Влияние постотжига на оптические и электронные свойства термически испаренных тонких пленок MoOX в качестве дырочно-селективных контактов для солнечных элементов p-Si

Введение

Оксиды переходных металлов обладают широким диапазоном работы выхода, от 3,5 эВ для дефектного ZrO ₂ до 7,0 эВ для стехиометрического V ₂ О ₅ [1,2,3,4,5,6]. Среди них МоО _X является одним из наиболее изученных материалов для применения в оптоэлектронных устройствах [7,8,9] благодаря своей высокой прозрачности, нетоксичности и умеренной температуре испарения [10, 11]. МоО _X Сообщается, что он имеет большую работу выхода ~ 6,7 эВ и широко используется в качестве слоев вывода дырок в фотоэлектрических устройствах [12], светоизлучающих устройствах [13], сенсорах [14, 15] и запоминающих устройствах [16]. Для фотоэлектрических устройств с МоО _X слои экстракции дырок, производительность устройства сильно зависит как от оптических, так и от электронных свойств MoO _X тонкие пленки. В фотоэлектрической области MoO _X тонкие пленки изначально применялись в органических устройствах [17,18,19]. В последние годы было проведено множество исследований по применению МоО _X пленки в кристаллический кремний ( c -Si) солнечные элементы [9, 20,21,22]. Энергия ионизации c -Si составляет около 5,17 эВ, что является нижним пределом работы выхода дырочно-селективных контактных материалов [23]. Высокая работа выхода МоО _X вызовет большой изгиб ленты на c -Si / MoO _X интерфейса и приводят к скоплению дырок в p кремний -типа ( p -Si) или обеднение электронами в n кремний -типа ( n -Si), что способствует переносу дырок [24]. Подставив p слой аморфного кремния с MoO _X пленка в классическом кремниевом солнечном элементе с гетеропереходом, эффективность преобразования энергии ( PCE ) 23,5% [25]. По сравнению с MoO _X контакты с n вафли типа p Пластины -типа (без слоя аморфного Si) показывают лучшие характеристики с точки зрения пассивирования поверхности и контактного сопротивления [24]. Осуществимость МоО _X пленки как дырочно-селективные контакты на p -Si солнечные элементы были продемонстрированы в нашей предыдущей работе [26], и была достигнута эффективность 20,0% на основе p -Si / SiO _X / МоО _X / V ₂ О _X / ITO / Ag задний контакт [27].

МоО _X (X ≤ 3) имеет большую работу выхода из-за характера замкнутой оболочки в его объемной электронной структуре и диполей, создаваемых его структурой внутреннего слоя [28]. Наличие кислородных вакансионных дефектов снижает работу выхода MoO _X [4] и результатом будет n материал типа [29]. Численное моделирование показало, что более высокая работа выхода MoO _X вызвали благоприятную высоту барьера Шоттки, а также инверсию в MoO _X / внутренний a-Si:H / n -тип c -Si ( n -Si) интерфейс, стимулирующий путь наименьшего сопротивления для дырок [30]. Таким образом, настройка электронной структуры и работы выхода MoO _X имеет большое значение для пассивирования контакта c -Si солнечные элементы.

МоО _X пленки могут быть нанесены путем осаждения атомных слоев [30,31,32,33,34], реактивного распыления [12], импульсного лазерного осаждения [35], термического испарения [24, 36] и центрифугирования [37]. В большинстве исследований солнечных элементов на основе Si / MoO _X контакт, MoO _X пленки получают термическим испарением при комнатной температуре [8]. Поскольку управляемость свойств МоО _X пленок термическим испарением ограничено, были изучены различные методы последующей обработки для настройки работы выхода термически испаренного MoO _X . Воздействие УФ-озона может увеличить работу выхода испаренного MoO _X пленки на золотых подложках от 5,7 до 6,6 эВ [8]. Irfan et al. выполнил воздушный отжиг MoO _X пленки на золотых подложках при 300 ° C в течение 20 часов и обнаружили, что длительный отжиг не способствует уменьшению кислородных вакансий из-за диффузии золота от подложки к MoO _X фильм [38]. Работа выхода МоО _X фильмы на p -тип c -Si ( p -Si) было обнаружено уменьшение после in situ вакуумный отжиг в диапазоне температур от 300 до 900 К [39].

В этой работе p -Si солнечные элементы с MoO _X сконфигурированы пассивирующие контакты на тыльных сторонах. Оптические и электронные свойства, а также влияние MoO после отжига _X фильмы на p -Si / MoO _X солнечные элементы систематически исследуются посредством экспериментов и моделирования энергетических диапазонов. Обнаружена линейная зависимость между работой выхода и атомным отношением O / Mo. Интересно, что по сравнению с собственным образцом, отожженный при 100 ° C образец с более высокой работой выхода демонстрирует более низкое контактное сопротивление, несмотря на более толстый SiO _X прослойка. Согласно моделированию энергетической зоны, изменение MoO _X Работа выхода немного влияет на изгиб ленты p -Si, при изгибе ленты MoO _X значительно увеличивается по мере увеличения его работы выхода. Таким образом, предполагается, что более высокие рабочие функции жизненно важны для эффективного переноса ствола из p -Si в MoO _X где межфазный SiO _X слой находится в умеренном диапазоне толщины. Наши результаты предоставляют ценную информацию о характеристиках интерфейса p -Si / MoO _X ввиду высокоэффективных солнечных элементов с гетеропереходом и селективными контактами на основе оксидов.

Методы

Нанесение пленки, процесс постотжига и изготовление солнечных элементов

Солнечные элементы производятся на p пластины CZ типа <100> с удельным сопротивлением ~ 2 Ом · см и толщиной пластины 170 мкм. Кремниевые пластины предварительно очищают смешанным раствором NaOH и H ₂ . О ₂ а затем текстурированный раствором NaOH. Затем пластины промывают деионизированной водой (деионизированной водой) после 1-минутного погружения в разбавленную фтористоводородную кислоту (HF). Сильно допированный n ⁺ передняя поверхность ( N _D ≈ 4 × 10 ²¹ см ⁻³ ) достигается за счет диффузии фосфора из POCl ₃ источник в кварцевой печи. Двухслойный SiN _X Затем наносится пассивирующее и просветляющее покрытие:H путем плазменного химического осаждения из паровой фазы (PECVD). Серебряная паста наносится методом трафаретной печати на солнечные элементы с помощью селективного эмиттера [40]. После этого проводится протекание при 850 ° C в течение ~ 1 мин, после чего возникают омические контакты с низким удельным сопротивлением [41]. Заднюю поверхность каждого образца промывают разбавленным HF перед MoO _X осаждение. МоО _X пленки термически испаряются на тыльной стороне со скоростью осаждения ~ 0,2 Å / с при 8 × 10 ^–4 Па [26]. Обработка после отжига осажденного при комнатной температуре MoO _X пленки выполняются в быстром термическом процессоре на воздухе. Температуру схватывания достигали за 10 с и выдерживали в течение 5 мин. МоО _X пленки с разными температурами отжига наносятся на p -Si солнечные элементы с полным задним MoO _X / Аг контакты.

Измерения

Спектры пропускания MoO _X Пленки, нанесенные на кварцевые стекла толщиной 1.2 мм, измеряли с помощью УФ-видимого спектрометра с интегрирующей сферой. Морфология поверхности и шероховатость пленок измеряются с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ). Оптические свойства MoO _X пленки анализируют с помощью спектроскопической эллипсометрии (J.A. Woollam Co., Inc., эллипсометр M2000U), и результаты измерений аппроксимируют с использованием модели естественного оксида. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия высокого разрешения (XPS) Mo 3d и Si 2p измеряется с использованием рентгеновских лучей монохроматного Al Kα с энергией фотонов 1486,7 эВ. Спектры ультрафиолетовой фотоэмиссионной спектроскопии (UPS) регистрируются с использованием нефильтрованного возбуждения He I 21,22 эВ с образцом, смещенным на -10 эВ. Перед обнаружением XPS и UPS поверхности образцов были предварительно очищены ионами аргона.

Контактное сопротивление при p -Si / MoO _X Интерфейс извлекается методом Кокса и Стэка [42], который включает в себя серию измерений сопротивления на измерительной станции с передними Ag-контактами разного диаметра. Пассивирующие качества МоО _X Пленки с разной толщиной определяются из измерений эффективного времени жизни с помощью метода квазистационарной фотопроводимости (QSSPC). Образцы для теста QSSPC асимметричны, так как лицевые стороны текстурированы, n ⁺ легирован и пассивирован посредством двухслойного SiN _X :H [43], а задняя сторона покрыта MoO _X фильмы [26]. Вольт-амперные характеристики солнечных элементов (3,12 × 3,12 см ² ) измеряются при стандартных условиях одного солнца (100 мВт · см ⁻² , Спектр AM1.5G, 25 ° C), поскольку сила света откалибрована с помощью сертифицированной эталонной ячейки Fraunhofer CalLab.

Моделирование

Численное моделирование зонной структуры p -Si / MoO _X контакты выполняются с помощью AFORS-HET, который основан на решении одномерного уравнения Пуассона и двух уравнений неразрывности носителей [44]. Основные параметры перечислены в Таблице 1. Граница переднего и заднего контакта задана для фиксации работы выхода металла на плоской ленте. Интерфейс между p -Si и MoO _X задается как «термоэмиссионная» (одна из численных моделей). Туннельные свойства тонкого SiO ₂ пленки обычно задаются изменением параметров интерфейса в рамках модели «термоэлектронной эмиссии» только для контакта Шоттки металл / полупроводник. Следовательно, реально существовавший туннельный SiO _X в Si / MoO _X интерфейс опущен. Для p -Si, электронейтральные дефекты при центральной энергии с полной плотностью ловушек установлены как 1 × 10 ¹⁴ см ⁻³ . Для MoO _X , дефекты хвоста проводимости донорного типа с общей концентрацией заданы равными 1 × 10 ¹⁴ см ⁻³ .

Результаты и обсуждение

На рис. 1а представлены фотографии MoO _X толщиной 10 нм. пленки на кварцевом стекле, отожженные на воздухе в течение 5 мин при различных температурах (100 ° C, 200 ° C и 300 ° C). Все образцы визуально бесцветны и прозрачны. Из соответствующих спектров оптического пропускания на рис. 1b видно, что спектр пропускания отожженного при 100 ° C MoO _X пленка почти перекрывается с неотожженной пленкой. Более высокие температуры отжига приводят к более низкому коэффициенту пропускания в диапазоне 600–1100 нм, что может быть связано с поглощением свободных носителей заряда кислородными вакансиями [46]. Более толстый MoO _X пленки (20 нм) наносятся на полированные кремниевые пластины для измерения показателя преломления n и коэффициент экстинкции k точнее. Показатель преломления на рис. 1в находится в диапазоне 1,8–2,5, что согласуется с данными других исследований [31, 32]. n кривые, а также k кривые (рис. 1г) имеют небольшое различие между четырьмя образцами. n при 633 нм пленок толщиной 20 нм немного уменьшается, что суммировано в Таблице 2.

а Фотографии и б спектры пропускания MoO _X толщиной 10 нм пленки на кварцевом стекле, отожженные на воздухе в течение 5 мин при различных температурах. c Показатели преломления n и d коэффициент экстинкции k кривые MoO _X толщиной 20 нм пленки на полированных кремниевых пластинах

Затем морфология поверхности характеризуется АСМ, как показано в Дополнительном файле 1:Рисунок S1. Соответствующая среднеквадратичная (RMS) шероховатость приведена в таблице 2. Наплавленный MoO толщиной 10 нм _X тонкая пленка (дополнительный файл 1:рисунок S1a) имеет среднеквадратичную шероховатость 4,116 нм, что соответствует волнообразной морфологии поверхности. При повышении температуры отжига (дополнительный файл 1:рис. S1b – d) волнистость поверхности MoO _X пленка становится больше, а характерные структуры становятся меньше и намного плотнее, вероятно, из-за процесса обезвоживания [47]. После отжига при 300 ° C среднеквадратичная шероховатость достигает 12,913 нм. Пленки толщиной 20 нм менее шероховатые, со среднеквадратичным значением около 1 нм (таблица 2). Процесс обезвоживания также подавляется, как показывают измерения RMS в зависимости от обработок отжигом. Приведенная выше эволюция морфологии не полностью отражает изменения оксидной пленки на уровне устройства, где MoO _X пленки наносятся на Si и покрываются серебряными электродами, но эволюция морфологии может дать нам внутренние свойства MoO _X на SiO ₂ поверхность.

МоО _X имеет естественную тенденцию к образованию кислородных вакансионных дефектов [48], что может влиять на молекулярную структуру. Чтобы идентифицировать такие связанные с вакансиями вариации молекулярной структуры, измерения спектроскопии комбинационного рассеяния проводят на MoO _X (20 нм) / Si (<100>). Нет характерных пиков МоО _X в спектрах комбинационного рассеяния света при возбуждении зеленым светом (532 нм) (дополнительный файл 1:Рисунок S2), которые не зависят от термической обработки. При изменении возбуждения на ультрафиолетовый свет с длиной волны 325 нм характерные полосы MoO _X появляются, как правило, на высоте 600–1000 см ⁻¹ (Рис. 2). Острый пик 515 см ⁻¹ во всех образцах соответствует связи Si – Si. Для внутреннего и отожженного при 100 ° C MoO _X пленки, полосы комбинационного рассеяния присутствуют при 695, 850 и 965 см ⁻¹ , которые взяты из [Мо ₇ О ₂₄ ] ^6– , [Пн ₈ О ₂₆ ] ^4– анионы и (O =) ₂ Mo (–O – Si) ₂ dioxo, соответственно [49]. Когда пленка отжигается при 200 ° C, 965 см ⁻¹ полоса сдвигается до 970 см ⁻¹ , которому присваивается Mo (= ¹⁶ O) ₂ диоксо-виды [50]. Рамановский спектр отожженного при 300 ° C MoO _X на пленке видны полосы на 695, 810 и 980 см ⁻¹ . Полоса на 810 см ⁻¹ происходит от связи Si – O – Si, а (O =) ₂ Mo (–O – Si) ₂ вносит полоса на 980 см ⁻¹ . Результаты показывают, что отжиг при разных температурах повлияет на химический состав MoO _X пленка, которая может указывать на разницу в концентрации кислородных вакансий в каждом образце.

УФ-спектры комбинационного рассеяния света (325 нм) MoO _X толщиной 20 нм после отжига пленки на полированных кремниевых пластинах

XPS проводится на MoO _X пленки (10 нм) для количественного определения относительного содержания каждой степени окисления и атомных отношений кислорода к молибдену (O / Mo). После вычитания фона Ширли и аппроксимации кривыми Гаусса – Лоренца проводится многопиковая деконволюция спектров XPS. Уровень ядра Mo 3d раскладывается на два дублетных пика с дублетным спин-орбитальным расщеплением Δ _BE 3,1 эВ и соотношение площадей пиков 3:2 [11]. Как показано на рис. 3, пик Mo ⁶⁺ 3д _5/2 центры уровней ядра при энергии связи ~ 233,3 эВ. Для всех образцов второй дублет при ~ 232,0 эВ, обозначенный как Mo ⁵⁺ , требуется для хорошего соответствия экспериментальным данным [8]. Отношение O / Mo рассчитывается по следующей формуле [51]:

где I (Мо ^{н +} ) - интенсивности отдельных компонент из 3d-спектров Mo. нет относится к валентному состоянию иона Мо, т.е. 5 для Мо ⁵⁺ и 6 для Mo ⁶⁺ . Коэффициент 1/2 связан с тем, что на каждый атом кислорода приходится два атома молибдена.

Отношения O / Mo для всех образцов, перечисленные в таблице 3, ниже 3. Сообщалось о потере кислорода и переходах в состояние окисления во время осаждения оксидов переходных металлов [1]. Поскольку измерения XPS проводятся вне помещений, воздействие термически испаренного MoO ₃ на воздух пленки при комнатной температуре также могут увеличивать кислородные вакансии [18, 52]. Отношение O / Mo неотожженного MoO _X пленки составляет 2,958, а после отжига при 100 ° C значение увеличивается до 2,964. При более высоких температурах отжига отношение O / Mo постепенно снижается. Самое высокое отношение O / Mo в отожженном при 100 ° C образце можно объяснить термически активированным кислородом, вводимым из воздуха в MoO _X фильм [38]. Дополнительный файл 1. На рисунке S3 сравниваются XPS-спектры Si 2p отожженного MoO _X толщиной 10 нм. фильмы. Спектр Si 2p XPS неотожженного образца показывает двойные пики кремниевых элементов и Si ⁴⁺ вершина горы. Си ²⁺ пик появляется при отжиге при 100 ° C. При отжиге при 200 и 300 ° C пики Si ⁴⁺ , Si ³⁺ и Si ²⁺ существуют одновременно. Кроме того, вычисленный X в SiO _X для четырех образцов 2:1,715, 1,672 и 1,815 соответственно. Атомы кислорода в SiO _X из МоО _X ; следовательно, отношение O / Mo зависит от баланса между SiOx, принимающим кислород, и воздухом, вводящим кислород. Кстати, с повышением температуры отжига сигнал элемента Si становится слабее, что указывает на более толстый SiO _X прослои [26].

Трехмерные рентгеновские фотоэлектронные спектры Mo на уровне ядра MoO _X толщиной 10 нм пленки на кремниевых пластинах а без последующего отжига, с последующим отжигом при b 100 ° C, c 200 ° C и d 300 ° С

Снижение степени катионного окисления оксида имеет тенденцию к уменьшению его работы выхода [1]. ИБП используется для расчета работы выхода MoO _X пленки в зависимости от термической обработки. На рис. 4а показана область отсечки вторичных электронов спектров UPS, из которой можно увидеть незначительное колебание работы выхода. Из рис. 4б видно, что после отжига на воздухе дефектные пики в области валентной зоны [37] ослабевают. В таблице 3 перечислены отношения O / Mo, оцененные с помощью XPS-фитинга, и соответствующая работа выхода, оцененная с помощью отсечки вторичных электронов UPS для образцов на полированных кремниевых пластинах. Результаты работы выхода и стехиометрии MoO _X также изображены на фиг. 4c, где обнаруживается сильная положительная корреляция. Увеличение отношения O / Mo с 2,942 до 2,964 приводит к увеличению работы выхода примерно на 0,06 эВ.

а Область отсечки вторичных электронов и b валентная полоса из спектров UPS после отжига MoO _X пленки на кремниевых пластинах. c Работа выхода в зависимости от стехиометрии (отношение O / Mo)

Перед применением МоО _X пленки как пассивирующие контакты на p -Si пластины, одномерное моделирование энергетических зон проводится с помощью AFORS-HET [44], чтобы получить четкое изображение p -Si / MoO _X гетероконтакты. Толщина p -Si и MoO _X пленки установлены как 1 мкм и 10 нм соответственно. Концентрация акцептора p -Si равно 1 × 10 ¹⁶ см ⁻³ , что дает работу выхода 4,97 эВ. Поскольку MoO _X это n [53] изменение концентрации кислородных вакансий моделируется изменением концентрации донора в диапазоне 1 × 10 ¹⁶ см ⁻³ до 1 × 10 ²⁰ см ⁻³ . На рис. 5а показано, что работа выхода и концентрация доноров MoO _X экспоненциально коррелированы. На рис. 5c, d изображена смоделированная зонная структура как концентрация доноров ( N _D ) МоО _X равно 1 × 10 ¹⁶ и 1 × 10 ²⁰ см ⁻³ , соответственно. Обе полосы p -Si и MoO _X искривлены из-за разницы работы выхода и энергетического равновесия Ферми. Для эффективного извлечения носителей необходимо, чтобы фотогенерированные дыры в валентной зоне p -Si рекомбинировать с электронами, представленными в MoO _X зоны проводимости, которые инжектируются от соседнего металлического электрода [7, 54]. Изгиб ленты в p -Si, MoO _X и полный изгиб ленты показаны на рис. 5б. В качестве работы выхода МоО _X ( WF _МО ) меняется, нет явного изменения в полосе p -Si. Напротив, изгиб ленты в MoO _X , которое представляет собой подходящее встроенное электрическое поле для инжекции электронов, увеличивается с увеличением его работы выхода. Можно сделать вывод, что увеличение MoO _X рабочая функция увеличит общий изгиб ленты на p -Si / MoO _X контакт, большая часть которого находится в MoO _X часть. Следовательно, высокая работа выхода MoO _X желательно с точки зрения инжекции электронов в p -Si / MoO _X интерфейс.

Результаты моделирования энергетической зоны p -Si / MoO _X контакт. а Связь между работой выхода и N _D МоО _X ( N _D-MO ). б p -Si, MoO _X и общий изгиб ленты для p -Si / MoO _X контакт. Концентрация акцептора p -Si равно 1 × 10 ¹⁶ см ⁻³ . Смоделированные ленточные диаграммы p -Si / MoO _X свяжитесь как N _D-MO c 1 × 10 ¹⁶ см ⁻³ и d 1 × 10 ²⁰ см ⁻³ соответственно

На рисунке 6 изображены темные I – V характеристики p -Si / MoO _X контактов с использованием метода Кокса и Стрэка (схематическое изображение см. в дополнительном файле 1:рисунок S4) [42]. Наклон I – V кривая увеличивается с увеличением диаметра точечного электрода. I-V Кривые для неотожженных и отожженных при 100 ° C образцов линейны, с удельным контактным сопротивлением ( ρ _c ) соответствует 0,32 и 0,24 Ом‧см ² , соответственно. Хотя отжиг при 100 ° C приведет к тому, что SiO _X слой на p -Si / MoO _X интерфейс толще, WF _МО выше, чем у неотожженного МоО _X пленка, поэтому соответствующий образец показывает наилучшие характеристики переноса дырок. I-V кривые образцов, отожженных при 200 и 300 ° C, становятся нелинейными при малом диаметре точки и не могут рассматриваться как омический контакт. По сравнению с образцами, отожженными при 100 ° C, образцы, отожженные при более высоких температурах отжига, обладают меньшими токами. Основная причина небольшого падения работы выхода заключается в том, что более высокая температура отжига приводит к увеличению толщины SiO _X слой на p -Si / MoO _X , затрудняя туннелирование носителей через оксидный барьер.

Измерение контактного сопротивления MoO _X толщиной 10 нм пленки на полированных кремниевых пластинах a без последующего отжига, с последующим отжигом при b 100 ° C, c 200 ° C и d 300 ° С

Пассивирующие качества MoO _X (10 нм) / p -Si-гетеропереходы в зависимости от термической обработки характеризуются эффективным сроком службы неосновных носителей заряда ( τ _eff ). Зависимость от уровня закачки τ _eff s показан в Дополнительном файле 1:Рисунок S5, где τ _eff с при уровне закачки 1 × 10 ¹⁵ см ⁻³ перечислены в Таблице 3. Неотожженный МоО _X фильм показывает лучшую способность к пассивации. Более высокая температура обработки приводит к более низкому τ _eff , который является комбинированным результатом химической пассивации межфазного SiO _X и пассивация эффекта поля МоО _X , чем больше X в SiO _X означает меньшее количество оборванных связей кремния и больший размер X в MoO _X означает большую напряженность встроенного электрического поля.

МоО _X фильмы затем принимаются в p -Si / MoO _X (10 нм) / конфигурация Ag (рис. 7a) для исследования влияния MoO _X Электронные свойства на производительность устройства. Плотность светового тока в зависимости от напряжения ( Дж – В ) кривые показаны на рис. 7б. Средний J – V Характеристики показаны на рис. 7в – е. Нижний V _OC s после отжига соответствуют нижнему значению τ _eff . Все ячейки, кроме ячеек с MoO _X отожжены при 300 ° C, имеют одинаковые Дж _SC (~ 38,8 мА / см ² ), что означает незначительную разницу в оптическом индексе МоО _X и изменение толщины межфазного SiO _X мало влияют на эффективное оптическое поглощение объемного кремния в длинноволновом диапазоне. Лучший PCE солнечных элементов с неотожженным MoO _X фильмов составляет 18,99%, что аналогично нашему предыдущему отчету [26]. PCE 19,19% достигается при отжиге 100 ° C. PCE улучшение в основном происходит за счет повышенного коэффициента заполнения ( FF ) с пониженным последовательным сопротивлением, что согласуется с низким контактным сопротивлением на рис. 6б. Неэффективная транспортировка отверстий приводит к уменьшению FF , что заметно на устройствах с отжигом 300 ° C. Более высокие температуры отжига приводят к PCE падение, вызванное пониженным V _OC (ухудшенная пассивация эффекта поля МоО _X ) и FF (более толстый SiO _X прослойка снижает вероятность туннелирования носителей). Как МоО _X тонкие пленки покрыты серебряными электродами, ухудшение рабочих характеристик может быть в основном вызвано высокотемпературной диффузией элементов в MoO _X / Ag, как показано в предыдущем отчете [26]. Диффузия атомов Ag в MoO _X уменьшит MoO _X Работа выхода, когда уровни Ферми выравниваются в равновесии за счет переноса электронов от металлов на MoO _X [19, 55, 56].

а Схема в разрезе, b J – V кривые и c – f в среднем J – V параметры p -Si / MoO _X / Солнечные элементы Ag с MoO _X пленки, отожженные при разных температурах

В целом производительность p -Si / MoO _X солнечный элемент с гетеропереходом зависит от качества пассивации, работы выхода и межзонного туннелирования [34] свойств дырочно-селективного MoO _X фильм. Эффективность пассивации существующей структуры все еще низкая, что приводит к относительно более низкому V _OC . Таким образом, эффективная пассивация поверхности будет в центре внимания исследований для контактов, не содержащих легированные носители.

Выводы

Таким образом, МоО _X Пленки с разной концентрацией кислородных вакансий были получены постотжигом при разных температурах. Атомное отношение O / Mo в MoO _X пленки линейно связаны с их работой выхода. По сравнению с внутренним MoO _X В пленке, отожженной при 100 ° C, было меньше вакансий кислорода и более высокая работа выхода. Моделирование энергетической полосы показывает, что изгиб полосы p -Si в p -Si / MoO _X контакт в основном такой же, когда рабочая функция МоО _X варьируется от 6,20 до 6,44 эВ. Тем не менее, большая работа выхода приводит к увеличению изгиба ленты в MoO _X фильм. Экспериментальные результаты показывают, что умеренно улучшенная работа выхода MoO _X отжиг при 100 ° C способствует селективности отверстий. Соответствующий солнечный элемент с оптимизированной полной задней частью p -Si / MoO _X / Контакт с Ag достиг PCE 19,19%.

Доступность данных и материалов

Наборы данных, использованные и проанализированные в ходе текущего исследования, доступны у соответствующего автора по разумному запросу.

Сокращения

c -Si:

Кристаллический кремний

p -Si:

p -Тип кристаллического кремния

n -Si:

нет -Тип c -Si

PCE:

Эффективность преобразования энергии

AFM:

Атомно-силовой микроскоп

XPS:

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

ИБП:

Ультрафиолетовая фотоэмиссионная спектроскопия

QSSPC:

Квазистационарная фотопроводимость

RMS:

Среднеквадратичное значение

WF:

Рабочая функция

FF:

Коэффициент заполнения