準(zhǔn)分子 PLD 制備的優(yōu)質(zhì)薄膜提升了太陽(yáng)能電池的效率。“相干公司準(zhǔn)分子激光器的高脈沖間穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)大面積均勻脈沖激光沉積的關(guān)鍵特性。”— 助理教授 Monica Morales-Masis，荷蘭特文特大學(xué)

挑戰(zhàn)

太陽(yáng)能電池和其他光電器件均可受益于具有器件兼容沉積方法的功能薄膜材料開(kāi)發(fā)。 在幾種類(lèi)型的太陽(yáng)能電池中，一項(xiàng)主要挑戰(zhàn)是，將透明導(dǎo)電電極沉積在器件的敏感層上，例如金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的有機(jī)接觸層。 通常可通過(guò)使用無(wú)機(jī)緩沖層來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。 特文特大學(xué) Monica Morales-Masis 領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組已經(jīng)研究了脈沖激光沉積 (PLD) 是否能為無(wú)緩沖的半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制造高質(zhì)量透明電極。 (除了低損傷沉積外，晶片型 PLD 也是太陽(yáng)能電池應(yīng)用的一個(gè)要求。) 幸運(yùn)的是，相干公司的 248 納米 KrF 準(zhǔn)分子激光器為可重復(fù)、可擴(kuò)展的 PLD 提供了理想的解決方案。

解決方案

該小組利用 248 納米高脈沖能量準(zhǔn)分子激光器在 4 英寸晶片上進(jìn)行 PLD，成功地展示了在金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池上重復(fù)沉積透明導(dǎo)電氧化物 (TCO) 薄膜。 Morales-Masis 解釋道，“PLD 已經(jīng)是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，例如用于復(fù)雜的壓電材料。 我們當(dāng)前正探索太陽(yáng)能電池材料的技術(shù)，對(duì)于這種材料，可擴(kuò)展性和至少與濺射沉積(該領(lǐng)域常用)相當(dāng)?shù)某练e速率是絕對(duì)必要條件。 COMPex 激光器的高穩(wěn)定性(脈沖間能量穩(wěn)定性和光束均勻性)對(duì)于提供薄膜均勻性和緊密的層厚控制至關(guān)重要”。

為了形成 TCO 薄膜，Morales-Masis 團(tuán)隊(duì)使用了 Twente Solid State Technology (TSST) 的 PLD 系統(tǒng)，其中準(zhǔn)分子激光束在一個(gè)固體靶上來(lái)回掃掠，對(duì)要沉積到基板(安裝在一個(gè)圓形平臺(tái)上，該平臺(tái)在沉積過(guò)程中不斷旋轉(zhuǎn))上的材料進(jìn)行燒蝕。 這可確保在包含四個(gè)太陽(yáng)能電池基板的支架上均勻地沉積薄膜。

結(jié)果

高沉積壓力和 PLD 法室溫制備的摻雜 Zr 的 In2O3 TCO 薄膜使半透明鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池呈現(xiàn) 15.1% 的功率轉(zhuǎn)換效率。 這在無(wú)緩沖堆棧上得到了證明，證實(shí)了 PLD 作為一種“低損傷”沉積技術(shù)的潛力 [1]。 該小組目前正著手研究金屬鹵化物鈣鈦礦的 PLD [2]，以利用 PLD 的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)： 多組分材料的化學(xué)計(jì)量轉(zhuǎn)移。 這種無(wú)溶劑、在幾分鐘內(nèi)大面積形成金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜的能力在未來(lái)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中很有前景。

審核編輯 黃宇