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