thinfilmpvtechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/et3034tux-5.2... · 2013. 12. 4. ·...

50
Arno Smets Thin film PV Technologies Thin film Silicon PV Technology Week 5.2

Upload: others

Post on 01-Jun-2021

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Arno  Smets  

Thin  film  PV  Technologies  Thin  film  Silicon  PV  Technology  

Week  5.2  

Page 2: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Thin  film  Silicon  solar  cell  

Page 3: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Semiconductor  Materials  IV  semiconductors:  Si,  Ge  

a-­‐Si:H  nc-­‐Si:H  

Rn  

Xe  

Kr  

Ar  

Ne  

He  

At  

I  

Br  

Cl  

F  

Po  

Te  

Se  

S  

O  

Bi  

Sb  

As  

P  

N  

Pb  

Sn  

Ge  

Si  

C  

Tl  

In  

Ga  

Al  

B  

Hg  

Cd  

Zn  

Au  

Ag  

Cu  

VlllA  

VllA  VlA  VA  lVA  lllVA  

llB  lB  

2  

10  

18  

36  

34  

86  

9  

17  

35  

53  

85  

8  

16  

34  

52  

84  

7  

15  

33  

51  

83  

6  

14  

32  

50  

82  

5  

13  

31  

49  

81  

30  

48  

80  

29  

47  

97  

4.003  

20.183  

39.948  

83.80  

131  30  

(222)  

35.453  

79.909  

126  904  

(210)  

18.998  

32.064  

78.96  

127  60  

(210)  

15.999  

30.974  

74.922  

121.75  

208.980  

14.007  

28.086  

72.59  

118  69  

207.19  

12.011  

26.982  

69.72  

204.37  

10.811  

65.37  

112.40  

200.59  

63.54  

107.870  

196.967  

114  82  

1H  

Page 4: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Semiconductor  Materials  IV  semiconductors:  Si,  Ge  

a-­‐Si:H  nc-­‐Si:H  

Rn  

Xe  

Kr  

Ar  

Ne  

He  

At  

I  

Br  

Cl  

F  

Po  

Te  

Se  

S  

O  

Bi  

Sb  

As  

P  

N  

Pb  

Sn  

Ge  

Si  

C  

Tl  

In  

Ga  

Al  

B  

Hg  

Cd  

Zn  

Au  

Ag  

Cu  

VlllA  

VllA  VlA  VA  lVA  lllVA  

llB  lB  

2  

10  

18  

36  

34  

86  

9  

17  

35  

53  

85  

8  

16  

34  

52  

84  

7  

15  

33  

51  

83  

6  

14  

32  

50  

82  

5  

13  

31  

49  

81  

30  

48  

80  

29  

47  

97  

4.003  

20.183  

39.948  

83.80  

131  30  

(222)  

35.453  

79.909  

126  904  

(210)  

18.998  

32.064  

78.96  

127  60  

(210)  

15.999  

30.974  

74.922  

121.75  

208.980  

14.007  

28.086  

72.59  

118  69  

207.19  

12.011  

26.982  

69.72  

204.37  

10.811  

65.37  

112.40  

200.59  

63.54  

107.870  

196.967  

114  82  

1H  

Page 5: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Semiconductor  Materials  IV  semiconductors:  Si,  Ge  

a-­‐Si:H  nc-­‐Si:H  

Rn  

Xe  

Kr  

Ar  

Ne  

He  

At  

I  

Br  

Cl  

F  

Po  

Te  

Se  

S  

O  

Bi  

Sb  

As  

P  

N  

Pb  

Sn  

Ge  

Si  

C  

Tl  

In  

Ga  

Al  

B  

Hg  

Cd  

Zn  

Au  

Ag  

Cu  

VlllA  

VllA  VlA  VA  lVA  lllVA  

llB  lB  

2  

10  

18  

36  

34  

86  

9  

17  

35  

53  

85  

8  

16  

34  

52  

84  

7  

15  

33  

51  

83  

6  

14  

32  

50  

82  

5  

13  

31  

49  

81  

30  

48  

80  

29  

47  

97  

4.003  

20.183  

39.948  

83.80  

131  30  

(222)  

35.453  

79.909  

126  904  

(210)  

18.998  

32.064  

78.96  

127  60  

(210)  

15.999  

30.974  

74.922  

121.75  

208.980  

14.007  

28.086  

72.59  

118  69  

207.19  

12.011  

26.982  

69.72  

204.37  

10.811  

65.37  

112.40  

200.59  

63.54  

107.870  

196.967  

114  82  

1H  

Page 6: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Semiconductor  Materials  IV  semiconductors:  Si,  Ge  

a-­‐Si:H  nc-­‐Si:H  

Rn  

Xe  

Kr  

Ar  

Ne  

He  

At  

I  

Br  

Cl  

F  

Po  

Te  

Se  

S  

O  

Bi  

Sb  

As  

P  

N  

Pb  

Sn  

Ge  

Si  

C  

Tl  

In  

Ga  

Al  

B  

Hg  

Cd  

Zn  

Au  

Ag  

Cu  

VlllA  

VllA  VlA  VA  lVA  lllVA  

llB  lB  

2  

10  

18  

36  

34  

86  

9  

17  

35  

53  

85  

8  

16  

34  

52  

84  

7  

15  

33  

51  

83  

6  

14  

32  

50  

82  

5  

13  

31  

49  

81  

30  

48  

80  

29  

47  

97  

4.003  

20.183  

39.948  

83.80  

131  30  

(222)  

35.453  

79.909  

126  904  

(210)  

18.998  

32.064  

78.96  

127  60  

(210)  

15.999  

30.974  

74.922  

121.75  

208.980  

14.007  

28.086  

72.59  

118  69  

207.19  

12.011  

26.982  

69.72  

204.37  

10.811  

65.37  

112.40  

200.59  

63.54  

107.870  

196.967  

114  82  

1H  

Page 7: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Semiconductor  Materials  IV  semiconductors:  Si,  Ge  

a-­‐Si:H  nc-­‐Si:H  

a-­‐SixGe1-­‐x:H  nc-­‐SixGe1-­‐x:H  

 

Rn  

Xe  

Kr  

Ar  

Ne  

He  

At  

I  

Br  

Cl  

F  

Po  

Te  

Se  

S  

O  

Bi  

Sb  

As  

P  

N  

Pb  

Sn  

Ge  

Si  

C  

Tl  

In  

Ga  

Al  

B  

Hg  

Cd  

Zn  

Au  

Ag  

Cu  

VlllA  

VllA  VlA  VA  lVA  lllVA  

llB  lB  

2  

10  

18  

36  

34  

86  

9  

17  

35  

53  

85  

8  

16  

34  

52  

84  

7  

15  

33  

51  

83  

6  

14  

32  

50  

82  

5  

13  

31  

49  

81  

30  

48  

80  

29  

47  

97  

4.003  

20.183  

39.948  

83.80  

131  30  

(222)  

35.453  

79.909  

126  904  

(210)  

18.998  

32.064  

78.96  

127  60  

(210)  

15.999  

30.974  

74.922  

121.75  

208.980  

14.007  

28.086  

72.59  

118  69  

207.19  

12.011  

26.982  

69.72  

204.37  

10.811  

65.37  

112.40  

200.59  

63.54  

107.870  

196.967  

114  82  

1H  

Page 8: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Semiconductor  Materials  IV  semiconductors:  Si,  Ge  

a-­‐Si:H  nc-­‐Si:H  

a-­‐SixGe1-­‐x:H  nc-­‐SixGe1-­‐x:H  a-SixC1-x:H

Rn  

Xe  

Kr  

Ar  

Ne  

He  

At  

I  

Br  

Cl  

F  

Po  

Te  

Se  

S  

O  

Bi  

Sb  

As  

P  

N  

Pb  

Sn  

Ge  

Si  

C  

Tl  

In  

Ga  

Al  

B  

Hg  

Cd  

Zn  

Au  

Ag  

Cu  

VlllA  

VllA  VlA  VA  lVA  lllVA  

llB  lB  

2  

10  

18  

36  

34  

86  

9  

17  

35  

53  

85  

8  

16  

34  

52  

84  

7  

15  

33  

51  

83  

6  

14  

32  

50  

82  

5  

13  

31  

49  

81  

30  

48  

80  

29  

47  

97  

4.003  

20.183  

39.948  

83.80  

131  30  

(222)  

35.453  

79.909  

126  904  

(210)  

18.998  

32.064  

78.96  

127  60  

(210)  

15.999  

30.974  

74.922  

121.75  

208.980  

14.007  

28.086  

72.59  

118  69  

207.19  

12.011  

26.982  

69.72  

204.37  

10.811  

65.37  

112.40  

200.59  

63.54  

107.870  

196.967  

114  82  

1H  

Page 9: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Semiconductor  Materials  IV  semiconductors:  Si,  Ge  

a-­‐Si:H  nc-­‐Si:H  

a-­‐SixGe1-­‐x:H  nc-­‐SixGe1-­‐x:H  a-­‐SixC1-­‐x:H  nc-­‐SixO1-­‐x:H  

Rn  

Xe  

Kr  

Ar  

Ne  

He  

At  

I  

Br  

Cl  

F  

Po  

Te  

Se  

S  

O  

Bi  

Sb  

As  

P  

N  

Pb  

Sn  

Ge  

Si  

C  

Tl  

In  

Ga  

Al  

B  

Hg  

Cd  

Zn  

Au  

Ag  

Cu  

VlllA  

VllA  VlA  VA  lVA  lllVA  

llB  lB  

2  

10  

18  

36  

34  

86  

9  

17  

35  

53  

85  

8  

16  

34  

52  

84  

7  

15  

33  

51  

83  

6  

14  

32  

50  

82  

5  

13  

31  

49  

81  

30  

48  

80  

29  

47  

97  

4.003  

20.183  

39.948  

83.80  

131  30  

(222)  

35.453  

79.909  

126  904  

(210)  

18.998  

32.064  

78.96  

127  60  

(210)  

15.999  

30.974  

74.922  

121.75  

208.980  

14.007  

28.086  

72.59  

118  69  

207.19  

12.011  

26.982  

69.72  

204.37  

10.811  

65.37  

112.40  

200.59  

63.54  

107.870  

196.967  

114  82  

1H  

Page 10: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Amorphous  Network  

Source:  www.youtube.com/watch?v=OyVUmucwhPo  

Page 11: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

2    Material  Phases:  amorphous  and  microcrystalline  silicon  

sta[onary  columnar  growth  

incuba[on  zone  substrate  

Several  100nm  

~30-­‐50  nm  

Page 12: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Momentum  

Energy  

Indirect  band  gap  

photon  phonon  

Page 13: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Comparison  with  c-­‐Si:  laDce  

2.48   1.24   0.83   0.62   0.50   0.41  106  

105  

104  

103  

102  

101  

100  

10-­‐1  

0.5   1.0   1.5   2.0   2.5   3.0  

Wavenlength  [micrometers]  

Photon  [eV]  

Absorp[o

n  coeffi

cien

t  [cm

-­‐1]  

a-­‐Si  Ge:H  

a-­‐Si:H  

c-­‐Si  

Page 14: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

alloy   Band  gap  

a-­‐Si:H   1.6-­‐1.9  eV  

2.00  

1.75  

1.50  

1.25  

1.00  

0.75  

0.50  

0.25  

0.00  

P(λ)  (x10

9  W  m

-­‐2   m

-­‐1)  

0   500   1000   1500   2000   2500  

Wavenlength  (x10-­‐9  m)  

AM  1.5  

absorp[on   no  absorp[on  

Page 15: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

alloy Band gap

a-Si:H 1.6-1.9 eV

nc-­‐Si:H  

1.1-1.3 eV

2.00  

1.75  

1.50  

1.25  

1.00  

0.75  

0.50  

0.25  

0.00  

P(λ)  (x10

9  W  m

-­‐2   m

-­‐1)  

0   500   1000   1500   2000   2500  

Wavenlength  (x10-­‐9  m)  

AM  1.5  

absorp[on   no  absorp[on  

Page 16: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

alloy Band gap

a-Si:H 1.6-1.9 eV

nc-­‐Si:H  

1.1-1.3 eV

a-SiGe:H 1.4-1.6 eV

2.00  

1.75  

1.50  

1.25  

1.00  

0.75  

0.50  

0.25  

0.00  

P(λ)  (x10

9  W  m

-­‐2   m

-­‐1)  

0   500   1000   1500   2000   2500  

Wavenlength  (x10-­‐9  m)  

AM  1.5  

absorp[on   no  absorp[on  

Page 17: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

alloy Band gap

a-Si:H 1.6-1.9 eV

nc-­‐Si:H  

1.1-1.3 eV

a-SiGe:H 1.4-1.6 eV

a-SiC:H >1.9 eV

2.00  

1.75  

1.50  

1.25  

1.00  

0.75  

0.50  

0.25  

0.00  

P(λ)  (x10

9  W  m

-­‐2   m

-­‐1)  

0   500   1000   1500   2000   2500  

Wavenlength  (x10-­‐9  m)  

AM  1.5  

absorp[on   no  absorp[on  

Page 18: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

alloy Band gap

a-Si:H 1.6-1.9 eV

nc-­‐Si:H  

1.1-1.3 eV

a-SiGe:H 1.4-1.6 eV

a-SiC:H >1.9 eV

nc-SiO:H >2.0  eV  

2.00  

1.75  

1.50  

1.25  

1.00  

0.75  

0.50  

0.25  

0.00  

P(λ)  (x10

9  W  m

-­‐2   m

-­‐1)  

0   500   1000   1500   2000   2500  

Wavenlength  (x10-­‐9  m)  

AM  1.5  

absorp[on   no  absorp[on  

Page 19: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Defects  in  the  laDce  

Page 20: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

An  a-­‐Si:H  p-­‐i-­‐n  juncIon  

Glass  

TCO  

a-­‐Si:H    

Back  Reflector  

Page 21: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

a-­‐Si:H:  driJ  mechanism  required  for  transport  

EFermi  

Intrinsic  a-­‐Si:H   n-­‐a-­‐Si:H  p-­‐a-­‐SiC:H  

Page 22: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Principle  of  a-­‐Si:H  p-­‐i-­‐n  juncIon  

EFermi  

Intrinsic  a-­‐Si:H   n-­‐a-­‐Si:H  p-­‐a-­‐SiC:H  

Conduc[on  band  

Valence  band  

Page 23: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

A  typical  a-­‐Si:H  p-­‐i-­‐n  juncIon  

Glass  

TCO  

a-­‐Si:H    

Back  Reflector  

TCO  

p  i  

n  

Page 24: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

250   500   750   1000   1250   1500   1750   2000   2250   2500  

5800  K  Blackbody  Spectrum  

Radia[on  at  Sea  Level  

AbsorpIon  Bands  

H2O  CO2  H2O  

H2O  

H2O  

0  

0.5  

1  

1.5  

2  

2.5  

Sunlight  Top  of  the  Atmosphere  

Infrared  Visible  UV  Spectral  Irradiance  (W

/m2 /nm

)  

H2O  

O2  O3  

Wavelength  (nm)  

Solar  RadiaIon  Spectrum  

Does  not  cover  en[re  spectrum!  

Glass  

TCO  

a-­‐Si:H    

Back  Reflector  

AbsorpIon  a-­‐Si:H  

Page 25: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

250   500   750   1000   1250   1500   1750   2000   2250   2500  

5800  K  Blackbody  Spectrum  

Radia[on  at  Sea  Level  

AbsorpIon  Bands  

H2O  CO2  H2O  

H2O  

H2O  

0  

0.5  

1  

1.5  

2  

2.5  

Sunlight  Top  of  the  Atmosphere  

Infrared  Visible  UV  Spectral  Irradiance  (W

/m2 /nm

)  

H2O  

O2  O3  

Wavelength  (nm)  

Solar  RadiaIon  Spectrum  

Does  not  cover  en[re  spectrum!  

Glass  

TCO  

nc-­‐Si:H    

Back  Reflector  

AbsorpIon  nc-­‐Si:H  

Page 26: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

250   500   750   1000   1250   1500   1750   2000   2250   2500  

5800  K  Blackbody  Spectrum  

Radia[on  at  Sea  Level  

AbsorpIon  Bands  

H2O  CO2  H2O  

H2O  

H2O  

0  

0.5  

1  

1.5  

2  

2.5  

Sunlight  Top  of  the  Atmosphere  

Infrared  Visible  UV  Spectral  Irradiance  (W

/m2 /nm

)  

H2O  

O2  O3  

Wavelength  (nm)  

Solar  RadiaIon  Spectrum  

AbsorpIon  A-­‐Si:H  

AbsorpIon  nc-­‐Si:H  

Back  Reflector  

TCO  

a-­‐Si:H    

µc-­‐Si:H    

Glass  

Beler  spectrum  coverage!  

Page 27: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

EFermi  

1000  -­‐  2000  nm  150  -­‐  300  nm  

The  a-­‐Si:H  /  nc-­‐Si:H  tandem  

Page 28: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

EFermi  

Conduc[on  band  

Valence  band  

1000  -­‐  2000  nm  150  -­‐  300  nm  

Intrinsic  a-­‐Si:H  

n-­‐a-­‐Si:H  p-­‐a-­‐SiC:H  

p-­‐nc-­‐Si:H  

nc-­‐Si:H  n-­‐nc-­‐Si:H  

Page 29: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Double-­‐juncIon  approach  

0.0   0.2   0.4   0.6   0.8   1.0   1.4   1.6  

J  (mA/cm

2 )  

Voltage  (V)  

Single  pin  

0.0   0.2   0.4   0.6   0.8   1.0   1.4   1.6  0  

5  

10  

30  

15  

25  

20  

Voltage  (V)  

Tandem  

0  

5  

10  

30  

15  

25  

20  

?  

The  a-­‐Si:H  /  nc-­‐Si:H  

Glass    flexible  substrate  

TCO  

a-­‐Si:H    

Back  Reflector  

a-­‐Si:H  

nc-­‐Si:H  

0  

5  

10  

30  

15  

25  

20  

Back  Reflector  

TCO  

a-­‐Si:H    

µc-­‐Si:H    

Glass  

J  (mA/cm

2 )  

Page 30: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Double-­‐juncIon  approach  

0.0   0.2   0.4   0.6   0.8   1.0   1.4   1.6  

J  (mA/cm

2 )  

Voltage  (V)  

Single  pin  

0.0   0.2   0.4   0.6   0.8   1.0   1.4   1.6  0  

5  

10  

30  

15  

25  

20  

Voltage  (V)  

Tandem  

0  

5  

10  

30  

15  

25  

20  

The  a-­‐Si:H  /  nc-­‐Si:H  

Glass    flexible  substrate  

TCO  

a-­‐Si:H    

Back  Reflector  

a-­‐Si:H  

nc-­‐Si:H  

0  

5  

10  

30  

15  

25  

20  

Back  Reflector  

TCO  

a-­‐Si:H    

µc-­‐Si:H    

Glass  

J  (mA/cm

2 )  

Page 31: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

MulI-­‐juncIon  a-­‐Si:H  based  solar  cells  

Ito  

a-­‐Si:H  

nc-­‐Si:H  

nc-­‐Si:H  

ΖnΟ  

Flexible  SS  

Ito  

a-­‐Si:H  

a-­‐Si:Ge:H  

ΖnΟ  

Flexible  SS  

a-­‐Si:Ge:H  

Ag   Ag  

Ag   Ag   Ag   Ag  

nc-­‐Si:H  /  nc-­‐Si:H  /  a-­‐Si:H  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  

a-­‐Si:Ge:H  /  a-­‐Si:Ge:H  /  a-­‐Si:H  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  

400   500   600   700   800   900   1000   1100   1200  Wavelength  (nm)  

180  

160  

140  

120  

100  

80  

60  

40  

20  

0  

AM  1.5  sp

ectum  (m

W/(cm

2 μm))  

Page 32: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

B.  Yan,  Appl.  Phys.  Le1.  99,  113512  (2011).  

a-­‐Si:H/a-­‐SiGe:H/nc-­‐Si:H  mul5-­‐junc5ons  United  Solar:  IniIal  efficiency:  16.3  %  

Page 33: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

MulI-­‐juncIon  approach  

Ito  

a-­‐Si:H  

a-­‐Si:Ge:H  

ΖnΟ  

Flexible  SS  

a-­‐Si:Ge:H  

Ag  

Ag   Ag  

lto  

a-­‐Si:H  

nc-­‐Si:H  

nc-­‐Si:H  

ΖnΟ  

Flexible  SS  

Ag  

Ag   Ag  

nc-­‐Si:H  /  nc-­‐Si:H  /  a-­‐Si:H  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  

a-­‐Si:Ge:H  /  a-­‐Si:Ge:H  /  a-­‐Si:H  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  

Ito  

a-­‐Si:H  

a-­‐Si:Ge:H  

ΖnΟ  

Flexible  SS  

nc-­‐Si:H  

Ag  

Ag   Ag  

nc-­‐Si:H  /  a-­‐Si:Ge:H  /  a-­‐Si:H  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  

Glass  Flexible    substrate  

TCO  

a-­‐Si:H    

Back  Reflector  

Back  Reflector  

TCO  

a-­‐Si:H    

nc-­‐Si:H    

Glass  

a-­‐Si:H / nc-­‐Si:H  p-­‐i-­‐n  /  p-­‐i-­‐n    

a-­‐Si:H p-­‐i-­‐n  /  p-­‐i-­‐n    

10.1%  12.3%  

13.4%   16.3%  (ini[al)  

Page 34: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

MulI-­‐juncIon  approach  

lto  

a-­‐Si:H  

nc-­‐Si:H  

nc-­‐Si:H  

ΖnΟ  

Flexible  SS  

Ag  

Ag   Ag  

nc-­‐Si:H  /  nc-­‐Si:H  /  a-­‐Si:H  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  

Back  Reflector  

TCO  

a-­‐Si:H    

nc-­‐Si:H    

Glass  

a-­‐Si:H / nc-­‐Si:H  p-­‐i-­‐n  /  p-­‐i-­‐n    

12.3%  

13.4%  

Page 35: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

MulI-­‐juncIon  approach  

lto  

a-­‐Si:H  

nc-­‐Si:H  

nc-­‐Si:H  

ΖnΟ  

Flexible  SS  

Ag  

Ag   Ag  

nc-­‐Si:H  /  nc-­‐Si:H  /  a-­‐Si:H  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  /  n-­‐i-­‐p  

Back  Reflector  

TCO  

a-­‐Si:H    

nc-­‐Si:H    

Glass  

a-­‐Si:H / nc-­‐Si:H  p-­‐i-­‐n  /  p-­‐i-­‐n    

12.3%  

13.4%  

Page 36: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Glass  

Front  TCO  A-­‐Si:H  

Black  metal  

Encapsulant  

Page 37: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Glass  

Front  TCO  a-­‐Si:H  

Black  metal  

Encapsulant  

TF  silicon  modules  manufacturing  

Page 38: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Glass  

TF  silicon  modules  manufacturing  

1.  Glass plates used as substrate carrier

Page 39: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Glass  

Front  TCO  

TF  silicon  modules  manufacturing  

1.  Glass plates used as substrate carrier

2.  Front TCO deposition

Page 40: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Glass  

Front  TCO  

TF  silicon  modules  manufacturing  

1.  Glass plates used as substrate carrier

2.  Front TCO deposition

3.  Laser scribing: L1

Page 41: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Glass  

Front  TCO  a-­‐Si:H  

TF  silicon  modules  manufacturing  

1.  Glass plates used as substrate carrier

2.  Front TCO deposition

3.  Laser scribing: L1

4.  Si:H layers deposition

Page 42: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Glass  

Front  TCO  a-­‐Si:H  

TF  silicon  modules  manufacturing  

1.  Glass plates used as substrate carrier

2.  Front TCO deposition

3.  Laser scribing: L1

4.  Si:H layers deposition

5.  Laser scribing: L2

Page 43: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Glass  

Front  TCO  a-­‐Si:H  

Black  metal  

TF  silicon  modules  manufacturing  

1.  Glass plates used as substrate carrier

2.  Front TCO deposition

3.  Laser scribing: L1

4.  Si:H layers deposition

5.  Laser scribing: L2

6.  Back metal deposition

Page 44: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Glass  

Front  TCO  a-­‐Si:H  

Black  metal  

TF  silicon  modules  manufacturing  

1.  Glass plates used as substrate carrier

2.  Front TCO deposition

3.  Laser scribing: L1

4.  Si:H layers deposition

5.  Laser scribing: L2

6.  Back metal deposition

7.  Laser scribing: L3

Page 45: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Glass  

Front  TCO  a-­‐Si:H  

Black  metal  

Encapsulant  

TF  silicon  modules  manufacturing  

1.  Glass plates used as substrate carrier

2.  Front TCO deposition

3.  Laser scribing: L1

4.  Si:H layers deposition

5.  Laser scribing: L2

6.  Back metal deposition

7.  Laser scribing: L3

8.  Encapsulant

Page 46: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Glass  

Front  TCO  a-­‐Si:H  

Black  metal  

Encapsulant  

TF  silicon  modules  manufacturing  

1.  Glass plates used as substrate carrier

2.  Front TCO deposition

3.  Laser scribing: L1

4.  Si:H layers deposition

5.  Laser scribing: L2

6.  Back metal deposition

7.  Laser scribing: L3

8.  Encapsulant

Page 47: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Micromorph  Tandem  Module  

Page 48: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Manufacturing  sequence:  

Al  foil  +  TCO   +  a-­‐Si:H   +  back  contact   +  carrier  foil  

Al  foil   +  series  connect   +  contact  wires  +  curng  

+  encapsulant  

HyET  Solar  

Page 49: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Flexible  Products  

Page 50: ThinfilmPVTechnologiesdelftxdownloads.tudelft.nl/solar/week5/ET3034TUx-5.2... · 2013. 12. 4. · Hg% Cd Zn Au% Ag Cu VlllA% lllVA% lVA% VA% VlA% VllA% lB% llB% 2 10 18 36 34 86

Thank  you  for  your  aZenIon!