بررسی تاثیر غلظت فسفر بر عملکرد سلول‌های خورشیدی حالت جامد پایه سیلیکون متخلخل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده نیمه هادیها، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران

2 پژوهشکده نیمه هادیها، پژوهشگاه مواد و انرژی،، کرج، ایران

3 پژوهشکده نانو و مواد پیشرفته، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر، تاثیر غلظت فسفر در محلول آلاینده بر عملکرد سلول­های خورشیدی حالت جامد پایه سیلیکون متخلخل مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور بسترهای سیلیکونی به روش حکاکی شیمیایی توسط نقره و با استفاده از محلول حکاکی آبی حاوی هیدروفلوریک اسید و      هیدروژن­پروکسید به نسبت­های 82/0، 87/0 و 89/0 حکاکی شدند و خصوصیات نوری و سطحی آن­ها به ترتیب توسط بازتاب­سنجی و میکروسکوپ­های نوری و الکترونی روبشی گسیل میدانی مورد ارزیابی قرار گرفتند. در ادامه، سلول­های خورشیدی با نفوذ فسفر در سه غلظت 3%، 9% و 15% در محلول آلاینده به درون بستر سیلیکونی با تخلخل بهینه ساخته شدند. نتایج مشخص کرد که سیلیکون حکاکی شده با هیدروفلوریک اسید و هیدروژن پروکسید به نسبت 82/0 به دلیل برخورداری از تخلخل­های یکنواخت و با اندازه نزدیک به ذرات  نقره دارای بازتابی در حدود 11% شد که بهترین بستر برای جذب حداکثر میزان نور برخوردی به شمار می­رود. بررسی عملکرد فوتوولتاییک سلول­های ساخته شده بیانگر افزایش 98% جریان مدار کوتاه سلول آلایش یافته با غلظت 3% از فسفر است که بازده کل سلول را به میزان 6/10% افزایش داده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Phosphorus Concentration on the Performance of Porous Silicon Solid State Solar Cells

نویسندگان [English]

  • Shirin Mahmoudi 1
  • Mohamad Javad Eshraghi 2
  • Benyamin Yarmand 3
  • Nima Naderi 1
1 Semiconductor Department, Materials and Energy Research Center, Karaj.Iran
2 Semiconductor Department, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran
3 Nanotechnology and Advanced Materials Department, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran
چکیده [English]

In this study, the effect of phosphorous concentration has been investigated on performance of porous silicon solar cells. For this purpose, silicon substrates were etched into aqueous etching solution containing hydrofluoric acid / hydrogen peroxide with molar ratios 0.82, 0.87 and 0.89 via metal-assisted chemical etching. Surface characteristics were studied by optical microscopy, field-emission electron microscopy and antireflection analysis. In the following, solar cells were fabricated by phosphorous diffusion into optimized porous silicon substrate which phosphorous concentrations had values of 3%, 9%, and 15%. The result presented that in 0.82 molar ratio, the etched silicon had uniform porosities whose sizes were nearly to Ag nano-particles. The reflectance of this substrate was decreased to 11% and was the best substrate for absorbing incident light. Survey of fabricated solar cell performance showed 98% increasing of short circuit current in the solar cell which was made by P2O5 3%. This concentration due to is near the solubility of phosphorous in silicon, caused the increasing efficiency to 10.6%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • porous Silicon
  • Phosphorous
  • Metal-assisted chemical etching
  • Solid State Solar Cells
  1.        Shatkovskis, E., et al., Efficiency Enhancement of Silicon Solar Cells by Porous Silicon Technology. Materials Science, 2012. 18(3): p. 220-222.
  2.        Hayashi, S. and K. Yamamoto, Optical properties of Si-rich SiO2 films in relation with embedded Si mesoscopic particles. Journal of Luminescence, 1996. 70(1-6): p. 352-363.
  3.        Delerue, C., G. Allan, and M. Lannoo, Theoretical aspects of the luminescence of porous silicon. Physical Review B, 1993. 48(15): p. 11024.
  4.        Kim, B.-S., et al., Photoluminescence from nano silicon materials prepared by photoelectrochemical methods. JOURNAL-KOREAN PHYSICAL SOCIETY, 2001. 38(3): p. 245-250.
  5.        Loni, A., et al., Porous silicon multilayer optical waveguides. Thin solid films, 1996. 276(1-2): p. 143-146.
  6.        Uhlir, A., Electrolytic shaping of germanium and silicon. Bell Labs Technical Journal, 1956. 35(2): p. 333-347.
  7.        Chaoui, R., et al., Contribution of the photoluminescence effect of the stain etched porous silicon in improvement of screen printed silicon solar cell performance. Revue des Energies Renouvelables, 2013. 16(2): p. 347-356.
  8.        Koshida, N. and H. Koyama. Visible electro-and photoluminescence from porous silicon and its related optoelectronic properties. in MRS Proceedings. 1991. Cambridge Univ Press.
  9.        Vitanov, P., et al., Application of porous silicon layer in photovoltaic devices. Thin Solid Films, 1997. 297: p. 299-303.
  10.        Peng, K., et al., Aligned Single‐Crystalline Si Nanowire Arrays for Photovoltaic Applications. small, 2005. 1(11): p. 1062-1067.
  11.        Chartier, C., S. Bastide, and C. Lévy-Clément, Metal-assisted chemical etching of silicon in HF–H 2 O 2. Electrochimica Acta, 2008. 53(17): p. 5509-5516.
  12.        Li, P., et al., Effective optimization of emitters and surface passivation for nanostructured silicon solar cells. RSC Advances, 2016. 6(106): p. 104073-104081.
  13.        Chartier, C., S. Bastide, and C. Lévy-Clément, Metal-assisted chemical etching of silicon in HF–H2O2. Electrochimica Acta, 2008. 53(17): p. 5509-5516.
  14.        بی.دی.کالیتی, مبانی پراش پرتو ایکس.  second ed. 1389, دانشگاه شیراز.
    1.        Selj, J., et al., Optimization of multilayer porous silicon antireflection coatings for silicon solar cells. Journal of Applied Physics, 2010. 107(7): p. 074904.
    2. .       Kim, D., et al., Development of a phosphorus spray diffusion system for low-cost silicon solar cells. Journal of the Electrochemical Society, 2006. 153(7): p. A1391-A1396.