Atomsondentomographie Studien über die Cu (In, Ga) Se<sub> 2</sub> Grain Boundaries
Summary
In dieser Arbeit beschreiben wir die Verwendung der Atom-Sonde Tomographie Technik für die Untersuchung der Korngrenzen der Absorberschicht in einer CIGS-Solarzelle. Ein neuartiger Ansatz, um die Atomsonde Tipps, die das gewünschte Korngrenzen mit einer bekannten Struktur vorzubereiten ist auch hier vorgestellt.
Abstract
Im Vergleich zu den existierenden Techniken ist Atomsondentomographie eine einzigartige Technik in der Lage, chemisch zu charakterisieren die internen Schnittstellen im Nanobereich und in drei Dimensionen. Tatsächlich besitzt APT hohe Empfindlichkeit (in der Größenordnung von ppm) und hohe räumliche Auflösung (sub nm).
Erhebliche Anstrengungen wurden hier, um eine APT Spitze, die das gewünschte Korngrenzen mit einer bekannten Struktur enthält vorzubereiten getan. Tatsächlich ortsspezifische Probenvorbereitung mit kombinierten konzentriert-Ionen-, Elektronen Backscatter Beugung und Transmissions-Elektronenmikroskopie wird in dieser Arbeit vorgestellt. Diese Methode ermöglicht es ausgewählt Korngrenzen mit einer bekannten Struktur und Lage in Cu (In, Ga) Se 2-Dünnschichten durch Atomsondentomographie untersucht werden.
Schließlich diskutieren wir die Vor-und Nachteile der Verwendung des Atomsondentomographie Technik, um die Korngrenzen in Cu (In, Ga) Se 2-Dünnschicht-Solarzellen zu studieren.
Introduction
Dünnschicht-Solarzellen auf der Chalkopyrit-strukturierten Verbindungshalbleiter Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) als Absorbermaterial Basis haben in der Entwicklung für mehr als zwei Jahrzehnten wegen ihrer hohen Effizienz, Strahlungshärte, langfristig stabile gewesen Leistung und niedrigen Produktionskosten 1-3. Diese Solarzellen mit nur wenig Materialverbrauch aufgrund der guten optischen Eigenschaften des CIGS Absorberschicht, nämlich eine direkte Bandlücke und einen hohen Absorptionskoeffizienten 1,2 hergestellt werden. Absorber Filme von nur wenigen Mikrometern Dicke ausreichend sind, um eine hohe Photostrom zu erzeugen. Da die Diffusionswege photogenerierter Ladungsträger zu den Elektroden relativ kurz sind, kann CIGS-Absorber in polykristalliner Form hergestellt werden. Der maximale Wirkungsgrad einer Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) Solarzellen bisher erreichten 20,4% 4, das der höchste Wert unter allen Dünnschicht-Solarzellen.
ove_content "> weiter zu etablieren die CIGS-Dünnschicht-Photovoltaik-Technologie, sowohl die Senkung der Produktionskosten und die Steigerung der Wirkungsgrad der Solarzellen sind unerlässlich. Letzteres ist stark abhängig von der Mikrostruktur und die chemische Zusammensetzung der CIGS-Absorberschicht. Interne Schnittstellen, insbesondere Korngrenzen (GBS) im Absorber, spielen eine zentrale Rolle, da sie den Transport von Ladungsträgern durch Licht beeinflusst.Eine der wichtigsten offenen Fragen in Bezug auf CIGS-Solarzellen ist die gutartige Natur des CIGS GB, Ausbeute dh polykristallinen CIGS-Absorber Filme herausragende Wirkungsgrade trotz einer hohen Dichte von GB und Gitterfehler.
Mehrere Autoren untersuchten GBs in solar-grade CIGS Filme hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften 5,6, Charakter und Fehlorientierung 7-9 sowie 10-13 Verunreinigung Segregation. Jedoch keine klare Verbindung zwischen diesen properties könnte so weit aufgebaut werden. Insbesondere gibt es einen erheblichen Mangel an Informationen über die lokalen chemischen Zusammensetzung und Gehalt an Verunreinigungen der GB.
In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat Atomsondentomographie (APT) als einer der vielversprechenden nano-analytischen Techniken 14-17 entstanden. Bis vor kurzem APT Studien von Solarzellen wurden weitgehend durch Schwierigkeiten bei der Probenvorbereitung und der begrenzten Fähigkeit zur Analyse von Halbleitermaterialien mit konventionellen gepulsten Spannung Atom Sonden beschränkt. Diese Beschränkungen wurden weitgehend von der Entwicklung der Überwindung der "lift-out-Verfahren" auf der Grundlage fokussierten Ionenstrahl (FIB) Fräsen 18 und die Einführung der gepulsten Laser APT 16. Mehrere Zeitungen über APT Charakterisierung von CIGS-Solarzellen wurden 19-23 veröffentlicht, welche stark ermutigend für weitere Untersuchungen.
Dieser Beitrag gibt einen Leitfaden, wie man studieren internen iCHNITTSTELLEN in CIGS-Dünnschicht-Solarzellen durch die Atomsondentomographie Technik.
Protocol
Representative Results
Discussion
In der aktuellen Arbeit haben wir APT Ergebnisse auf einer zufälligen HAGB in CIGS, eine Verbindung Halbleitermaterial für Photovoltaik-Anwendung vorgestellt. Darüber hinaus haben wir auch gezeigt, dass APT in Verbindung mit komplementären Techniken, wie EBSD und TEM, ein leistungsfähiges Werkzeug, um die Struktur-Zusammensetzung Eigenschaften Beziehung für die CIGS-Solarzellen aufzuklären ist. Leider war die Korrelation zwischen APT und EDX / EELS in TEM nicht möglich, weil erstens hat EDX / EELS nicht ausreich…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) (Contract CH 943/2-1) gegründet. Die Autoren bedanken sich bei Wolfgang Dittus und Stefan Paetel vom Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg danke für die Herstellung der CIGS Absorberschicht für diese Arbeit.
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