Oxides for sustainable photovoltaics with earth-abundant materials
Oxides for sustainable photovoltaics with earth-abundant materials
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使用地球丰富的材料实现可持续光伏发电的氧化物
DOI：
10.1117/12.2044734
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发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
A. Bakin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
A. Wagner;M. Stahl;N. Ehrhardt;A. Fahl;J. Ledig;A. Waag;A. Bakin
能源转换技术的目标是每年实现极高的发电能力。材料的无毒性和丰富性是可持续光伏技术的关键要求。氧化物是实现这些目标的关键材料之一。我们研究了薄缓冲层对 ZnO:Al/缓冲层/Cu2O 太阳能电池性能的影响。在 ZnO:Al 和 Cu2O 之间引入通过热 ALD 生长的薄 ZnO 或 Al2O3 缓冲层，使太阳能电池效率提高了 45%。介绍了使用元素铜和纯氧作为前体材料的 Cu2O 的 VPE 生长。生长在具有 (001) 取向的 MgO 衬底上进行。使用了正向和偏向的基材并比较了生长结果。 XRD 研究表明，在所有温度下，(110) 取向的 Cu2O 都会生长，而在高基材温度下，会发生额外的 (001) Cu2O 生长。氧分压的增加导致更明显的二维生长模式，因此岛之间的孔隙仍然存在。采用 3.5° 和 5° 的离轴基板不会导致层质量的提高。 (110) 取向仍然占主导地位，晶粒尺寸减小，(220) 峰的半高宽增加。从 AFM 图像可以得出结论，(110) 表面以相对于基底表面的倾斜角生长。
Energy conversion technologies are aiming to extremely high power capacities per year. Nontoxicity and abundance of the materials are the key requirements to a sustainable photovoltaic technology. Oxides are among the key materials to reach these goals. We investigate the influence of thin buffer layers on the performance of an ZnO:Al/buffer/Cu2O solar cells. Introduction of a thin ZnO or Al2O3buffer layer, grown by thermal ALD, between ZnO:Al and Cu2O resulted in 45% increase of the solar cell efficiency. VPE growth of Cu2O employing elemental copper and pure oxygen as precursor materials is presented. The growth is performed on MgO substrates with the (001) orientation. On- and off- oriented substrates have been employed and the growth results are compared. XRD investigations show the growth of the (110) oriented Cu2O for all temperatures, whereas at a high substrate temperature additional (001) Cu2O growth occurs. An increase of the oxygen partial pressure leads to a more pronounced 2D growth mode, whereby pores between the islands still remain. The implementation of off-axis substrates with 3.5° and 5° does not lead to an improvement of the layer quality. The (110) orientation remains predominant, the grain size decreases and the FWHM of the (220) peak increases. From the AFM images it is concluded, that the (110) surface grows with a tilt angle to the substrate surface.
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