Jonskiktsgasreaktion
Jonskiktsgasreaktion (ILGAR®) är en icke-vakuum, tunnfilmsavsättningsteknik utvecklad och patenterad av gruppen av professor Dr. Christian-Herbert Fischer vid Helmholtz-Zentrum Berlin för material och energi i Berlin, Tyskland. Det är en sekventiell och cyklisk process som möjliggör avsättning av tunna halvledarfilmer, huvudsakligen för (även om det inte är begränsat till) fotovoltaiska applikationer, speciellt kobberkisabsorberande skikt och buffertskikt. ILGAR-tekniken belönades som tysk högteknologisk mästare 2011 av Fraunhofer Society .
ILGAR är en kemisk process som möjliggör avsättning av skikt i en homogen, vidhäftande och mekaniskt stabil form utan att använda vakuum eller höga temperaturer. Det är en sekventiell och cyklisk process som kan automatiseras och skalas upp. Den består i princip av följande steg:
- Applicering av en prekursorlösning på ett substrat genom doppning (Dip-ILGAR) eller sprutning (Spray ILGAR).
- Reaktion av det torra fasta prekursorskiktet med en vätekalkogenidgas .
Dessa steg upprepas tills önskad skikttjocklek erhålls.
I fallet med spray-ILGAR utförs sprayavsättningen av jonskiktet med liknande utrustning som aerosolassisterad kemisk ångavsättning eller spraypyrolys.
Spraypyrolys kan betraktas som en förenklad version av spray-ILGAR-processen, där det inte sker någon reaktion mellan prekursorskiktet och en reaktantgas.
Den cykliska karaktären hos denna process gör att den liknar atomlagerdeposition (ALD), som också används för buffertlagerdeposition.
Ansökningar
Tillämpningarna av ILGAR och spray-pyrolystekniker vid Helmholtz-Zentrum Berlin ligger huvudsakligen inom området för tunnfilmssolceller av tunnfilm, även om dessa tekniker kan användas för andra applikationer som involverar substratbeläggning med tunna filmer. Följande lista sammanfattar tillämpningarna av dessa tekniker:
- Buffertskikt för tunnfilmsbaserade tunnfilmsenheter: Ersättning av standard CdS med ekologiskt mer fördelaktiga material (In 2 S 3 , Zn(O,S) etc.) avsatt med Spray-ILGAR på olika absorberande material.
- Nano-dots-passiveringsskikt: nanodots kan deponeras på ett kontrollerat sätt med hjälp av spray ILGAR-tekniken. ZnS-nanodots har använts som passiveringslager-punktkontaktbuffertlager i kopparbaserade tunnfilmssolceller. Dessa prickar (5–10 nm i diameter) fungerar som ett passiveringsskikt vid gränssnittet mellan absorbator och buffert, vilket i vissa fall resulterar i en effektivitetsökning på upp till 2 % absolut.
- Al 2 O 3 barriärskikt: Tunnfilmssolcellsmoduler på metalliska substrat som stålfolie behöver ett barriärskikt mellan substrat och Mo-bakkontakt för elektrisk isolering och för att förhindra en skadlig järndiffusion in i absorbatorn. Även okontrollerad natriumdiffusion från glassubstratet kan stoppas av en barriär innan man avsiktligt dopar absorbatorn med önskad mängd natrium. Al 2 O 3 skikt avsatta genom spray-pyrolys resulterar i fullt fungerande barriärskikt för de fall som anges ovan
- ZnO Fönsterskikt: högkvalitativa i-ZnO-fönsterskikt har odlats genom spraypyrolys och utgör en möjlig ersättning av de standardförstoftade i-ZnO-skikten.
- Kalkopisabsorberande skikt: Spray-ILGAR är en lågtemperaturteknik som möjliggör tillväxt av kopparkisabsorberande skikt som CuInS 2 och Cu(In,Ga)S 2 . Spray-ILGAR CuInS 2 lager kan användas som absorbatorer i tunnfilmssolceller.
- Ytbeläggning: Ytbeläggning av keramik, metall, glas och till och med plast för katalytiska ändamål samt korrosionsskydd, antistatiskt eller mekaniskt skydd är genomförbart med ILGAR-tekniken.
ILGAR som ersättning för kemisk baddeponering
Fördelen med ILGAR jämfört med kemisk baddeposition (CBD) ligger i det faktum att det är lättare att deponera högkvalitativa prekursorlager och omvandla dem till kalkogeniden än att direkt deponera kalkogenidtunna filmer. Det är också möjligt att odla filmer med graderade egenskaper eller sammansättningar genom att ändra prekursorerna eller processparametrarna. Dessutom är ILGAR en in-line-process medan kemisk badavsättning i sig är en satsvis process .