται μέσω των διαφορετικών ζωνών. Αυτή η μετάφραση μπορεί να είναι γραμμικά μετακινώντας το υπόστρωμα μέσω πολλών επαναλαμβανόμενων ζωνών (προσέγγιση που ακολουθεί ο Levitech [36-38]) ή μπορεί περιοδικά να μετακινεί τα υποστρώματα σε σχέση με μια κεφαλή απόθεσης από και προς τα πίσω (προσέγγιση που ακολουθεί ο SolayTec [39] -41,44]). Άλλα οφέλη για την ενσωματωμένη χωρική ALD είναι το γεγονός ότι η απόθεση μιας πλευράς μπορεί εύκολα να επιτευχθεί, η απουσία κινούμενων μερών (εκτός από τις γκοφρέτες) και το γεγονός ότι δεν πραγματοποιείται απόθεση στα τοιχώματα του αντιδραστήρα. Επίσης, η χρήση των προδρόμων είναι αποτελεσματική.
Το χωρικό σύστημα ALD «Levitrack» του Levitech για ενσωματωμένη επεξεργασία ηλιακών κυψελών σε ατμοσφαιρική πίεση[36-38]. Οι γκοφρέτες προωθούνται στην είσοδο της τροχιάς και «επιπλέουν» σε ρουλεμάν αερίου που δημιουργούνται από τα εγχυόμενα αέρια: Al (CH3)3πρόδρομος, Ν2εκκαθάριση, Η2Ο αντιδραστήριο, και Ν2εκκαθάριση κλπ. Η θέση των γκοφρετών είναι αυτοσταθεροποιημένη στο κέντρο της τροχιάς και επίσης η απόσταση μεταξύ γειτονικών γκοφρετών λίγων εκατοστών είναι αυτορυθμιζόμενη. Στην τρέχουσα διαμόρφωση το σύστημα αποδίδει ~ 1 nm Al2O3ανά 1 m μήκος συστήματος.
9) - Τι γίνεται με το κόστος παραγωγής ανά γκοφρέτα για την Al2O3παθητικά στρώματα;
Αυτή η ερώτηση είναι δύσκολο να απαντηθεί αυτή τη στιγμή. Ορισμένοι κατασκευαστές εξοπλισμού της Al2O3Τα συστήματα εναπόθεσης αναφέρουν λίγα λεπτά ανά γκοφρέτα. Ωστόσο, η εφαρμογή, για παράδειγμα, συστημάτων παθητικοποίησης οπίσθιας επιφάνειας έχει σημαντικές συνέπειες για τη συνολική ροή διεργασίας της κατασκευής ηλιακών κυψελών και το κόστος ιδιοκτησίας θα εξαρτηθεί συνεπώς σε μεγάλο βαθμό από τις λεπτομέρειες του επιλεγμένου συστήματος παθητικοποίησης πίσω επιφάνειας. Επίσης η ενσωμάτωση του Al2O3με άλλα υλικά και τα στάδια επεξεργασίας είναι μια μεγάλη πρόκληση που αντιμετωπίζεται σήμερα από τη βιομηχανία φωτοβολταϊκών.
Ένα σημαντικό εύρημα μέχρι στιγμής είναι το γεγονός ότι η παθητικοποίηση των ηλιακών κυττάρων από τον Al2O3δεν απαιτεί καθαρότητα βαθμού ημιαγωγού του Al (CH3)3πρόδρομος. Διαπιστώθηκε ότι η παθητική απόδοση που προέκυψε από ηλιακό βαθμό Al (CH3)3είναι επίσης εξαιρετικό [10]. Αυτό είναι μόνο μία από τις σημαντικές πτυχές που σχετίζονται με το κόστος που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Μια άλλη ενδιαφέρουσα παρατήρηση ήταν ότι μια πολύ καλή απόδοση παθητικοποίησης μπορεί επίσης να επιτευχθεί από άλλους, κάπως λιγότερο πυροφόρους πρόδρομους από τον Al (CH3)3, για παράδειγμα ALD του Al2O3από την Al (CH3)2(OiPr) και O2Το πλάσμα αποκάλυψε επίσης μια πολύ καλή παθητική απόδοση [10].
Αποτελεσματική διάρκεια ζωής για θερμικά ALD Al-υποβοηθούμενα από πλάσμα2O3ταινίες που κατατίθενται από ημιαγωγό και ηλιακό βαθμό Al (CH3)3[10]. Το αντίστοιχο Seff, μέγοι τιμές είναι τόσο χαμηλές=1-2 cm / s για επίπεδα έγχυσης 1014-1015εκ-3. Από αυτό το σχήμα μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι δεν χρειάζεται να χρησιμοποιηθούν πολύ ακριβοί πρόδρομοι για να επιτευχθούν εξαιρετικά επίπεδα επιφανειακής παθητικοποίησης
Σημείωση 2018:Είναι σαφές ότι η χρήση του Al2O3nanolayers για παθητική αποδίδει. Η χρήση Al (CH3)3καθώς ο πρόδρομος είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας κόστους, οπότε η βελτιστοποιημένη και αποτελεσματική χρήση των προδρόμων είναι το κλειδί.
10) - Ποιες είναι οι συνολικές προοπτικές για τη χρήση του Al2O3σε PV;
Το ερώτημα πιθανώς δεν είναι αν ο Αλ2O3θα χρησιμοποιηθεί σε εμπορικά ηλιακά κύτταρα, αλλά όταν το Al2O3θα εφαρμοστεί. Το ερώτημα είναι επίσης σε ποιον τύπο ηλιακών κυττάρων το Al2O3θα εφαρμοστεί. Μπορεί να μην είναι μόνο σε μονοκρυσταλλικά ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης, υψηλής απόδοσης. Αλ2O3Οι λεπτές μεμβράνες μπορεί επίσης να είναι ενδιαφέρουσες για πιο γενική παραγωγή ηλιακών κυψελών. Μπορεί επομένως να συναχθεί το συμπέρασμα ότι οι συνολικές προοπτικές είναι πολύ φωτεινές.
Σημείωση 2018:Αλ2O3Οι nanolayers ενεργοποίησαν την τεχνολογία PERC που κυκλοφόρησε στην αγορά γύρω στο 2014. Φέτος, η παραγωγή των παγκόσμιων εργοστασίων κυψελών θα μπορούσε να φτάσει σχεδόν το 50%.
Βιβλιογραφικές αναφορές:
R. Hezelet αϊ.,J. Electrochem. Soc136518-523 (1989)
Γ. Agostinelliet αϊ.,Σολ. Ενέργεια Σολ. Κελιά903438-3443 (2006)
Β. Hoexet αϊ.,Εφαρμογή Φυσ. Κάτοικος της Λατβίας.89042112 (2006)
SM Γιώργοςet αϊ.,Chem.Στροφή μηχανής.110111-131 (2010)
Β. Hoexet αϊ.,Εφαρμογή Φυσ. Κάτοικος της Λατβίας.91112107 (2007)
J. Schmidtet αϊ.,Επαιτώ.Φωτοβολταϊκά Res. Εφαρμογή16461-466 (2008)
J. Μπενικet αϊ.,Εφαρμογή Φυσ. Κάτοικος της Λατβίας.92253504 (2008)
Γ. Dingemanset αϊ.,Ηλεκτροχημικό. Στερεάς κατάστασης Lett.13H76-H79 (2010)
Γ. Dingemanset αϊ.,Εφαρμογή Φυσ. Κάτοικος της Λατβίας.97152106 (2010)
G. Dingemans και WMM Kessels,25ο Ευρωπαϊκό Συνέδριο και Έκθεση Φωτοβολταϊκής Ηλιακής Ενέργειας, Βαλένθια (2010)
Γ. Dingemanset αϊ.,Ηλεκτροχημικό.Στερεάς κατάστασης Lett.14H1-H4 (2011)
Σ. Miyajimaet αϊ.,ΕφαρμογήΦυσ. Εξπρές3012301 (2010)
Π. Saint-Castet αϊ.,IEEE Ηλεκτρονική συσκευή Lett.31695-697 (2010)
Τ.-Τ. Λιet αϊ.,Φυσ.Κατάσταση Solidi RRL3160-162 (2009)
Π. Βιτάνοφet αϊ.,Λεπτές συμπαγείς ταινίες5176327-6330 (2009)
H.-Q. Σιάοet αϊ.,Πηγούνι. Φυσ.Κάτοικος της Λατβίας.26088102 (2009)
DH Levyet αϊ.,J. Δρ. Technol.5484-494 (2009)
Β. Hoexet αϊ.,J. Appl. Φυσ.104113703 (2008)
ΝΜ Terlindenet αϊ.,ΕφαρμογήΦυσ. Κάτοικος της Λατβίας.96112101 (2010)
Γ. Dingemanset αϊ.,Φυσ. Κατάσταση Solidi RRL522-24 (2011)
Κυρ&ενισχυτής; Αιολική Ενέργεια, Νοέμβριος (2010)
Photon International, Μάρτιος (2011)
J. Μπενικet αϊ.,35ο Συνέδριο Φωτοβολταϊκών Ειδικών IEEEΧονολουλού (2010)
WC Κυρet αϊ.,Ηλεκτροχημικό.Στερεάς κατάστασης Lett.12H388-H391 (2009)
IG Romijnet αϊ.,25ο Ευρωπαϊκό Συνέδριο και Έκθεση Φωτοβολταϊκής Ηλιακής Ενέργειας, Βαλένθια (2010)
J. Ebseret αϊ.,25ο Ευρωπαϊκό Συνέδριο και Έκθεση Φωτοβολταϊκής Ηλιακής Ενέργειας, Βαλένθια (2010)
Γ. Dingemanset αϊ.,Φυσ.Κατάσταση Solidi RRL410-12 (2010)
Γ. Dingemanset αϊ.,J. Appl. Φυσ.106114907 (2009)
J. Μπενικet αϊ.,Φυσ. Κατάσταση Solidi RRL3233-235 (2009)
J. Schmidtet αϊ.,Φυσ.Κατάσταση Solidi RRL3287-289 (2009)
Roth& Rau,http://www.roth-rau.de
Τζ. Λιουet αϊ.,25ο Ευρωπαϊκό Συνέδριο και Έκθεση Φωτοβολταϊκής Ηλιακής Ενέργειας, Βαλένθια (2010)
JI Skarp,218η Συνάντηση Ηλεκτροχημικής Εταιρείας, Λας Βέγκας (2010)
Beneq,http://www.beneq.com
ASM,http://www.asm.com
EHA Grannemanet αϊ.,25ο Ευρωπαϊκό Συνέδριο και Έκθεση Φωτοβολταϊκής Ηλιακής Ενέργειας, Βαλένθια (2010)
VI Κουζνέτσοφet αϊ.,218η Συνάντηση Ηλεκτροχημικής Εταιρείας, Λας Βέγκας (2010)
Levitech,http://www.levitech.nl
Β. Βερμάνγκet αϊ.,Επαιτώ.Φωτοβολταϊκά Res. Εφαρμογή(2011)
Π. Ποντet αϊ.,Adv Μητήρ.223564-3567 (2010)
SoLayTec,http://solaytec.org
J. Schmidtet αϊ.,25ο Ευρωπαϊκό Συνέδριο και Έκθεση Φωτοβολταϊκής Ηλιακής Ενέργειας, Βαλένθια (2010)
Π. Saint-Castet αϊ.,Εφαρμογή Φυσ. Κάτοικος της Λατβίας.95151502 (2009)
Π. Ποντet αϊ.,Φυσ. Κατάσταση Solidi RRL5165-167 (2011)