ที่มา:atomiclimits.com
มีหลายสิ่งที่จะพูด (และอธิบาย) เกี่ยวกับการเพิ่มขึ้นของ PERC และกระบวนการผลิต และนี่คือสิ่งที่ฉันจะฝากไว้สำหรับโพสต์บล็อกอื่นในตอนนี้ แต่มีสิ่งหนึ่งที่เห็นได้ชัดเจนในรายงานเช่นกันว่า “กุญแจสำคัญในการผลิต PERC คือการทำฟิล์มด้านหลัง ในขณะที่วัสดุที่เป็นเอกฉันท์สำหรับจุดประสงค์นี้คืออะลูมิเนียมออกไซด์ ซึ่งสามารถสะสมได้โดยใช้เครื่อง PECVD ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีจากการใช้ซิลิคอนไนไตรด์หรือเครื่องมือ Atomic Layer Deposition (ALD)” ฉันต้องการเชื่อมต่อกับแง่มุมนี้เนื่องจากการวิจัยของเราที่ Eindhoven University of Technology มีส่วนอย่างมากในการสำรวจพื้นผิวที่ทู่โดย Al2O3(ALD และ PECVD) เพื่อตรวจสอบลักษณะพื้นฐานและคุณสมบัติของวัสดุที่อยู่ภายใต้ระดับสูงของการทู่ผิว เช่นเดียวกับการสาธิตของ2O3ในอุปกรณ์โซลาร์เซลล์
ฉันคิดเกี่ยวกับประเด็นสำคัญบางประการของAl2O3พื้นผิวทู่และกระบวนการสะสม แต่แล้วฉันก็จำได้ว่าฉันได้เขียนแง่มุมเหล่านี้ไว้มากมายในปี 2011 เมื่อเตรียมกระดาษการประชุมสำหรับการประชุมเชิงปฏิบัติการ NREL ครั้งที่ 21 บน Crystalline Silicon Solar Cells& โมดูล: วัสดุและกระบวนการที่จัดขึ้นในเบรกเคนริดจ์ โคโลราโดในปี 2554 ฉันได้รับเชิญให้เข้าร่วมการประชุมนี้ (จัดขึ้นทุกปี ดูhttps://siliconworkshop.com) เพราะงานของเราเกี่ยวกับ Al2O3ได้รับความสนใจเป็นอย่างมากในขณะนั้น เมื่ออ่านเอกสารการประชุมอีกครั้ง ฉันพบว่าหลายแง่มุมที่อธิบายไว้ในกระดาษนี้ยังคงมีอยู่และค่อนข้างมีความเข้าใจ ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจคัดลอกข้อความของเอกสารทั้งฉบับด้านล่างและเพิ่มความคิดเห็นเล็กๆ น้อยๆ ลงไป อีกอย่าง บทความนี้มาจากคำถาม 10 ข้อ ซึ่งคำตอบควรให้ข้อคิดดีๆ เกี่ยวกับโอกาสในการใช้Al2O3เพื่อเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูง” เพราะนี่คือชื่อบทความ
ข้าพเจ้าขอเสริมว่าข้าพเจ้าได้บรรยายเต็มคณะที่ atด้วย25thการประชุมและนิทรรศการพลังงานแสงอาทิตย์ PV ของยุโรปในบาเลนเซียในปี 2010 ซึ่งเป็นช่วงที่ความสนใจใน Al2O3ในอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์เริ่มที่จะเริ่มต้นขึ้นจริงๆ ฉันบันทึกงานนำเสนอนั้นไว้และคุณสามารถฟังกลับได้ที่นี่. ควรให้ภาพรวมโดยย่อเกี่ยวกับแง่มุมที่เกี่ยวข้องทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับAl2O3ใน 20 นาที นอกจากนี้ ฉันต้องการทราบว่ามีข้อมูลเพิ่มเติมมากมายในรายงานความคิดเห็นที่อดีตนักศึกษาปริญญาเอกของฉันและฉันเขียนในปี 2012:สถานะและโอกาสของAl2O3-แบบแผนทู่พื้นผิวตามสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอน(ลิงค์). หากคุณมีส่วนร่วมหรือสนใจ Al2O3สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ นี่อาจเป็นสิ่งที่ต้องอ่าน
สุดท้ายนี้ ผมอยากจะบอกว่ามีหลายสิ่งหลายอย่างเกิดขึ้นนับตั้งแต่วันนี้ แต่อย่างที่บอก เรื่องนี้จะได้รับการแก้ไขในบล็อกโพสต์อื่นเร็วๆ นี้
เอกสารการประชุม การประชุมเชิงปฏิบัติการครั้งที่ 21 เรื่อง Crystalline Silicon Solar Cells& โมดูล: วัสดุและกระบวนการ – Breckenridge Colorado – 2011 *
ทบทวนแนวโน้มการใช้Al2O3เพื่อเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงfici
อัล2O3เป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เนื่องจากเป็นวัสดุเคลือบฟิล์มบางสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด c-Si (PV) ในการสนับสนุนนี้จะตอบคำถามสิบข้อตามที่อาจมีอยู่ในชุมชนเซลล์แสงอาทิตย์
1) – ทู่พื้นผิวโดยAl2O3, เรื่องราวคืออะไร?
แล้วในปี 1989 Hezel และ Jaeger ได้รายงานเกี่ยวกับคุณสมบัติการทู่ของAl2O3ภาพยนตร์ในขณะนั้นจัดทำโดยไพโรไลซิส [1] แม้ว่าบทความนี้จะรายงานเกี่ยวกับคุณสมบัติที่น่าสนใจมากของวัสดุในแง่ของการทู่ผิวของ c-Si (เช่น การมีประจุลบที่มีความหนาแน่นสูง) แต่ก็มีความน่าสนใจสำหรับ a-SiN มากกว่าx:H ฟิล์มบางในขณะนั้นและวัสดุยังคงไม่มีใครสังเกตเห็นโดยทั่วไปในชุมชน PV สิ่งนี้เปลี่ยนแปลงไปเมื่อประมาณปี 2548 เมื่อกลุ่มวิจัยที่ IMEC [2] และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Eindhoven (TU/e) [3] แสดงให้เห็นว่าอัล2O3ฟิล์มที่เตรียมโดยชั้นอะตอมมิก (ALD) – รูปแบบเฉพาะของการสะสมไอเคมี (CVD) [4] – นำไปสู่การเกิดฟิล์มทู่บนพื้นผิวในระดับดีเยี่ยมn-พิมพ์และp- พิมพ์ c-Si หลังจากรายงานเบื้องต้นเหล่านี้ความสนใจในAl in2O3เติบโตอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพบว่า Al2O3ยังนำไปสู่การทู่ที่ยอดเยี่ยมของp+-ประเภทพื้นผิว [5] และหลังจากรายงานประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ Al2O3ถูกรวมเข้ากับพื้นผิวด้านหลังและด้านหน้าของp-type [6] และn-ประเภท [7] เซลล์แสงอาทิตย์
2) – อะไรคือคุณสมบัติของวัสดุพื้นฐานของAl2O3ฟิล์มที่ใช้ทำสีทู่?
อัล2O3เป็นไดอิเล็กทริกแบบแบนด์แกปกว้าง (~8.8 eV สำหรับวัสดุจำนวนมาก) ซึ่งประกอบด้วยรูปแบบผลึกต่างๆ อย่างไรก็ตามสำหรับชั้นทู่ Al . อสัณฐาน2O3ฟิล์มถูกใช้โดยมีแถบคาดที่ต่ำกว่าเล็กน้อย (~6.4 eV) และมีดัชนีการหักเหของแสงที่ ~1.65 ที่พลังงานโฟตอน 2eV ฟิล์มจึงมีความโปร่งใสเต็มที่ตลอดช่วงความยาวคลื่นที่น่าสนใจสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ โดยทั่วไปแล้ว ภาพยนตร์จะมีปริมาณสัมพันธ์กันค่อนข้างมาก (อัตราส่วน [O]/[Al]=~1.5) แม้ว่าจะมี O มากเกินไปเล็กน้อยในภาพยนตร์ก็ตาม เมื่อเตรียมโดยใช้เทคนิค CVD ฟิล์มยังมีปริมาณไฮโดรเจนต่ำ (โดยทั่วไปอยู่ที่ 2-3 at.%) และไฮโดรเจนนี้ส่วนใหญ่ถูกยึดติดกับ O (ส่วนเกิน) เป็นกลุ่ม –OH อย่างไรก็ตาม มีข้อสังเกตว่าคุณสมบัติการทู่ฟิล์มที่ดีเยี่ยมไม่ได้ขึ้นอยู่กับความอ่อนไหวของ Al2O3คุณสมบัติเช่นปริมาณสัมพันธ์และความบริสุทธิ์ของวัสดุ [8] ปริมาณไฮโดรเจนของ Al2O3อย่างไรก็ตามพบว่าฟิล์มมีความสำคัญมากสำหรับการทำทู่ทางเคมีของ c-Si ที่ได้จาก Al2O3ภาพยนตร์ สิ่งนี้ยังรวมถึงชั้นอินเตอร์เฟเชียลของ SiOx(ความหนา 1-2 นาโนเมตร) ที่ (เสมอ) เกิดขึ้นระหว่าง Al2O3และ Si เมื่อใช้เทคนิค CVD [3,9]
ดัชนีการหักเหของแสง n และสัมประสิทธิ์การสูญพันธุ์ k ของ 30 nm Al2O3ภาพยนตร์ที่ฝากโดยALD[10].
3) – เทคนิคใดบ้างที่สามารถใช้ในการเตรียม Al2O3ฟิล์มบาง?
อัล2O3ฟิล์มสำหรับทู่ผิว c-Si ถูกสะสมโดย ALD ที่ใช้ความร้อนและพลาสมาโดยใช้ Al (CH3)3การให้สารตั้งต้นร่วมกับแหล่งออกซิไดซ์ต่างๆ (H2O, O3และ O2พลาสม่า) [8,11]. CVD ที่เสริมด้วยพลาสม่า (PECVD, จาก Al(CH .)3)3และ นู๋2O หรือ CO2สารผสม) ยังถูกใช้เพื่อฝากAl2O3[8,12,13] เช่นเดียวกับเทคนิคการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) ของการสปัตเตอร์ [14] ในสมัยแรก (1989) Hezel และ Jaeger ใช้ไพโรไลซิสของ Al(O .)iปร)3สำหรับการสะสมของอัล2O3ซึ่งเป็นผลลัพธ์แรกในAl2O3ทู่อิงของ c-Si เคยรายงาน [1] นอกจากนี้ยังมีการตรวจสอบกระบวนการโซลเจลสำหรับ Al2O3การสังเคราะห์สำหรับทู่ c-Si [15,16] ในทุกกรณีเหล่านี้ การหลอมฟิล์มที่อุณหภูมิ ~400 ºC นั้นมีประโยชน์หรือแม้กระทั่งจำเป็นในการทำให้พื้นผิวมีฟิล์มทู่ในระดับสูง
การกำหนดค่าเครื่องปฏิกรณ์แบบต่างๆ สำหรับ ALD ความร้อน: (a) เครื่องปฏิกรณ์เวเฟอร์เดี่ยว (b) เครื่องปฏิกรณ์แบบแบตช์ และเครื่องปฏิกรณ์ ALD เชิงพื้นที่ ใน (a) และ (b) รอบ ALD จะดำเนินการในโดเมนเวลาและใน (c) รอบ ALD จะดำเนินการในโดเมนเชิงพื้นที่[17].
4) – อะไรทำให้อัล2O3เอกลักษณ์เฉพาะสำหรับการทู่พื้นผิว?
สามารถจำแนกกลไกทู่ทู่สำหรับพื้นผิวศรี กลไกแรกคือการลดความหนาแน่นของสถานะอินเทอร์เฟซDมันที่พื้นผิวศรี เช่น ผ่านการทู่ของพันธะห้อยต่องแต่งของศรีโดยอะตอม H กลไกนี้เรียกว่า "ฟิล์มเคมี" กลไกที่สองคือการลดความหนาแน่นของตัวพาประจุส่วนน้อยที่พื้นผิว Si ผ่านสนามไฟฟ้าในตัวที่พื้นผิว นี้เรียกว่า "การพาสซีฟเอฟเฟกต์ฟิลด์" สามารถทำได้โดยโปรไฟล์ยาสลบหรือโดยค่าใช้จ่ายคงที่Qfปรากฏอยู่ในแผ่นฟิล์มบางๆ ทู่ที่ยอดเยี่ยมโดยAl2O3โดยทั่วไปจะเป็นการรวมกันของกลไกทั้งสอง
ความจริงที่ว่าอัล2O3มีความหนาแน่นสูงมาก (มากถึง 1013ซม-3) ของเชิงลบค่าใช้จ่ายทำให้วัสดุไม่ซ้ำกัน [18] วัสดุอื่นๆ เกือบทั้งหมด (โดยเฉพาะ SiO2และ a-SiNx:H) มีประจุคงที่เป็นบวกและมีความหนาแน่นต่ำกว่า สำหรับ Al2O3ค่าใช้จ่ายคงที่อยู่ที่ส่วนต่อประสานระหว่างAl2O3และส่วนต่อประสาน SiO interxบนศรีษะ [19]. นอกจากนี้ เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าความหนาแน่นของประจุคงที่ใน Al2O3ขึ้นอยู่กับวิธีการเตรียมของ Al2O3.สำหรับฟิล์มที่เตรียมโดย ALD และ PECVD ที่ใช้พลาสมาช่วยโดยทั่วไปจะสูงกว่าQfพบว่าเป็นฟิล์มที่เตรียมด้วยความร้อน ALD ในกรณีต่อมา ระดับ passivation ที่ยอดเยี่ยมส่วนใหญ่มาจากค่า lowDมันระดับ
ลักษณะสำคัญที่สองของAl2O3ด้านที่ยังได้รับความสนใจน้อยคือความจริงที่ว่าอัล2O3ยังทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพ โดยให้ไฮโดรเจนกับส่วนต่อประสาน Si ระหว่างการบำบัดด้วยความร้อน (ระหว่างการหลอมและระหว่างขั้นตอนการเผา) สิ่งนี้เพิ่งได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างไม่น่าสงสัย [9] และอธิบายความจริงที่ว่าอัล2O3ภาพยนตร์ที่ฝากโดยตรงบน Si ที่สิ้นสุด H หรือบน Si ที่มี SiO . ที่ฝากไว้xเลเยอร์ (เช่น โดย PECVD หรือ ALD) ซึ่งผ่านตัวมันเองได้ค่อนข้างแย่ (เช่น เมื่อไม่มี Al2O3ใช้เลเยอร์ capping) [20]
ความเร็วการรวมตัวของพื้นผิว Sเอฟเอฟแม็กซ์สำหรับ ALD Al . แบบใช้พลาสม่าและความร้อน2O3ฟิล์มเป็นหน้าที่ของความหนาแน่นของประจุโคโรนาที่สะสมอยู่บน Al2O3. พล็อตนี้เผยให้เห็นว่าฟิล์มทั้งสองมีความหนาแน่นประจุลบคงที่ แต่มีประจุน้อยกว่าในตัวอย่างความร้อน ALD ความร้อน ALD มีระดับของการทำให้เป็นสีเคมีสูงขึ้นตามที่แสดงโดยค่า S . ที่ต่ำกว่าเอฟเอฟแม็กซ์ณ จุดที่ประจุคงที่จะถูกชดเชยด้วยประจุโคโรนา
หมายเหตุ 2018:งานวิจัยติดตามผลล่าสุดเกี่ยวกับการทู่ผิวซิลิกอนโดยโลหะออกไซด์ต่างๆ เปิดเผยว่าโลหะออกไซด์จำนวนมากเหล่านี้เป็นไดอิเล็กทริกที่มีประจุลบ เช่น HfO2, กา2O3, TiO2, Nb2O5ฯลฯ
5) – ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ (ประเภทอุตสาหกรรม) กับ Al . คืออะไร2O3?
เมื่อพิจารณาถึงความกระตือรือร้นของอัล2O3ภายในชุมชน PV [21,22] เป็นไปได้มากว่าประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มี Al2O3เลเยอร์ทู่กำลังได้รับการทดสอบอย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเกี่ยวข้องกับข้อมูลที่มีค่าและเป็นกรรมสิทธิ์สำหรับบริษัท PV ผลการทดสอบเหล่านี้จึงไม่ถูกเปิดเผยหรือไม่ได้รายงานอย่างชัดเจนเช่นนั้น ผลลัพธ์แรกบนเซลล์แสงอาทิตย์ด้วย Al with2O3กำหนดเวทีและมีความสำคัญในการเรียกความสนใจของอุตสาหกรรม PV รายงานผลเซลล์แสงอาทิตย์ครั้งแรกสำหรับp- พิมพ์เซลล์ PERC ซึ่ง ALD Al2O3ใช้สำหรับการทู่พื้นผิวด้านหลังเป็นชั้นเดียวและในสแต็กรวมกับ PECVD-SiOx(ความร่วมมือ ISFH – TU/e) [6] ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดในรายงานฉบับแรกนี้คือ 20.6% และการทำงานในภายหลังสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ที่คล้ายกันนั้นได้รับประสิทธิภาพ 21.5% [13] ความสำเร็จในช่วงต้นที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือประสิทธิภาพ 23.2% สำหรับn- พิมพ์เซลล์ PERL ซึ่ง ALD Al2O3ร่วมกับ PECVD a-SiNx:H ถูกใช้สำหรับการทู่พื้นผิวด้านหน้า (ความร่วมมือ Fraunhofer ISE – TU/e) [7] ในระยะต่อมามีประสิทธิภาพ 23.5% สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้ [23] ITRI [24], ECN [25] และ University of Konstanz รายงานผลเซลล์แสงอาทิตย์อื่น ๆ [26]
เซลล์แสงอาทิตย์ PERL พร้อมฐาน Si ชนิด n และชั้นทู่ผิวหน้าของ Al2O3(30 นาโนเมตร) ร่วมกับ a-SiNx:H (40 นาโนเมตร) เคลือบสารกันแสงสะท้อน[7].
หมายเหตุ 2018:เห็นได้ชัดว่าการพัฒนาอุตสาหกรรมของAl2O3อยู่ในเทคโนโลยี PERC
6) – ข้อกำหนดเกี่ยวกับฟิล์มและสภาวะการประมวลผลมีอะไรบ้าง?
คำถามทางเทคนิคจำนวนมากต้องได้รับการแก้ไขเพื่อใช้งานAl2O3ในเซลล์แสงอาทิตย์ เห็นได้ชัดว่าคำตอบของคำถามเหล่านี้ขึ้นอยู่กับประเภทและการกำหนดค่าของเซลล์แสงอาทิตย์ แต่ได้รับข้อมูลเชิงลึกทั่วไปบางส่วนจากการศึกษาที่ดำเนินการในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สำหรับฟิล์มที่ฝาก ALD พบว่าความหนาขั้นต่ำคือ 5 นาโนเมตรและ 10 นาโนเมตรสำหรับ ALD แบบใช้พลาสมาและความร้อน ตามลำดับ [27] ความแตกต่างคาดว่าจะเกิดขึ้นจากความสำคัญที่ต่ำกว่าของการทู่เอฟเฟกต์สนามโดย ALD ความร้อน อุณหภูมิการสะสมที่เหมาะสมอยู่ในช่วง 150-250oค [8]. แม้ว่าระดับการทู่ผิวจะไม่ไวต่ออุณหภูมิของการสะสมมากนัก แต่ค่าที่เหมาะสมที่สุดจะถูกควบคุมโดยการทำให้ฟิล์มขุ่นทางเคมี [9] ที่อุณหภูมิต่ำกว่า Al2O3ความหนาแน่นของฟิล์มไม่สูงพอในขณะที่อุณหภูมิสูง Al2O3มีปริมาณไฮโดรเจนต่ำเกินไป ในทั้งสองกรณี Al2O3ไม่สามารถจัดหาไฮโดรเจนที่เพียงพอเพื่อทำให้พันธะ Si ห้อยต่องแต่งอยู่บนอินเทอร์เฟซ (ระหว่างการหลอม) ได้ อันเนื่องมาจากการแพร่ไฮโดรเจนออกมากเกินไปสู่บรรยากาศโดยรอบ หรืออ่างเก็บน้ำไฮโดรเจนขนาดเล็กเกินไปที่จะเริ่มต้น พิจารณาการหลอมของอัล2O3– ขั้นตอนที่จำเป็นในการเปิดใช้งานการทู่พื้นผิวอย่างเต็มที่ – อุณหภูมิที่เหมาะสมคือประมาณ 400oค [27]. ที่อุณหภูมินี้ไฮโดรเจนเพียงพอจะถูกปลดปล่อยออกจากฟิล์ม ความจริงที่ว่าไฮโดรเจนจากฟิล์มลดความหนาแน่นของสถานะอินเทอร์เฟซยังได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่าการหลอมในN2แก๊สทำงานได้ดี ไม่ต้องใช้การอบอ่อนด้วยแก๊ส ระยะเวลาของขั้นตอนการหลอมอาจสั้นเพียง 1 นาที เพื่อให้พื้นผิวทู่ชั้นดีเยี่ยม The Al2O3มีความเสถียรเพียงพอในระหว่างขั้นตอนการเผาเช่นเดียวกับที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทอุตสาหกรรมที่มีการเคลือบผิวโลหะด้วยการพิมพ์สกรีน ระดับของทู่จะเสื่อมลงในระหว่างขั้นตอนที่มีอุณหภูมิสูงนี้ (โดยทั่วไปคือ 800 – 900oC สักครู่) [28,29] แต่ระดับการทู่ที่เหลืออยู่นั้นเพียงพอสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทอุตสาหกรรมดังกล่าว The Al2O3ยังพบว่าเข้ากันได้กับa-บาปx:H ในระบบกองซ้อนและแม้กระทั่งความเสถียรทางความร้อนที่ดีขึ้นได้รับการรายงาน [30] ยังกองของAl2O3ด้วย SiO . ที่สังเคราะห์ที่อุณหภูมิต่ำ2พบว่ามีการยิงที่มั่นคง [20]
ความเร็วการรวมตัวของพื้นผิว Sเอฟเอฟแม็กซ์สำหรับ ALD Al . แบบใช้พลาสม่าและความร้อน2O3ฟิล์มหลังจากการหลอมที่อุณหภูมิต่างกันใน N2เป็นเวลา 10 นาที ข้อมูลจะได้รับสำหรับ p- และ n-type Si ข้อมูลที่200oC กังวลเกี่ยวกับฟิล์มที่ฝากไว้ (อุณหภูมิการสะสมคือ200oC สำหรับภาพยนตร์ทั้งหมด)[27].
หมายเหตุ 2018:ใน PERC กอง Al2O3/a-SiNx:H ใช้และสแต็กนี้ช่วยให้ Al . ทินเนอร์2O3ภาพยนตร์ ความหนาของ Al2O3ใน PERC คือ 4-10 นาโนเมตร
7) – เป็นวิธีการสะสมของAl2O3ปรับขนาดได้?
วิธีการสะสมของ PECVD [13,31] และสปัตเตอร์ [14,32] นั้นสามารถปรับขนาดได้อย่างแน่นอนและได้นำไปใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ c-Si แล้ว บริษัท Roth& Rau ได้ปรับเทคนิคไมโครเวฟ PECVD สำหรับ Al2O3มีการรายงานการสะสมและผลการทู่ที่ดี [13] ความได้เปรียบทางการแข่งขันของเทคโนโลยีนี้คือระบบ PECVD ที่มีอยู่สามารถแก้ไขได้ง่าย หลีกเลี่ยงการลงทุนขนาดใหญ่ในการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ และ/หรือลดรายจ่ายฝ่ายทุนจำนวนมาก สำหรับการสปัตเตอร์ ผลการทู่ที่รายงานจนถึงขณะนี้ไม่ดีเท่ากับ PECVD และ ALD แม้ว่าอาจเพียงพอสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ในเชิงพาณิชย์
ALD แบบธรรมดาไม่เหมาะสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบอุตสาหกรรมที่มีปริมาณงานสูง อย่างไรก็ตาม ปริมาณงานสามารถเพิ่มได้โดยไปที่การประมวลผลแบบเป็นชุดซึ่งมีการเคลือบเวเฟอร์หลายแผ่น (100+) พร้อมกันในห้องเครื่องปฏิกรณ์เดียว เส้นทางนี้ดำเนินการโดยบริษัท Beneq [33,34] และ ASM [35] อีกแนวทางหนึ่งดำเนินการโดยบริษัทดัตช์สองแห่ง ทั้ง Levitech [36-38] และ SolayTec [39-41] ได้พัฒนาอุปกรณ์เชิงพื้นที่-ALD ซึ่งวงจร ALD ไม่ได้ดำเนินการในโดเมนเวลา แต่ในโดเมนเชิงพื้นที่ ซึ่งจะช่วยให้สามารถประมวลผลเวเฟอร์ในปริมาณมากกว่า 3,000 แผ่นต่อชั่วโมงต่อเครื่องมือได้
การเปรียบเทียบผลการทู่ของ c-Si สำหรับเชิงพื้นที่-ALD, PECVD และการสปัตเตอร์[42]. โดยทั่วไปแล้ว ALD จะให้ประสิทธิภาพการทู่ที่ดีที่สุดแม้ว่า PECVD จะมาใกล้มาก[8,43].
หมายเหตุ 2018:ในปี 2011 Roth& Rau ถูกซื้อกิจการโดย Meyer Burger และนี่คือชื่อปัจจุบันของบริษัท ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เกิดขึ้นมากมายในด้านของ Al2O3และบริษัทจัดหาเครื่องมือ ดูบล็อกติดตาม
8) – Spatial-ALD สำหรับการผลิตปริมาณมาก มีประโยชน์อย่างไร?
ประโยชน์ที่สำคัญที่สุดสองประการของ spatial-ALD คือช่วยให้สามารถประมวลผล ALD ในบรรยากาศแบบอินไลน์ได้ และวัฏจักรไม่ได้ดำเนินการในโดเมนเวลา แต่ในโดเมนเชิงพื้นที่ อย่างหลังหมายความว่าสารตั้งต้นและการฉีดสารตั้งต้นจะเกิดขึ้นในช่องหรือโซนต่างๆ ที่จำกัดชนิดของเฟสของแก๊ส โซนเหล่านี้แยกจากกันโดยแนวกั้นก๊าซเฉื่อยที่สร้างขึ้นโดยโซนกำจัดในระหว่างนั้น เพื่อให้พื้นผิวสัมผัสกับโซนต่างๆ สลับกัน พื้นผิวของวัสดุพิมพ์จะถูกแปลผ่านโซนต่างๆ การแปลนี้สามารถเป็นเส้นตรงได้โดยการย้ายพื้นผิวผ่านโซนที่เกิดซ้ำหลายๆ โซน (แนวทางที่ Levitech ดำเนินการ [36-38]) หรือสามารถเป็นระยะๆ ได้โดยการเคลื่อนย้ายพื้นผิวที่สัมพันธ์กับส่วนหัวของการสะสมครั้งต่อๆ ไป (แนวทางที่ SolayTec ดำเนินการ [39] -41,44]). ประโยชน์อื่นๆ สำหรับ ALD เชิงพื้นที่แบบอินไลน์คือความจริงที่ว่าการสะสมด้านเดียวสามารถทำได้ง่าย การไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว (นอกเหนือจากแผ่นเวเฟอร์) และความจริงที่ว่าไม่มีการสะสมเกิดขึ้นที่ผนังเครื่องปฏิกรณ์ การใช้สารตั้งต้นก็มีประสิทธิภาพเช่นกัน
ระบบ ALD เชิงพื้นที่ "Levitrack" ของ Levitech สำหรับการประมวลผลแบบอินไลน์ของเวเฟอร์เซลล์แสงอาทิตย์ที่ความดันบรรยากาศ[36-38]. แผ่นเวเฟอร์ถูกขับเคลื่อนที่ทางเข้าของรางและพวกมัน "ลอย" บนตลับลูกปืนของก๊าซที่เกิดจากก๊าซที่ฉีดเข้าไป: Al(CH3)3สารตั้งต้น N2ล้าง H2O สารตั้งต้น และ N2การกำจัด ฯลฯ ตำแหน่งของแผ่นเวเฟอร์จะคงที่ในใจกลางของแทร็กและระยะห่างระหว่างแผ่นเวเฟอร์ที่อยู่ติดกันไม่กี่เซนติเมตรก็ควบคุมตัวเองได้ ในการกำหนดค่าปัจจุบัน ระบบให้ผล ~1 nm Al2O3ต่อความยาวระบบ 1 เมตร
9) – ต้นทุนการผลิตต่อแผ่นเวเฟอร์สำหรับ Al . เป็นอย่างไร2O3ชั้นทู่?
คำถามนี้ตอบยากในขณะนี้ ผู้ผลิตอุปกรณ์บางรายของAl2O3ระบบการสะสมรายงานไม่กี่เซ็นต์ต่อเวเฟอร์ อย่างไรก็ตาม การนำแผนการสร้างฟิล์มที่พื้นผิวด้านหลังไปใช้เช่น มีผลที่ตามมาที่สำคัญสำหรับการไหลของกระบวนการทั้งหมดของการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ และต้นทุนการเป็นเจ้าของจึงขึ้นอยู่กับรายละเอียดของแผนการทู่พื้นผิวด้านหลังที่เลือกเป็นส่วนใหญ่ นอกจากนี้การรวมตัวของAl2O3กับวัสดุและขั้นตอนการประมวลผลอื่น ๆ เป็นความท้าทายที่สำคัญซึ่งปัจจุบันอุตสาหกรรม PV กำลังแก้ไข
การค้นพบที่สำคัญอย่างหนึ่งจนถึงตอนนี้คือความจริงที่ว่าเซลล์สุริยะโดยAl2O3ไม่ต้องการความบริสุทธิ์ระดับเซมิคอนดักเตอร์ของ Al(CH3)3สารตั้งต้น พบว่าประสิทธิภาพการทู่ฟิล์มที่ได้จากระดับแสงอาทิตย์ Al(CH)3)3ก็ยอดเยี่ยมเช่นกัน [10] นี่เป็นเพียงหนึ่งในแง่มุมที่เกี่ยวข้องกับต้นทุนที่สำคัญที่ต้องพิจารณา ข้อสังเกตที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งคือ ประสิทธิภาพการทู่ฟิล์มที่ดีมากสามารถทำได้โดยสารตั้งต้น pyroforic อื่นที่ค่อนข้างน้อยกว่า Al(CH)3)3เช่น ALD ของ Al2O3จากอัล(CH3)2(Oiปร) และ O2พลาสม่ายังเผยให้เห็นประสิทธิภาพการทู่ที่ดีมาก [10]
อายุการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสำหรับ ALD Al . แบบใช้พลาสม่าและความร้อน2O3ฟิล์มที่สะสมจากเซมิคอนดักเตอร์และเกรดแสงอาทิตย์ Al(CH3)3[10]. S . ที่สอดคล้องกันเอฟเอฟแม็กซ์ค่าต่ำสุดเท่ากับ=1-2 ซม./วินาที สำหรับระดับการฉีด 1014-1015ซม-3. จากรูปนี้สรุปได้ว่าไม่จำเป็นต้องใช้สารตั้งต้นที่มีราคาแพงมากเพื่อให้ได้ฟิล์มทู่พื้นผิวที่ดีเยี่ยม
หมายเหตุ 2018:เห็นได้ชัดว่าการใช้ Al2O3นาโนเลเยอร์สำหรับทู่จ่ายออก การใช้อัล (CH3)3เนื่องจากสารตั้งต้นเป็นปัจจัยด้านต้นทุนที่สำคัญมาก ดังนั้นการใช้สารตั้งต้นที่มีประสิทธิภาพและเหมาะสมจึงเป็นกุญแจสำคัญ
10) – อะไรคือแนวโน้มโดยรวมสำหรับการใช้Al2O3ใน PV?
คำถามคงไม่ใช่ว่าอัล2O3จะถูกนำไปใช้ในแผงโซลาร์เซลล์เชิงพาณิชย์ แต่เมื่อ Al2O3จะถูกนำไปใช้ คำถามก็คือเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดใดที่ Al2O3จะถูกนำไปใช้ อาจไม่เพียงแต่อยู่ในเซลล์แสงอาทิตย์แบบ monocrystalline Si ระดับไฮเอนด์ที่มีประสิทธิภาพสูงเท่านั้น อัล2O3ฟิล์มบางอาจมีความน่าสนใจสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ในกระแสหลักมากขึ้น จึงสามารถสรุปได้ว่าภาพรวมมีแนวโน้มสดใสมาก
หมายเหตุ 2018:อัล2O3นาโนเลเยอร์ได้เปิดใช้งานเทคโนโลยี PERC ซึ่งออกสู่ตลาดเมื่อประมาณปี 2014 ในปีนี้ ผลผลิตของโรงงานผลิตเซลล์ทั่วโลกอาจสูงถึงเกือบ 50%
ข้อมูลอ้างอิง:
ร. เฮเซลet al.,เจ. อิเล็กโทรเคม. ซอค136518-523 (1989)
G. Agostinelliet al.,ซอล. วัสดุพลังงาน ซอล. เซลล์903438-3443 (2006)
B. Hoexet al.,แอปพลิเค สรีรวิทยา เลตต์.89042112 (2006)
SM จอร์จet al.,เคมี.รายได้110111-131 (2010)
B. Hoexet al.,แอปพลิเค สรีรวิทยา เลตต์.91112107 (2007)
J. Schmidtet al.,โปรแกรมพลังงานแสงอาทิตย์ Res. แอปพลิเค16461-466 (2008)
เจ. เบนิคet al.,แอปพลิเค สรีรวิทยา เลตต์.92253504 (2008)
G. Dingemanset al.,อิเล็กโทรเคม โซลิดสเตตเล็ต13H76-H79 (2010)
G. Dingemanset al.,แอปพลิเค สรีรวิทยา เลตต์.97152106 (2010)
G. Dingemans และ WMM Kessels,การประชุมและนิทรรศการพลังงานแสงอาทิตย์โซลาร์เซลล์ยุโรปครั้งที่ 25, บาเลนเซีย (2010)
G. Dingemanset al.,อิเล็กโทรเคมโซลิดสเตตเล็ต14H1-H4 (2011)
ส. มิยาจิมะet al.,แอปพลิเคสรีรวิทยา ด่วน3012301 (2010)
P. Saint-Castet al.,อุปกรณ์อิเลคตรอน IEEE31695-697 (2010)
ท.-ท. หลี่et al.,สรีรวิทยาสถานะ Solidi RRL3160-162 (2009)
P. Vitanovet al.,ฟิล์มแข็งบาง5176327-6330 (2009)
H.-Q. เสี่ยวet al.,คาง. สรีรวิทยาเลตต์.26088102 (2009)
ดีเอช เลวีet al.,เจ. เทคโนโลยี5484-494 (2009)
B. Hoexet al.,เจ. แอพพ์. สรีรวิทยา104113703 (2008)
NM Terlindenet al.,แอปพลิเคสรีรวิทยา เลตต์.96112101 (2010)
G. Dingemanset al.,สรีรวิทยา สถานะ Solidi RRL522-24 (2011)
ซัน&แอมป์; พลังงานลม พฤศจิกายน (2010)
โฟตอนอินเตอร์เนชั่นแนลมีนาคม (2011)
เจ. เบนิคและคณะ,การประชุมผู้เชี่ยวชาญด้านไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ IEEE ครั้งที่ 35, โฮโนลูลู (2010)
WC Sunet al.,อิเล็กโทรเคมโซลิดสเตตเล็ต12H388-H391 (2009)
IG โรมิจน์และคณะ,การประชุมและนิทรรศการพลังงานแสงอาทิตย์โซลาร์เซลล์ยุโรปครั้งที่ 25, บาเลนเซีย (2010)
เจ. เอบเซอร์และคณะ,การประชุมและนิทรรศการพลังงานแสงอาทิตย์โซลาร์เซลล์ยุโรปครั้งที่ 25, บาเลนเซีย (2010)
G. Dingemanset al.,สรีรวิทยาสถานะ Solidi RRL410-12 (2010)
G. Dingemanset al.,เจ. แอพพ์. สรีรวิทยา106114907 (2009)
เจ. เบนิคet al.,สรีรวิทยา สถานะ Solidi RRL3233-235 (2009)
J. Schmidtet al.,สรีรวิทยาสถานะ Solidi RRL3287-289 (2009)
Roth&Rau,http://www.roth-rau.de
เจ. หลิวและคณะ,การประชุมและนิทรรศการพลังงานแสงอาทิตย์โซลาร์เซลล์ยุโรปครั้งที่ 25, บาเลนเซีย (2010)
เจ สการ์ปการประชุมสมาคมเคมีไฟฟ้าครั้งที่ 218, ลาสเวกัส (2010)
เบเน็กhttp://www.beneq.com
เอเอสเอ็มhttp://www.asm.com
EHA Grannemanและคณะ,การประชุมและนิทรรศการพลังงานแสงอาทิตย์โซลาร์เซลล์ยุโรปครั้งที่ 25, บาเลนเซีย (2010)
VI Kuznetsovและคณะ,การประชุมสมาคมเคมีไฟฟ้าครั้งที่ 218, ลาสเวกัส (2010)
เลวีเทคhttp://www.levitech.nl
ข. เวอร์มังet al.,โปรแกรมพลังงานแสงอาทิตย์ Res. แอปพลิเค(2011)
พี.พุดet al.,โฆษณา มาเตอร์223564-3567 (2010)
โซเลย์เทคhttp://solaytec.org
J. Schmidtและคณะ,การประชุมและนิทรรศการพลังงานแสงอาทิตย์โซลาร์เซลล์ยุโรปครั้งที่ 25, บาเลนเซีย (2010)
P. Saint-Castet al.,แอปพลิเค สรีรวิทยา เลตต์.95151502 (2009)
พี.พุดet al.,สรีรวิทยา สถานะ Solidi RRL5165-167 (2011)
