Mengurangi Perangkap Antarmuka dengan Perlakuan Hidrogen Kepadatan Tinggi untuk Meningkatkan Efisiensi Sel Kontak Belakang Pemancar Pasif

Hasil dan Diskusi

Lapisan pasivasi SiN emitor dengan dan tanpa perlakuan HDH diperiksa menggunakan analisis FTIR. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 3, SiN dengan dan dengan perlakuan HDH keduanya menunjukkan 3350 cm ⁻¹ ikatan regangan N–H dan 2165 cm ⁻¹ dari ikatan regangan Si-H [19,20,21]. Namun, rasio intensitas puncak penyerapan ikatan N-H dan Si-H keduanya ditingkatkan setelah perawatan, yang menyiratkan bahwa hidrogen disuntikkan ke dalam lapisan SiN.

Lapisan tipis pasivasi emitor SiN diukur dengan spektrum FTIR

Untuk mengkonfirmasi bahwa perlakuan HDH mengurangi perangkap antarmuka SiN/Si, spektrometri massa ion sekunder (SIMS) digunakan untuk mengkonfirmasi distribusi hidrogen [22, 23]. Pada Gambar 4, karena lapisan SiN diendapkan menggunakan CVD, intensitas hidrogen di lapisan SiN ini lebih tinggi daripada di Si. Setelah perlakuan, sementara intensitas hidrogen tidak meningkat secara nyata dalam jumlah besar, intensitasnya jelas meningkat pada antarmuka SiN dan Si, dan hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan HDH bereaksi pada antarmuka SiN/Si.

Lapisan tipis pasivasi emitor SiN diukur dengan SIMS

Untuk mengkonfirmasi lebih lanjut perbedaan Dit antara lapisan emitor SiN dan substrat p-Si setelah perlakuan HDH pada Gambar. 5, struktur Al/SiN/p-Si/Al logam-isolator-semikonduktor (MIS) dibuat. Karena antarmuka SiN dan p-Si memiliki sejumlah besar cacat, hasil G-V dapat diterapkan untuk mengekstrak kepadatan perangkap antarmuka (Dit) [24]. Persamaan konduktansi diberikan sebagai:

Perangkat Al/SiN/p-Si/Al dianalisis dengan karakteristik tegangan konduktansi dengan perangkap antarmuka

dimana ω adalah frekuensi sudut, τ adalah masa pakai pembawa, dan Gp adalah konduktansi yang bergantung pada frekuensi. Untuk menyederhanakan Persamaan. 1, Dit terkait dengan konduktansi, dan puncak konduktansi berkurang setelah perawatan, yang menunjukkan bahwa perlakuan HDH dapat mengurangi perangkap antarmuka PERC.

Selanjutnya dilakukan pengukuran kelistrikan pada perangkat sel PERC baik dalam kondisi terang maupun gelap. Bias perangkat diterapkan pada elektroda bawah Al, sedangkan elektroda atas ditanahkan. Rentang sapuan tegangan adalah dari 1 hingga 0,75 V Gambar 6 menunjukkan karakteristik I-V dalam kondisi gelap. Kebocoran arus berkurang secara signifikan setelah perlakuan HDH, dengan rasio penurunan sekitar 0,5 orde. Selain itu, di sisi kanan karakteristik I-V, punuk arus listrik ditemukan berkurang setelah perawatan. Kami juga mengekstrak kurva I-V dan mengubahnya sebagai faktor ideal mengikuti persamaan arus dioda:

Analisis karakteristik IV dalam kondisi gelap dengan kebocoran arus dan faktor ideal.

dimana Aku _s adalah arus saturasi, q adalah muatan elektronik, V adalah tegangan yang diberikan, n adalah faktor ideal, k adalah konstanta Boltzmann, dan T adalah suhu mutlak. Persamaan 2 dapat disederhanakan lebih lanjut menjadi \( I={I}_s\left[\mathit{\exp}\left(\frac{qV}{nkT}\right)-1\right] \); ketika n nilainya mendekati 1, arus on dekat dengan arus difusi. Ketika n nilainya mendekati 2, ini berarti arus on mendekati arus kombinasi [25]. Setelah perlakuan, kemiringan arus on berkurang dari 1,5 menjadi 1,42, yang berarti arus on mendekati arus difusi setelah perlakuan karena penurunan jumlah cacat.

Untuk memeriksa lebih lanjut karakteristik listrik, parameter efisiensi (Jsc, Rs, dan faktor pengisian) diekstraksi pada sumber cahaya simulasi 1 kW M ⁻² spektrum AM1.5 global pada 25 °C. Setelah perlakuan HDH, efisiensi rata-rata ditingkatkan dari 17,3 menjadi 18,2%, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7a. Jsc juga meningkat dari 37,6 menjadi 38,2 mA, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7b. Selain itu, Rs telah berkurang dari 0,712 menjadi 0,487 setelah perawatan, seperti pada Gambar 7c. Adapun faktor pengisian, meningkat dari 70,5 menjadi 73,3, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7d.

Karakteristik PERC I-V untuk a efisiensi, b rapat arus hubung singkat (Jsc), c hambatan seri (Rs), dan d faktor pengisian (F.F.)

Untuk mengkonfirmasi efisiensi konversi pada rentang panjang gelombang yang berbeda, efisiensi kuantum eksternal (EQE) digunakan untuk menganalisis panjang gelombang dari 300 hingga 1200 nm [26, 27]. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8, efisiensi kuantum sebelum perlakuan HDH memiliki EQE rata-rata 94% antara 400 dan 600 nm. Namun, setelah pengobatan HDH, kita bisa mendapatkan hasil EQE yang lebih tinggi lagi. Hasilnya menunjukkan peningkatan hingga 97% antara 400 dan 600 nm, yang disebabkan oleh penekanan perangkap antarmuka SiN/Si emitor.

Efisiensi kuantum eksternal (EQE) diukur dari 300 hingga 1200 nm

Akhirnya, kami mengusulkan model untuk menjelaskan efek HDH pada perangkat PERC. Emitter PERC dari struktur Si tipe Ag/SiN/n dan hubungannya dengan struktur perangkap antarmuka SiN/Si ditunjukkan pada Gambar. 9. Ketika pasangan elektron-lubang dihasilkan di persimpangan pn, diinduksi oleh cahaya, elektron bergerak ke elektroda atas Ag. Jika ada perangkap antarmuka pada antarmuka SiN/Si, mereka akan membantu rekombinasi elektron dengan lubang. Untuk mengurangi perangkap antarmuka, perlakuan HDH diterapkan pada perangkat PERC, dengan gas bertekanan tinggi digunakan untuk menyuntikkan hidrogen ke dalam perangkat dan bereaksi dengan antarmuka. Setelah perlakuan, ikatan hidrogen dengan ikatan menjuntai pada antarmuka SiN/Si dan perangkap antarmuka berkurang. Oleh karena itu, rekombinasi berkurang, yang mengurangi kebocoran arus dan meningkatkan Jsc dan efisiensi sel.

Emitor PERC struktur Si tipe Ag/SiN/n dan struktur perangkap antarmuka SiN/Si pada awal dan setelah perlakuan