Sonde atomique études de tomographie sur le Cu (In, Ga) Se<sub> 2</sub> Frontières de grains
Summary
Dans ce travail, nous décrivons l'utilisation de la technique de tomographie sonde atomique pour étudier les joints de grains de la couche absorbante dans une cellule solaire CIGS. Une nouvelle approche pour préparer les pointes de sonde d'atome contenant le joint de grain désirée avec une structure connue est également présenté ici.
Abstract
En comparaison avec les techniques existantes, sonde atomique tomographique est une technique unique capable de caractériser chimiquement les interfaces internes à l'échelle nanométrique et en trois dimensions. En effet, APT possède une sensibilité élevée (de l'ordre de ppm) et haute résolution spatiale (sous nm).
Des efforts considérables ont été réalisés ici pour préparer une pointe APT qui contient le joint de grains désirée avec une structure connue. En effet, le site spécifique de préparation des échantillons à l'aide combinée porté-faisceau d'ions, diffraction d'électrons rétrodiffusés, et la microscopie électronique à transmission est présenté dans ce travail. Cette méthode permet de joints de grains sélectionnés avec une structure connue et la localisation dans Cu (In, Ga) Se 2 films minces pour être étudiés par sonde atomique tomographique.
Enfin, nous discutons des avantages et des inconvénients de l'utilisation de la sonde technique tomographie atome d'étudier les joints de grains dans Cu (In, Ga) Se 2 cellules solaires à couches minces.
Introduction
Cellules solaires à couches minces à base de semi-conducteur composé chalcopyrite-structuré Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) en tant que matériau absorbant ont été en développement pendant plus de deux décennies en raison de leur rendement élevé, résistance aux radiations, stable et à long terme coûte performances et faible production 1-3. Ces cellules solaires peuvent être fabriquées avec seulement peu de consommation matérielle due aux propriétés favorables optiques de la couche d'absorption CIGS, à savoir une bande interdite directe et d'un coefficient 1,2 haute absorption. films absorbants de seulement quelques micromètres d'épaisseur est suffisante pour générer une grande photoélectrique. Etant donné que les chemins de diffusion des porteurs de charge photogénérés vers les électrodes sont relativement courtes, les absorbeurs CIGS peuvent être produites sous forme polycristalline. L'efficacité maximale de Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) cellule solaire réalisé jusqu'ici est de 20,4% 4, ce qui est la valeur la plus élevée parmi toutes les cellules solaires à couches minces.
ove_content "> pour continuer à établir la technologie photovoltaïque à couche mince CIGS, à la fois la réduction des coûts de production et l'amélioration de l'efficacité des cellules solaires sont essentiels. Ce dernier est fortement dépendant de la composition de la microstructure et chimique de la couche d'absorption CIGS. interfaces internes, en particulier les joints de grains (SGB) dans l'absorbeur, jouer un rôle essentiel, car ils peuvent affecter le transport des porteurs de charge photogénérés.L'une des principales questions en suspens en ce qui concerne les cellules solaires CIGS est la nature bénigne de CIGS GBs, soit polycristallins CIGS films absorbants donnent l'efficacité des cellules en suspens malgré une forte densité de défauts ABG et treillis.
Plusieurs auteurs ont étudié l'ABG dans les films de CIGS solaire de qualité par rapport à leurs propriétés électriques 5,6, le caractère et désorientation 7-9 ainsi que les impuretés ségrégation 10-13. Toutefois, aucun lien clair entre ces properties peut être établie jusqu'à présent. En particulier, il existe un manque substantiel d'informations en ce qui concerne la composition chimique locale et la teneur en impuretés de la GBS.
Au cours des deux dernières décennies, sonde atomique tomographique (APT) a émergé comme l'une des techniques de nano-analytiques prometteurs 14-17. Jusqu'à récemment, les études APT de cellules solaires ont été largement limitées par des difficultés dans le processus de préparation de l'échantillon et de la capacité limitée de l'analyse des matériaux semi-conducteurs à l'aide de sondes atomiques d'impulsions de tension conventionnels. Ces restrictions ont été largement dépassés par le développement de la «méthode lift-out 'basé sur un faisceau d'ions focalisé (FIB) fraisage 18 et l'introduction du laser pulsé APT 16. Plusieurs articles sur la caractérisation APT des cellules solaires CIGS ont été publiés 19-23, qui sont fortement encourageant pour de plus amples investigations.
Ce document donne des lignes directrices sur la façon de l'étude interne interfaces en CIGS à couche mince des cellules solaires de la sonde technique tomographie atome.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans le travail actuel, nous avons présenté les résultats APT sur un HAGB aléatoire dans CIGS, un matériau semi-conducteur composé utilisé pour l'application photovoltaïque. Par ailleurs, nous avons également montré que l'APT en conjonction avec des techniques complémentaires telles que EPCA et TEM, est un outil puissant pour élucider la structure-composition relation des propriétés des cellules solaires CIGS. Malheureusement, la corrélation entre l'APT et EDX / anguilles dans TEM n'était…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail est fondé par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) (Contrat CH 943/2-1). Les auteurs tiennent à remercier Wolfgang Dittus, et Stefan Paetel du Zentrum für Sonnenenergie-und Forschung Wasserstoff-Baden-Württemberg pour la préparation de la couche d'absorption CIGS pour ce travail.
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