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Introducción a los óxidos conductivos transparentes
Los óxidos conductivos transparentes (TCOs) forman una clase única de materiales que simultáneamente exhiben alta conductividad eléctrica y transparencia óptica en el espectro visible. Estas propiedades raramente se encuentran en la naturaleza, ya que los materiales altamente conductivos (como metales) son opacos, y los materiales más transparentes (como el vidrio) son eléctricamente aislantes.
Los TCO más utilizados incluyen óxido de estaño indio (ITO), óxido de estaño dopado por fluorina (FTO), y óxido de zinc dopado por aluminio (AZO). Cada uno ofrece un equilibrio diferenciado de conductividad, transparencia, coste y compatibilidad de procesamiento. ITO sigue siendo el referente debido a sus excelentes propiedades eléctricas y ópticas, pero su dependencia de las rutas indio-un elemento escaso y costoso.
El papel de los TCO en las células solares es doble: actúan como un electrodo delantero transparente que permite que la luz solar alcance las capas activas de absorbente, y recogen y transportan portadores de carga fotogenerados al circuito externo. El transporte de carga ineficiente o las pérdidas resistivas excesivas dentro de la capa TCO reducen directamente el factor de llenado y la eficiencia general de conversión de energía del dispositivo.
Propiedades eléctricas clave y su medición
Conductividad eléctrica y resistencia
########## conductividades (T.#963;) es la medida fundamental de la capacidad de un material para realizar la corriente eléctrica.Para los TCOs, la conductividad es típicamente de 103[FLT1] a 10[87]
La resistencia se mide utilizando el método de sonda de cuatro puntos, que elimina los errores de resistencia de contacto empleando sondas separadas de carga y tensión. La técnica de van der Pauw también se utiliza comúnmente para películas finas con geometrías arbitrarias. Estas mediciones proporcionan la resistencia de la hoja (R]sh]), expresadas en ohmios por cuadrado (valores de resistencia)
Concentración y movilidad del transportista
[LT2] [LT] [4]
La movilidad de los portadores de carga (p. 956;) caracteriza la rapidez con que los portadores se mueven a través del material bajo un campo eléctrico aplicado.Las movilidades típicas en los TCOs van de 10 a 50 cm2]/V disminuyen la movilidad de los discos de alta calidad, aunque se han reportado los valores de la movilidad de la dispersión de los discos
Mediciones de efectos de las salas
Para determinar de forma independiente la concentración y movilidad del portador, se realizan mediciones de efecto Hall. Una película delgada de TCO se coloca en un campo magnético perpendicular, y el voltaje del pabellón inducido se mide mientras una corriente fluye a través de la muestra. El signo del voltaje del Hall indica el tipo de portador mayor (n-tipo o p-tipo), mientras que la magnitud produce la densidad del transportista. Combinado con datos de resistencia, la movilidad del Hall se calcula.
Dopant Engineering y Selección de Materiales
Oxido de Tinta Indio (OIMT)
I###############################################################################################################################################################################################################################################################
Oxido de lata de color fluorino (FTO)
FPEC-Alimento de la tecnología de la energía solar (SnO2]) con fluorina, que sustituye al oxígeno e introduce electrones libres. La FTO suele tener una resistencia ligeramente superior (corrección solar#8764;7 >#215; 10Prefieren la producción de plasma#8722;4
Oxido de zinc dopado de aluminio (AZO)
AZO es un óxido conductivo transparente basado en el óxido de zinc (ZnO) dopado con aluminio. Los átomos de aluminio sustituyen al zinc, donando un electron libre por sustitución. AZO ofrece una resistencia al orden de 2 cápsulas#8211;5 > 10]
Nuevos OCE y Alternativas
Las células de zinc y de alta calidad, como la producción de metales de zinc, son una producción de metales de alta calidad, y también son de alta transparencia, y son de alta calidad, y son de alta calidad, y son de alta calidad, y de alta calidad, y de alta calidad, y de alta calidad, de alta calidad, de alta calidad y de alta calidad.
Factores que influyen en el rendimiento eléctrico
Técnicas de deposición
La técnica de deposición tiene un impacto profundo en las propiedades eléctricas de las películas de TCO. El desperdicio es el método más utilizado en la industria debido a su escalabilidad, reproducibilidad y capacidad de depósito de películas de alta calidad a bajas temperaturas de sustrato.
Tratamientos posteriores a la declaración
El tratamiento de la hidrogeno es un paso común para mejorar las propiedades eléctricas de las OTC. El anulado térmico en vacío, gas inerte o atmósferas de reducción puede aumentar la concentración de portadores activando los dopants y promoviendo la formación de vacantes de oxígeno.Por ejemplo, las películas de OIM a menudo requieren anulación excesiva en 300 P.
La espesor de la película y la morfología
El espesor de la película influye tanto en la resistencia de la hoja como en la transmisión óptica de capas TCO. A medida que aumenta el espesor, aumenta el número de vías de conducción, reduciendo la resistencia de la hoja, reduciendo la transmisión debido a la absorción y dispersión de la carrilidad libre. El espesor óptimo de las aplicaciones de la célula solar suele ser de 100 a 500 nm, equilibrando estos efectos competidores.
Función de las OTC en diferentes arquitecturas solares
Celdas solares de silicona
Las células de silicona de alta resistencia (SIP) permiten reducir la superficie de la capa de silicona y la de alta resistencia a la cúpula.Los dispositivos de silicona de alta resistencia tienen una capa de alta resistencia a la cúpula.
Celdas solares de espesor (CIGS, CdTe)
La capa de control de la capa de acero y la correa de la capa de alta resistencia de la capa de la capa de TCO permite minimizar la resistencia de la capa de la alta resistencia de la capa de la capa de la capa de la capa de la capa de la capa de la alta resistencia.
Celdas solares Perovskite
La resistencia al desgaste del vidrio, por su parte, es una solución de alto rendimiento, pero no de alta calidad, sino que también es un soporte de la capa de vidrio.
Estrategias de avance y optimización recientes
Los avances recientes en la investigación TCO se centran en empujar los límites de conductividad y transparencia simultáneamente.Un enfoque prometedor es el uso de dopaje de hidrógeno, particularmente en óxido de indio (IO:H), que consigue las capacidades superiores a 100 cm2/V disminuyen la transparencia de los metales de alta calidad, mientras mantiene una baja absorción de carbono en el infrarrojo.
Las propiedades de prueba de los materiales computacionales que utilizan la teoría funcional de la densidad (DFT) y los experimentos de alta velocidad están acelerando el descubrimiento de nuevas composiciones de la TCO. Por ejemplo, la exploración de óxidos delafosis (por ejemplo, CuAlO2) y otras fuerzas de la TCO de tipo p podrían conducir a electrónicas transparentes de todo tipo.
La capa de TCOs con contactos pasivos y capas de transporte selectiva es otra área activa. En las células de heterojunción de silicio, la función de trabajo de TCO puede ajustarse mediante el contenido de oxígeno o mediante tratamientos superficiales para mejorar la selectividad de contacto y reducir la recombinación en la interfaz.
Conclusión
Las propiedades eléctricas de los óxidos conductivos transparentes son fundamentales para el rendimiento de las células solares modernas. La alta conductividad y baja resistencia permiten una recogida y transporte eficientes, mientras que la concentración y movilidad del portador deben ser cuidadosamente equilibradas para minimizar las pérdidas resistivas y la absorción parasitaria. La elección de material TCO, ya sea ITO, FTO, AZO, o nuevas alternativas, depende de la arquitectura de la foto.
]La lectura de las propiedades eléctricas de los OTC se puede encontrar en recursos como el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) páginas de investigación fotovoltaica, revisar artículos en Fuente Energy y libros de texto completos sobre los oxidos transparentes de resistencia conductiva [LT5] [4]