Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne oparte na półprzewodniku Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) o strukturze chalkopirytu jako materiał absorbera są rozwijane od ponad dwóch dekad ze względu na ich wysoką wydajność, twardość promieniowania, długoterminową stabilną wydajność i niskie koszty produkcji 1-3. Te ogniwa słoneczne mogą być wytwarzane przy niewielkim zużyciu materiału dzięki korzystnym właściwościom optycznym warstwy absorbera CIGS, a mianowicie bezpośredniej przerwie energetycznej i wysokiemu współczynnikowi absorpcji 1,2. Folie absorberowe o grubości zaledwie kilku mikrometrów są wystarczające do wytworzenia dużego prądu fotologicznego. Ponieważ drogi dyfuzji fotogenerowanych nośników ładunku do elektrod są stosunkowo krótkie, absorbery CIGS mogą być produkowane w postaci polikrystalicznej. Maksymalna osiągnięta do tej pory sprawność ogniwa słonecznego Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) wynosi 20,4%44, co jest najwyższą wartością spośród wszystkich cienkowarstwowych ogniw słonecznych.
Aby dalej rozwijać technologię cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych CIGS, niezbędne jest zarówno obniżenie kosztów produkcji, jak i zwiększenie wydajności ogniw słonecznych. Ta ostatnia jest silnie uzależniona od mikrostruktury i składu chemicznego warstwy absorbera CIGS. Interfejsy wewnętrzne, w szczególności granice ziaren (GB) w absorberze, odgrywają kluczową rolę, ponieważ mogą wpływać na transport fotogenerowanych nośników ładunku.
Jednym z głównych nierozwiązanych problemów związanych z ogniwami słonecznymi CIGS jest łagodny charakter ogniw CIGS GBs, np. polikrystaliczne folie absorberowe CIGS zapewniają wyjątkową wydajność ogniw pomimo dużej gęstości GB i defektów sieciowych.
Kilku autorów badało GB w foliach CIGS klasy solarnej pod kątem ich właściwości elektrycznych 5,6, charakteru i błędnej orientacji 7-9 oraz segregacji zanieczyszczeń 10-13. Do tej pory nie udało się jednak ustalić wyraźnego związku między tymi właściwościami. W szczególności istnieje znaczny brak informacji na temat lokalnego składu chemicznego i zawartości zanieczyszczeń w GB.
W ciągu ostatnich dwóch dekad, tomografia sondy atomowej (APT) stała się jedną z obiecujących technik nanoanalitycznych 14-17. Do niedawna badania APT nad ogniwami słonecznymi były w dużej mierze ograniczone przez trudności w procesie przygotowania próbek oraz ograniczone możliwości analizy materiałów półprzewodnikowych przy użyciu konwencjonalnych sond atomowych o napięciu impulsowym. Ograniczenia te zostały w dużej mierze przezwyciężone dzięki opracowaniu metody "lift-out" opartej na frezowaniu zogniskowanej wiązki jonów (FIB) 18 oraz wprowadzeniu lasera impulsowego APT 16. Opublikowano kilka artykułów na temat charakterystyki APT ogniw słonecznych CIGS 19-23, które są bardzo zachęcające do dalszych badań.
Ten artykuł zawiera wytyczne dotyczące badania wewnętrznych interfejsów w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych CIGS za pomocą techniki tomografii sondy atomowej.