Summary

Estudios de tomografía sonda atómica en el Cu (In, Ga) de Se<sub> 2</sub> Los límites de grano

Published: April 22, 2013
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Summary

En este trabajo, se describe el uso de la técnica de tomografía átomo-sonda para el estudio de los límites de grano de la capa absorbente en una célula solar CIGS. Un enfoque novedoso para preparar las puntas de las sondas que contienen el átomo de límite de grano deseado con una estructura conocida también se presenta aquí.

Abstract

En comparación con las técnicas existentes, tomografía de sonda atómica es una técnica única capaz de caracterizar químicamente las interfaces internas en la nanoescala y en tres dimensiones. En efecto, APT posee una alta sensibilidad (en el orden de ppm) y alta resolución espacial (sub nm).

Considerables esfuerzos se realizaron para preparar una punta APT que contiene el límite de grano deseado con una estructura conocida. De hecho, el sitio específico de preparación de la muestra usando combinado centrado-ion-beam, retrodispersión de difracción de electrones y microscopía electrónica de transmisión se presenta en este trabajo. Este método permite a los límites de los granos seleccionados con una estructura conocida y su ubicación en Cu (In, Ga) Se 2 películas delgadas para ser estudiados mediante tomografía sonda atómica.

Por último, se discuten las ventajas y desventajas de la utilización de la técnica de la tomografía átomo sonda para estudiar los límites de grano en Cu (In, Ga) células solares de película delgada se 2.

Introduction

Las células solares de película delgada basadas en el semiconductor compuesto calcopirita-estructurada Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) como material absorbente han estado en desarrollo durante más de dos décadas, debido a su alto rendimiento, resistencia a la radiación, estable a largo plazo rendimiento y bajos costos de producción 1-3. Estas células solares se pueden fabricar con sólo poco consumo de material debido a las favorables propiedades ópticas de la capa absorbente CIGS, a saber, una banda prohibida directa y un alto coeficiente de absorción de 1,2. Absorber películas de sólo unos pocos micrómetros de espesor son suficientes para generar una alta fotocorriente. Dado que los caminos de difusión de los portadores de carga fotogenerados a los electrodos son relativamente cortos, absorbedores de CIGS pueden ser producidos en forma policristalina. La eficiencia máxima de un Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) de células solares logrado hasta ahora es 20,4% 4, que es el valor más alto entre todas las células solares de película delgada.

ove_content "> A fin de establecer la tecnología fotovoltaica de película delgada CIGS, tanto la reducción de los costes de producción y la mejora de la eficiencia de la célula solar son esenciales. Este último depende en gran medida de la composición química y microestructura de la capa absorbente CIGS. Interfaces internas, en particular, los límites de grano (GBS) dentro del absorbedor, juega un papel fundamental, ya que pueden afectar el transporte de portadores de carga fotogenerados.

Uno de los principales asuntos por resolver con respecto a las células solares CIGS es la naturaleza benigna de CIGS GBs, es decir, policristalinos CIGS películas absorbentes dan eficiencia de las células en circulación a pesar de una alta densidad de defectos GBs y celosía.

Varios autores estudiaron GBS en películas solares CIGS-grado con respecto a sus propiedades eléctricas 5,6, carácter y desorientación 7-9, así como la segregación de impurezas 10-13. Sin embargo, no hay relación clara entre estas propertiES podría establecerse hasta ahora. En particular, hay una falta sustancial de información con respecto a la composición química local y el contenido de impurezas de la GB.

En las últimas dos décadas, la sonda atómica Tomography (APT) se ha convertido en una de las prometedoras técnicas de nano-analíticos 14-17. Hasta hace poco los estudios APT de células solares se han limitado en gran medida por las dificultades en el proceso de preparación de la muestra y la capacidad limitada de análisis de materiales semiconductores utilizando sondas atómicas pulsos de tensión convencionales. Estas restricciones se han superado en gran medida por el desarrollo del 'método de levantamiento Salida' basado en la haz de iones focalizado (FIB) de fresado 18 y la introducción del láser pulsado APT 16. Varios trabajos sobre la caracterización APT de células solares CIGS se han publicado 19 a 23, que son muy alentadores para futuras investigaciones.

Este documento ofrece una guía de cómo estudiar interna interfaces en CIGS células solares de película delgada de la sonda técnica de tomografía por átomo.

Protocol

1. CIGS capa de deposición Pulverización catódica de depósito 500 nm de molibdeno (regreso capa de contacto) sobre un sustrato de 3 mm de espesor de vidrio de soda de lima (SLG). Co-evaporar 2 micras de CIGS CIGS en un proceso de múltiples etapas en línea 24. Los CIGS obtenidos capa depositada en el contacto posterior Mo se muestra en la Figura 1. Medir la composición integral de la capa CIGS por espectrometría de fluorescencia de rayos X (XRF). La compo…

Representative Results

La figura 3 muestra una vista lateral (xz rebanada) mapa elemental de la alta aleatoria GB-ángulo (HAGB) 28,5 ° – <511> cachorro seleccionado en la Figura 2 por el método de la preparación del sitio-específica. Co-segregación de Na, K y O en una CIGS HAGB se asigna directamente usando APT. Estas impurezas más probable difunden fuera del sustrato SLG en la capa absorbente durante la deposición de la capa CIGS a ~ 600 ° C. La …

Discussion

En el presente trabajo, hemos presentado los resultados de la APT en un HAGB azar en CIGS, un material semiconductor compuesto utilizado para aplicaciones fotovoltaicas. Además, se ha demostrado también que la APT, junto con las técnicas complementarias, como EBSD y TEM, es una poderosa herramienta para dilucidar la estructura y propiedades de la composición la relación para las células solares CIGS. Desgraciadamente, la correlación entre la APT y EDX / EELS en TEM no era posible porque en primer lugar, EDX / EEL…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo es fundada por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) (Contrato CH 943/2-1). Los autores desean agradecer a Wolfgang Dittus y Stefan Paetel del Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg para la preparación de la capa absorbente de CIGS para este trabajo.

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Cojocaru-Mirédin, O., Schwarz, T., Choi, P., Herbig, M., Wuerz, R., Raabe, D. Atom Probe Tomography Studies on the Cu(In,Ga)Se2 Grain Boundaries. J. Vis. Exp. (74), e50376, doi:10.3791/50376 (2013).

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