घन पर जांच एटम टोमोग्राफी स्टडीज (में, गा) से<sub> 2</sub> अनाज सीमाएँ
Summary
इस काम में, हम एक CIGS सौर सेल में अवशोषक परत की सीमाओं को अनाज का अध्ययन करने के लिए परमाणु जांच टोमोग्राफी तकनीक के उपयोग का वर्णन. एक ज्ञात संरचना के साथ वांछित सीमा अनाज युक्त परमाणु सुझाव जांच को तैयार करने के लिए एक उपन्यास दृष्टिकोण भी यहां प्रस्तुत किया है.
Abstract
विद्यमान तकनीकों के साथ तुलना में, परमाणु जांच टोमोग्राफी रासायनिक nanoscale पर और तीन आयामों में आंतरिक इंटरफेस विशेषताएँ करने में सक्षम एक अनोखी तकनीक है. दरअसल, एपीटी उच्च संवेदनशीलता (पीपीएम के क्रम में) और उच्च स्थानिक संकल्प (उप एनएम) के पास.
काफी प्रयास एक ज्ञात संरचना के साथ वांछित सीमा अनाज होता है जो एक एपीटी टिप तैयार करने के लिए यहाँ किया गया. दरअसल, साइट विशेष नमूना तैयार करने का उपयोग करते हुए ध्यान केंद्रित आयन बीम, इलेक्ट्रॉन backscatter विवर्तन, और ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी संयुक्त इस काम में प्रस्तुत किया है. इस विधि घन में जाना जाता संरचना और स्थान (में, गा) से परमाणु जांच टोमोग्राफी द्वारा अध्ययन किया जा करने के लिए 2 पतली फिल्मों के साथ चयनित अनाज सीमाओं की अनुमति देता है.
अंत में, हम घन में अनाज की सीमाओं (गा, में) से 2 पतली फिल्म सौर कोशिकाओं का अध्ययन करने के लिए परमाणु जांच टोमोग्राफी तकनीक का उपयोग करने के फायदे और कमियों पर चर्चा की.
Introduction
अवशोषक सामग्री के रूप में chalcopyrite संरचित मिश्रित अर्धचालक घन (में, गा) से 2 (CIGS) पर आधारित पतली फिल्म सौर कोशिकाओं की वजह से उनके उच्च दक्षता, विकिरण कठोरता, लंबे समय तक स्थिर से अधिक दो दशकों के लिए विकास के तहत किया गया है प्रदर्शन, और कम उत्पादन 1-3 खर्च होती है. ये सौर कोशिकाओं अर्थात् CIGS अवशोषक परत के अनुकूल ऑप्टिकल गुण, एक प्रत्यक्ष bandgap और एक उच्च अवशोषण गुणांक 1,2 के कारण ही छोटे माल की खपत के साथ निर्मित किया जा सकता है. मोटाई में केवल कुछ micrometers के अवशोषक फिल्मों के एक उच्च photocurrent उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त हैं. इलेक्ट्रोड को photogenerated चार्ज वाहक प्रसार रास्तों अपेक्षाकृत कम हैं, CIGS अवशोषक polycrystalline रूप में उत्पादन किया जा सकता है. एक घन मीटर की अधिकतम क्षमता (गा, में) से 2 अब तक हासिल की (CIGS) सौर सेल सभी पतली फिल्म सौर कोशिकाओं के बीच उच्चतम मूल्य है जो 20.4% 4, है.
ove_content "> आगे दोनों के उत्पादन लागत में कमी और सौर सेल दक्षता में वृद्धि जरूरी है. उत्तरार्द्ध CIGS अवशोषक परत के microstructure और रासायनिक संरचना पर निर्भर है. आंतरिक इंटरफेस, CIGS पतली फिल्म फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी की स्थापना करने के लिए, अवशोषक के भीतर विशेष रूप से अनाज की सीमाओं (जीबीएस) में, वे photogenerated चार्ज वाहक परिवहन प्रभावित कर सकते हैं, के रूप में एक निर्णायक भूमिका निभाते हैं.CIGS सौर कोशिकाओं के संबंध में मुख्य अनसुलझे मुद्दों में से एक CIGS जीबीएस के सौम्य स्वभाव है, यानी polycrystalline CIGS अवशोषक फिल्मों जीबीएस और जाली दोष के एक उच्च घनत्व के बावजूद बकाया सेल क्षमता उपज.
कई लेखकों को अपने बिजली के गुणों 5,6, चरित्र और misorientation 7-9 के साथ ही अशुद्धता अलगाव 10-13 के लिए सम्मान के साथ सौर ग्रेड CIGS फिल्मों में जीबीएस का अध्ययन किया. इन properti के बीच हालांकि, कोई स्पष्ट लिंकतों अब तक स्थापित किया जा सकता है. विशेष रूप से, स्थानीय रासायनिक संरचना और जीबीएस की अशुद्धता सामग्री के बारे में जानकारी का एक बड़ा कमी है.
पिछले दो दशकों में, जांच एटम टोमोग्राफी (एपीटी) होनहार नैनो विश्लेषणात्मक तकनीकों 14-17 में से एक के रूप में उभरा है. अभी हाल तक सौर कोशिकाओं की एपीटी पढ़ाई काफी हद तक नमूना तैयार करने की प्रक्रिया में कठिनाइयों और पारंपरिक स्पंदित वोल्टेज परमाणु जांच का उपयोग अर्धचालक सामग्री का विश्लेषण करने की सीमित क्षमता से प्रतिबंधित कर दिया गया है. इन प्रतिबंधों को काफी हद तक के विकास से दूर किया गया है 'लिफ्ट से बाहर विधि' केंद्रित आयन बीम (मिथ्या) मिलिंग 18 और 16 एपीटी स्पंदित लेजर की शुरूआत पर आधारित है. CIGS सौर कोशिकाओं की एपीटी लक्षण वर्णन के बारे में कई पत्र दृढ़ता से आगे की जांच के लिए प्रोत्साहित कर रहे हैं, जो 19-23 प्रकाशित किया गया है.
इस पत्र मैं आंतरिक अध्ययन करने के लिए एक दिशानिर्देश देता हैपरमाणु जांच टोमोग्राफी तकनीक द्वारा CIGS में nterfaces पतली फिल्म सौर कोशिकाओं.
Protocol
Representative Results
Discussion
वर्तमान काम में, हम CIGS, फोटोवोल्टिक आवेदन के लिए इस्तेमाल एक मिश्रित अर्धचालक सामग्री में एक यादृच्छिक HAGB पर एपीटी परिणाम प्रस्तुत किया है. इसके अलावा, हम भी इस तरह के EBSD और मंदिर के रूप में पूरक तकनीकों, क?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम में जर्मन रिसर्च फाउंडेशन (DFG) (अनुबंध सीएच 943/2-1) द्वारा स्थापित किया गया है. लेखकों को इस काम के लिए CIGS अवशोषक परत की तैयारी के लिए ज़ेनट्रूम फर Sonnenenergie-अंड Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg से वोल्फगैंग Dittus, और स्टीफन Paetel धन्यवाद देना चाहूंगा.
Referências
- Stanbery, B. J. Copper indium selenides and related materials for photovoltaic devices. Crit. Rev. Solid State. 27, 73-117 (2002).
- Kemell, M., Ritala, M., Leskelä, M. Thin film deposition methods for CuInSe2 solar cells. Crit. Rev. Solid State. 30, 1-31 (2005).
- Kazmerski, L. L. Solar photovoltaics R&D at the tipping point: a 2005 technology overview. J. Electron Spectrosc. 150 (2-3), 105-135 (2006).
- Sadewasser, S., Glatzel, T., Schuler, S., Nishiwaki, S., Kaigawa, R., Lux-Steiner, M. C. Kelvin probe force microscopy for the nano scale characterization of chalcopyrite solar cell materials and devices. Thin Solid Films. 431-432, 257-261 (2003).
- Jiang, C. S., Noufi, R., AbuShama, J. A., Ramanathan, K., Moutinho, H. R., Pankow, J., Al-Jassim, M. M. Local built-in potential on grain boundary of Cu(In,Ga)Se2 thin-films. Appl. Phys. Lett. 84, 3477-1-3477-3 (2004).
- Abou-Ras, D., Koch, C. T., Küstner, V., van Aken, P. A., Jahn, U., Contreras, M. A., Caballero, R., Kaufmann, C. A., Scheer, R., Unold, T., Schock, H. W. Grain-boundary types in chalcopyrite-type thin films and their correlations with film texture and electrical properties. Thin Solid Films. 517, 2545-2549 (2009).
- Nichterwitz, M., Abou-Ras, D., Sakurai, K., Bundesmann, J., Unold, T., Scheer, R., Schock, H. W. Influence of grain boundaries on current collection in Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. Thin Solid Films. 517, 2554-2557 (2009).
- Abou-Ras, D., Schorr, S., Schock, H. W. Grain sizes and grain boundaries in chalcopyrite-type thin films. J. Appl. Cryst. 40, 841-848 (2007).
- Niles, D. W., Al-Jassim, M., Ramanathan, K. Direct observation of Na and O impurities at grain surfaces of CuInSe2 thin films. J. Vac. Sci. Technol. A. 17, 291-296 (1998).
- Rockett, A., Granath, K., Asher, S., Al Jassim, M. M., Hasoon, F., Matson, R., Basol, B., Kapur, V., Britt, J. S., Gillespie, T., Marshall, C. Na incorporation in Mo and CuInSe2 from production processes. Sol. Energy. 59, 255-264 (1999).
- Heske, C., Eich, D., Fink, R., Umbach, E., Kakar, S., van Buuren, T., Bostedt, C., Terminello, L. J., Grush, M. M., Callcott, T. A., Himpsel, F. J., Ederer, D. L., Perera, R. C. C., Riedl, W., Karg, F. Localization of Na impurities at the buried CdS/Cu(In, Ga)Se2 heterojunction. Appl. Phys. Lett. 75, 2082-2084 (1999).
- Braunger, D., Hariskos, D., Bilger, G., Rau, U., Schock, H. W. Influence of Na on the growth of polycrystalline Cu(In,Ga)Se2 thin films. Thin Solid Films. 361, 161-166 (2000).
- Cerezo, A., Godfrey, T. J., Sijbrandij, S. J., Smith, G. D. W., Warren, P. J. Performance of an energy-compensated three-dimensional atom probe. Rev. Sci. Instrum. 69, 49-58 .
- Blavette, D., Bostel, A., Sarrau, J. M., Deconihout, B., Menand, A. An atom-probe for three dimensional tomography. Nature. 363, 432-435 (1993).
- Gault, B., Vurpillot, F., Vella, A., Gilbert, M., Menand, A., Blavette, D., Deconihout, B. Design of a femtosecond laser assisted tomographic atom probe. Rev. Sci. Instrum. 77, 043705-1-043705-8 (2006).
- Kelly, T. F., Miller, M. K. Atom probe tomography. Rev. Sci. Instrum. 78, 031101-1-031101-20 (2007).
- Thompson, K., Lawrence, D., Larson, D. J., Olson, J. D., Kelly, T. F., Gorman, B. In situ site-specific specimen preparation for atom probe tomography. Ultramicroscopy. 107 (2-3), 131-139 (2007).
- Cadel, E., Barreau, N., Kessler, J., Pareige, P. Atom probe study of sodium distribution in polycristalline Cu(In,Ga)Se2 thin film. Acta Material. 58, 2634-2637 (2010).
- Schlesiger, R., Oberdorfer, C., Würz, R., Greiwe, G., Stender, P., Artmeier, M., Pelka, P., Spaleck, F., Schmitz, G. Design of a laser-assisted tomographic atom probe at Münster University. Rev. Sci. Instr. 81, 043703 (2010).
- Cojocaru-Mirédin, O., Choi, P., Abou-Ras, D., Schmidt, S. S., Caballero, R., Raabe, D. Characterization of grain boundaries in Cu(In,Ga)Se2 films using atom-probe tomography. IEEE J. Photovolt. 1 (2), 207-212 (2011).
- Cojocaru-Mirédin, O., Choi, P., Wuerz, R., Raabe, D. Atomic-scale characterization of the CdS/CuInSe2 interface in thin-film solar cells. Appl. Phys. Lett. 98, 103504-1-103504-3 (2011).
- Couzinie-Devy, F., Cadel, E., Barreau, N., Arzel, L., Pareige, P. Atom probe study of Cu-poor to Cu-rich transition during Cu(In,Ga)Se2 growth. Appl. Phys. Lett. 99, 232108-1-232108-3 (2011).
- Voorwinden, G., Jackson, P., Kniese, R., Powalla, M. In-line Cu(In,Ga)Se2 co-evaporation process on 30 cm x 30 cm substrates with multiple deposition stages. , 2115-2118 (2007).
- Miller, M. K., Russell, K. F., Thompson, K., Alvis, R., Larson, D. J. Review of atom probe FIB-based specimen preparation methods. Microscopy Microanal. 13 (6), 428-436 (2007).
- J, D. Modeling image distortions in 3DAP. Microscopy and Microanalysis. 10 (3), 384-390 (2008).
- Kellog, G. L. Determining the field emitter temperature during laser irradiation in the pulsed laser atom probe. J. Appl. Phys. 52, 5320 (1981).
- . . IVASTM 3.6.2 User Guide 2012. , (2012).
- Persson, C., Zunger, A. Compositionally induced valence-band offset at the grain boundary of polycrystalline chalcopyrites creates a hole barrier. Appl. Phys. Lett. 87, 211904-1-211904-3 (2005).
- Zhang, S. B., Wei, S. -. H., Zunger, A., Katayama-Yoshida, H. Defect physics of the CuInSe2 chalcopyrite semiconductor. Phys. Rev. B. 57, 9642-9656 (1998).
- Cahn, J. W., Johnson, W. C., Blakely, J. M. . Interfacial Segregation. , 3-23 (1979).
- Miller, M. K., Jayaram, R. Some factors affecting analysis in atom probe. Surf. Sci. 266, 458-462 (1992).
- Wuerz, R., Eicke, A., Kessler, F., Paetel, S., Efimenko, S., Schlegel, C. CIGS thin-film solar cells and modules on enamelled steel substrates. Sol. Energy. 100, 132-137 (2012).
- De Geuser, F., Lefebvre, W., Danoix, F., Vurpillot, F., Forbord, B., Blavette, D. An improved reconstruction procedure for the correction of local magnification effects in three-dimensional atom-probe. Surf. Interf. Anal. 39, 268-272 (2007).
- Kingham, D. R. The post-ionization of field evaporated ions: A theoretical explanation of multiple charge states. Surf. Sci. 116, 273-301 (1982).
- Letellier, L. . Etude des joints de grains et interphases dans les superalliages Astroloy par microscopie electronique et tomographie atomique [dissertation]. , (1994).
- Hoummada, I., Mangelinck, K., Chow, D., Lee, J., Bernardini, Original methods for diffusion measurements in polycrystalline thin-films. Defect and Diffusion Forum. 322, 129-150 (2012).
