Atom Probe Studi tomografia sul Cu (In, Ga) se<sub> 2</sub> Bordi di grano
Summary
In questo lavoro, si descrive l'uso della tecnica tomografia atomo-sonda per studiare i bordi grano dello strato assorbitore in una cella solare CIGS. Un nuovo approccio per preparare le punte della sonda atomo contenenti il bordo di grano desiderata con una struttura nota è anche presentato qui.
Abstract
Rispetto alle tecniche esistenti, atomo sonda tomografia è una tecnica unica in grado di caratterizzare chimicamente le interfacce interne alla nanoscala e in tre dimensioni. Anzi, APT possiede elevata sensibilità (dell'ordine di ppm) e ad alta risoluzione spaziale (sub nm).
Notevoli sforzi sono stati fatti qui per preparare una punta APT che contiene il bordo di grano desiderato con una struttura nota. Infatti, site-specific di preparazione del campione utilizzando in combinazione concentrata di litio-beam, electron backscatter diffrazione, e microscopia elettronica a trasmissione viene presentato in questo lavoro. Questo metodo permette di bordi di grano selezionate con una struttura nota e la posizione in Cu (In, Ga) Se due film sottili per essere studiati da tomografia atomo sonda.
Infine, discuteremo i vantaggi e gli svantaggi di usare la sonda tecnica di tomografia atomo di studiare i bordi di grano in Cu (In, Ga) Se 2 celle solari a film sottile.
Introduction
Celle solari a film sottile basati sulla calcopirite strutturato semiconduttori composti di Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) come il materiale assorbitore sono in fase di sviluppo per più di due decenni a causa della loro elevata efficienza, resistenza alla radiazione, stabile a lungo termine prestazioni e bassi costi di produzione 1-3. Queste celle solari possono essere fabbricate con solo poco consumo di materiale a causa delle proprietà favorevoli ottiche dello strato assorbitore CIGS, ovvero un bandgap diretto e un elevato coefficiente di assorbimento 1,2. Film assorbitore di pochi micrometri di spessore sono sufficienti a generare un elevato fotocorrente. Poiché i percorsi di diffusione dei portatori di carica fotogenerati agli elettrodi sono relativamente brevi, assorbitori CIGS possono essere prodotti in forma policristallina. L'efficienza massima di un Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) cella solare realizzato finora è 20,4% 4, che è il valore più alto tra tutte le celle solari a film sottile.
ove_content "> Per stabilire ulteriormente la tecnologia fotovoltaica a film sottile CIGS, sia la riduzione dei costi di produzione e il miglioramento dell'efficienza delle celle solari sono essenziali. Quest'ultimo è fortemente dipendente dalla microstruttura e la composizione chimica dello strato di assorbitore CIGS. Interfacce interne, in particolare i bordi di grano (GBS) entro l'assorbitore, gioca un ruolo fondamentale, in quanto possono influenzare il trasporto di portatori di carica fotogenerati.Uno dei principali problemi irrisolti per quanto riguarda le celle solari CIGS è la natura benigna di CIGS GB, cioè policristallino CIGS film assorbitore producono efficienze delle celle in sospeso, nonostante una elevata densità di GBS e reticolo difetti.
Diversi autori hanno studiato GB in CIGS film solar-grade rispetto alle loro proprietà elettriche 5,6, carattere e misorientation 7-9 così come impurità segregazione 10-13. Tuttavia, un chiaro legame tra questi Propertieses potrebbe essere stabilito fino ad ora. In particolare, vi è una sostanziale mancanza di informazioni circa la composizione chimica locale e contenuto di impurità del GB.
Negli ultimi due decenni, Atom Probe Tomography (APT) è emerso come uno dei più promettenti tecniche di nano-analitiche 14-17. Fino a tempi recenti studi APT di celle solari sono state in gran parte limitato da difficoltà nel processo di preparazione del campione e la limitata capacità di analizzare materiali semiconduttori che utilizzano sonde atomo pulsata tensione convenzionali. Queste restrizioni sono state in gran parte superato dallo sviluppo del 'metodo lift-out' sulla base di un fascio ionico (FIB) fresatura mirata 18 e l'introduzione del laser pulsato APT 16. Diversi articoli sulla caratterizzazione APT di celle solari CIGS sono state pubblicate 19-23, che sono fortemente incoraggiante per ulteriori indagini.
Questo documento fornisce una linea guida su come studiare interna interfaces in CIGS a film sottile celle solari da parte della sonda tecnica di tomografia atomo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nel presente lavoro, abbiamo presentato i risultati APT su un HAGB casuale in CIGS, un materiale semiconduttore composto utilizzato per applicazioni fotovoltaiche. Inoltre, abbiamo anche dimostrato che l'APT in combinazione con tecniche complementari, come EBSD e TEM, è un potente strumento per chiarire le proprietà di struttura-composizione relazione per le celle solari CIGS. Purtroppo, la correlazione tra APT e EDX / EELS in TEM non era possibile perché in primo luogo, EDX / EELS non ha una risoluzione sufficie…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è fondata dal tedesco Research Foundation (DFG) (Contratto CH 943/2-1). Gli autori desiderano ringraziare Wolfgang Dittus, e Stefan Paetel dal Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg per la preparazione dello strato di assorbitore CIGS per questo lavoro.
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