Meringkaskan pembentukan terowong simpang dan penghasilan elektrod bersuhu rendah untuk aplikasi sel suria tandem peroskit-silikon

Abstract

Sel suria tandem dijangka mencapai kestabilan kecekapan dalam pengeluaran besar-besaran sehingga 29 % pada tahun 2030. Struktur sel suria perovskit-silikon mempunyai ciri saling melengkapi untuk menjana prestasi cemerlang dalam peranti. Sel atas akan berfungsi menyerap tenaga foton dengan jurang jalur tinggi manakala sel bawah pula menyerap tenaga foton dengan jurang jalur rendah. Antara cabaran dalam pemfabrikasian sel suria tandem perovskit-silikon adalah isu dalam sel atas perovskit, sel bawah silikon dan cabaran optik dalam wafer silikon. Isu yang difokuskan dalam tesis ini adalah cabaran pada sel bawah Si. Oleh itu, tesis ini akan membincangkan tentang isu pembentukan terowong simpang dan penggunaan suhu tinggi dalam penghasilan elektrod dalam sel bawah silikon. Maka objektif kajian bagi tesis ini adalah (i) mengkaji lapisan perovskit di atas silikon wafer, (ii) pembentukan terowong simpang dibentuk menggunakan cara resapan pes aluminium dan asid fosforik dalam relau tiub kuarza dan (iii) pembentukan elektrod atas bersuhu rendah dalam sel bawah silikon. Pendekatan yang dilakukan bagi isu terowong simpang adalah menghasilkan terowong simpang yang menggunakan bahan yang kurang toksik dan menggunakan peralatan dan kaedah yang lebih ringkas. Kemudian, terowong simpang dianalisis dengan pencirian rintangan keping. Ukuran kedalaman simpang disimulasi menggunakan perisian DiffCad berdasarkan nilai rintangan keping eksperimen. Lapisan jenis-p yang terhasil pada suhu 750 ℃ dalam 60 saat dan lapisan jenis-n yang dihasilkan pada suhu 850 ℃ selama 5 minit telah dipilih berdasarkan eksperimen dan simulasi kerana mempunyai nilai ketumpatan resapan melebihi 1019 cm-3 dan kedalaman simpang menghampiri 10 – 20 nm. Seterusnya, bagi isu elektrod yang difabrikasi pada suhu yang tinggi pula, pendekatan yang dilakukan adalah menghasilkan gabungan logam sebagai elektrod atas bersuhu rendah yang mampu menghasilkan rintangan yang rendah. Sifat morfologi, optik dan elektrik bagi gabungan elektrod tersebut telah dikaji. Analisis lapisan filem nipis perovskit telah mendapati perbezaan kepekatan larutan perovskit telah memberi kesan kepada kekasaran permukaan dan saiz kristal yang terhasil walaupun nilai jurang jalur adalah 1.54 eV. Saiz kristal menjadi lebih besar dan permukaan menjadi lebih rata apabila kepekatan ditingkatkan. Namun, masih terdapat liang jejarum dan ketidaksamaan melitupi permukaan substrat apabila filem nipis perovskit dimendapkan secara langsung di atas wafer silikon. Selain itu, isu tahap kerintangan yang tinggi dan kekonduksian yang rendah menyebabkan keperluan lapisan terowong simpang yang baik untuk mengatasi isu ini. Resapan aluminium dan asid fosforik mampu menjadi alternatif bagi teknik pendopan terowong simpang silikon jenis homo-simpang yang mudah dalam sel tandem monolitik perovskit-silikon. Manakala, gabungan logam nikel dan polimer argentum menjadi alternatif sebagai elektrod atas yang difabrikasi pada suhu yang rendah bagi sel bawah silikon dalam struktur sel tandem mekanikal. Elektrod polimer argentum/nikel mempunyai tahap transmisi yang tinggi iaitu 7.4 % lebih tinggi berbanding elektrod argentum yang difabrikasi pada suhu yang tinggi. Selain itu, rintangan siri bagi elektrod polimer argentum/nikel adalah 65.6 % lebih rendah berbanding elektrod argentum yang difabrikasi pada suhu 900 ℃. Elemen logam nikel dalam struktur elektrod atas polimer argentum/nikel juga memberikan perlindungan daripada kesan kelembapan yang boleh menganggu prestasi sel suria. Kesimpulannya, pembentukan terowong dengan bahan kurang toksik dan cara yang ringkas serta elektrod yang berintangan rendah telah berjaya dihasilkan dalam kajian ini.