准分子 PLD 制备的高级薄膜提升了太阳能电池效率

客户反馈

“相干公司准分子激光器的高脉冲间稳定性是实现大面积均匀脉冲激光沉积的关键特性。”

— Monica Morales-Masis 副教授,荷兰特文特大学

挑战

太阳能电池和其他光电器件均可受益于具有器件兼容沉积方法的功能薄膜材料开发。 在几种类型的太阳能电池中,一项主要挑战是,将透明导电电极沉积在器件的敏感层上,例如金属卤化物钙钛矿太阳能电池中的有机接触层。 通常可通过使用无机缓冲层来克服这个问题。 特文特大学 Monica Morales-Masis 领导的一个研究小组已经研究了脉冲激光沉积 (PLD) 是否能为无缓冲的半透明钙钛矿太阳能电池制造高质量透明电极。 (除了低损伤沉积外,晶片型 PLD 也是太阳能电池应用的一个要求。) 幸运的是,相干公司的 248 纳米 KrF 准分子激光器为可重复、可扩展的 PLD 提供了理想的解决方案。

解决方案

该小组利用 248 纳米高脉冲能量准分子激光器在 4 英寸晶片上进行 PLD,成功地展示了在金属卤化物钙钛矿太阳能电池上重复沉积透明导电氧化物 (TCO) 薄膜。 Morales-Masis 解释道,“PLD 已经是一项成熟的技术,例如用于复杂的压电材料。 我们当前正探索太阳能电池材料的技术,对于这种材料,可扩展性和至少与溅射沉积(该领域常用)相当的沉积速率是绝对必要条件。 COMPex 激光器的高稳定性(脉冲间能量稳定性和光束均匀性)对于提供薄膜均匀性和紧密的层厚控制至关重要”。

为了形成 TCO 薄膜,Morales-Masis 团队使用了 Twente Solid State Technology (TSST) 的 PLD 系统,其中准分子激光束在一个固体靶上来回扫掠,对要沉积到基板(安装在一个圆形平台上,该平台在沉积过程中不断旋转)上的材料进行烧蚀。 这可确保在包含四个太阳能电池基板的支架上均匀地沉积薄膜。

结果

高沉积压力和 PLD 法室温制备的掺杂 Zr 的 In2O3 TCO 薄膜使半透明卤化物钙钛矿太阳能电池呈现 15.1% 的功率转换效率。 这在无缓冲堆栈上得到了证明,证实了 PLD 作为一种“低损伤”沉积技术的潜力 [1]。 该小组目前正着手研究金属卤化物钙钛矿的 PLD [2],以利用 PLD 的另一项优势: 多组分材料的化学计量转移。 这种无溶剂、在几分钟内大面积形成金属卤化物钙钛矿薄膜的能力在未来太阳能电池生产中很有前景。

[1] Y. Smirnov 等,DOI:https://doi.org/10.1002/admt.202000856
[2] V. Kiyek 等,DOI:https://doi.org/10.1002/admi.202000162

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