Name: Pomiary prądu indukowanego wiązką promieniowania rentgenowskiego do multimodalnej mikroskopii rentgenowskiej ogniw słonecznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 17 s
Description: Poznaj metodę pomiarów prądu indukowanego wiązką promieniowania rentgenowskiego (XBIC) do multimodalnej mikroskopii ogniw słonecznych. Technika ta umożliwia precyzyjną analizę lokalnej wydajności urządzeń półprzewodnikowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bardzo dziękujemy J. Garrevoetowi, M. Seyrichowi, A. Schroppowi, D. Brücknerowi, J. Hagemannowi, K. Spiersowi i T. Boese z Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) oraz A. Kolditz, J. Siebels, J. Flügge, C. Strelow, T. Kipp i A. Mews z Uniwersytetu w Hamburgu za wsparcie pomiarów na linii badawczej P06 w PETRA III, DESY; M. Holt, Z. Cai, M. Cherukara i V. Rose z Argonne National Laboratory (ANL) za wsparcie pomiarów na linii badawczej 26-ID-C w Advanced Photon Source (APS) w ANL; D. Salomon i R. Tucoulou z Europejskiego Ośrodka Promieniowania Synchrotronowego (ESRF) za wsparcie pomiarów na linii badawczej ID16B w ESRF; R. Farshchi, D. Poplavkyy i J. Bailey z MiaSolé Hi-Tech Corp. oraz E. Avancini, Y. Romanyuk, S. Bücheler i A. Tiwari ze Szwajcarskich Federalnych Laboratoriów Materiałoznawstwa i Technologii (EMPA) za dostarczenie ogniw słonecznych. Wyrażamy uznanie dla DESY (Hamburg, Niemcy), członka Stowarzyszenia Helmholtza HGF, za udostępnienie urządzeń eksperymentalnych. Wyrażamy uznanie dla Europejskiego Ośrodka Promieniowania Synchrotronowego (Grenoble, Francja) za dostarczenie urządzeń do badania promieniowania synchrotronowego. W badaniach wykorzystano zasoby Advanced Photon Source, Biura Użytkowników Nauki Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) obsługiwanego dla Biura Nauki DOE przez Argonne National Laboratory na podstawie umowy nr 1. DE-AC02-06CH11357.

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

An erratum was issued for: <a href="https://www.jove.com/t/60001/x-ray-beam-induced-current-measurements-for-multi-modal-x-ray">X-ray Beam Induced Current Measurements for Multi-Modal X-ray Microscopy of Solar Cells</a>. An equation was updated.
Equation 9 was updated from:
<img alt="Cosine product formula equation for trigonometric calculations; mathematical concept." src="/files/ftp_upload/60001/60001eq58v5.jpg" data-altupdatedat="1761830439000" data-alt="Equation">
to:
<img alt="Trigonometric identity equation: cos(a)cos(b) = 1/2[cos(a+b) + cos(a-b)]." src="/files/ftp_upload/60001/60001eq58v9.png" data-altupdatedat="1761830439000" data-alt="Equation">

An erratum was issued for: <a href="https://www.jove.com/t/60001/x-ray-beam-induced-current-measurements-for-multi-modal-x-ray">X-ray Beam Induced Current Measurements for Multi-Modal X-ray Microscopy of Solar Cells</a>. An equation&#160;was&#160;updated.

Erratum: X-ray Beam Induced Current Measurements for Multi-Modal X-ray Microscopy of Solar Cells

W świecie, w którym zapotrzebowanie na energię elektryczną stale rośnie, coraz bardziej potrzebne jest czyste i zrównoważone źródło energii. Jedną z możliwości sprostania tym wymaganiom są systemy fotowoltaiczne (PV)1,2,3. Aby uzyskać ukierunkowany i efektywny sposób opracowywania ogniw słonecznych nowej generacji, konieczne jest zrozumienie, w jaki sposób skład i struktura ogniw słonecznych wpływają na ich wydajność4. Typowe pytania dotyczące rozwoju ogniw słonecznych obejmują: Które rodzaje defektów są najbardziej szkodliwe i gdzie się znajdują5,6? Czy występują niejednorodności w rozkładzie pierwiastków i jaki jest ich wpływ7,8,9? Jak zmieniają się ogniwa słoneczne po montażu i starzeniu się modułu10,11?
Ponieważ ogniwo słoneczne jest tak dobre, jak jego najsłabsza część, szczególnie ważne jest zrozumienie wpływu różnic składowych i strukturalnych na wydajność polikrystalicznych ogniw słonecznych, które z natury cierpią z powodu niejednorodności7,8. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku cienkowarstwowych ogniw słonecznych (TF), które zawierają warstwy absorbera o rozmiarach krystalitów w zakresie mikrometrów. W tym przypadku wpływ granic ziaren ziarna na wydajność jest najbardziej interesujący, ale ich niewielkie rozmiary i fakt, że są zakopane w całym stosie warstw, stanowią wyjątkowe wyzwanie w charakterystyce. Co więcej, złożona chemia wieloskładnikowych warstw absorbera ze współistniejącymi fazami i wewnętrznymi gradientami wymaga zaawansowanych metod charakteryzacji12.
Mikroskopy rentgenowskie oparte na synchrotronie są w stanie sprostać wyzwaniom związanym z charakteryzacją ogniw słonecznych TF: dostarczają plamki rentgenowskiej o rozmiarach aż do skali nanometrów13,14,15,16 a głębokość penetracji twardego promieniowania rentgenowskiego pozwala na badanie różnych warstw urządzenia17, w tym zakopane warstwy absorbera. Dzięki bogactwu różnych technik pomiarowych w skaningowym mikroskopie rentgenowskim, możliwe staje się jednoczesne badanie nie jednego, ale wielu różnych aspektów ogniw słonecznych w ramach pomiarów multimodalnych i korelowanie obserwowanych cech. Na przykład pomiary prądu indukowanego wiązką promieniowania rentgenowskiego (XBIC) zostały z powodzeniem połączone z fluorescencją rentgenowską (XRF)7,18,19, luminescencją optyczną wzbudzoną promieniowaniem rentgenowskim (XEOL)20,21, oraz dyfrakcją promieniowania rentgenowskiego (XRD)22, aby skorelować parametry elektryczne ze składem, wydajnością optyczną i strukturą, odpowiednio23.
Podczas pomiarów XBIC ogniw słonecznych lub innych testowanych urządzeń (DUT)24,25, padające fotony rentgenowskie wywołują deszcze cząstek składające się z elektronów i fotonów, co skutkuje mnóstwem wzbudzonych par elektron-na padający foton promieniowania rentgenowskiego w półprzewodnikowym materiale absorbera. Na koniec pary elektron-termalizują się do krawędzi pasma absorbera ogniw słonecznych. Dlatego te nośniki ładunku wzbudzone promieniowaniem rentgenowskim mogą być traktowane jak nośniki ładunku, które są generowane przez absorpcję fotonów o energiach tuż nad pasmem wzbronionym podczas normalnej pracy ogniwa słonecznego, a wynikowy prąd lub napięcie można zmierzyć jako prąd indukowany wiązką promieniowania rentgenowskiego23,26,27 lub napięcie (XBIV)28,29 podobne do bardziej powszechnych pomiarów, takich jak prąd indukowany wiązką elektronów (EBIC) lub prąd indukowany wiązką laserową (LBIC). W związku z tym sygnał XBIC/XBIV zależy nie tylko od grubości warstwy absorbera, ale także od parametrów elektrycznych testowanego urządzenia, zarówno na poziomie mikroskopowym, jak i makroskopowym, w tym od lokalnej przerwy energetycznej, rozszczepienia na poziomie Fermiego i rekombinacji. W ten sposób jesteśmy w stanie odwzorować lokalne zmiany wydajności zbierania nośnika ładunku, która jest definiowana jako prawdopodobieństwo, że zewnętrznie wzbudzona para elektron-w warstwie absorbera zostanie zebrana na stykach elektrycznych testowanego urządzenia.
Zauważ, że tylko pary elektron-, które są generowane w warstwie absorbera testowanego urządzenia, przyczyniają się do sygnału XBIC/XBIV. Nośniki ładunku wytworzone w innych warstwach, takich jak metalowe styki lub podłoże, natychmiast ulegną rekombinacji, ponieważ nie mają możliwości rozdzielenia się przez złącze. W związku z tym inne warstwy wpływają na pomiary XBIC/XBIV tylko poprzez efekty wtórne, takie jak pasożytnicza absorpcja promieniowania rentgenowskiego lub emisja wtórnych fotonów i elektronów, które mogą zostać ponownie wchłonięte w warstwie absorbera. W przeciwieństwie do tego, wszystkie warstwy potencjalnie przyczyniają się do sygnału XRF.
Biorąc pod uwagę, że sygnały XBIC i XBIV mogą być małe (często interesujące są różnice w zakresie sub-pikoamperów i nanowoltów), sygnały te są łatwo zakopywane w szumie. Dlatego zasugerowaliśmy wykorzystanie wzmocnienia typu lock-in do wyodrębnienia sygnałów XBIC i XBIV 30. W tym celu przychodząca wiązka promieniowania rentgenowskiego jest modulowana przez przerywacz optyczny, jak pokazano na rysunku 1. Modulacja ta przenosi się na sygnał wytwarzany przez testowane urządzenie. Zanim sygnał zostanie wprowadzony do wzmacniacza typu lock-in (LIA), zwykle używa się przedwzmacniacza (PA) w celu dopasowania intensywności surowego sygnału do zakresu przetwornika analogowo-cyfrowego na wejściu cyfrowego LIA. LIA miesza modulowany sygnał pomiarowy z sygnałem odniesienia. Dzięki zastosowaniu filtra dolnoprzepustowego, tylko częstotliwości bliskie sygnałowi referencyjnemu są przepuszczane i wzmacniane31. Pozwala to na skuteczne wydobycie sygnału XBIC lub XBIV z zaszumionego tła.
W protokole wprowadzamy warunki wstępne i ruchy niezbędne do przeprowadzenia udanych pomiarów XBIC, w tym sygnał surowy (prąd stały, DC) i sygnał modulowany (prąd przemienny, AC). Poza opisem szczegółów technicznych, omawiamy konfigurację XBIC w kontekście pomiarów multimodalnych na linii badawczej P06 w PETRA III13. Należy pamiętać, że w porównaniu z większością eksperymentów laboratoryjnych, środowisko klatek przy twardych nanosondach rentgenowskich wymaga szczególnego planowania i rozważenia. W szczególności pomiary multimodalne z rozdzielczością w skali nanometrowej stanowią wyzwanie dla eksperymentatorów z różnymi specyficznymi ograniczeniami. Na przykład szum elektroniczny jest często obecny o dużych amplitudach z silników piezonapędowych i innych urządzeń, takich jak zasilacze detektorów. Ponadto mnogość urządzeń i detektorów musi być ustawiona w zoptymalizowanej geometrii bez zakłócania się nawzajem i bez indukowania wibracji. Rysunek 1 przedstawia typową konfigurację dla pomiarów XBIC w połączeniu z pomiarami XRF i rozpraszania promieniowania rentgenowskiego pod małym/szerokim kątem (SAXS/WAXS).

<table><tbody><tr><td>Okablowanie i złącza</td><td></td><td></td> BNC <td>Od ogólnych dostawców</td></tr><tr><td>Ostrze rozdrabniacza</td><td>Thorlabs</td><td>MC1F10HP</td><td>Oprócz technicznej kompatybilności koła rozdrabniacza z systemem rozdrabniacza, należy sprawdzić, czy ostrze rozdrabniacza w wystarczającym stopniu blokuje wiązkę promieniowania rentgenowskiego.</td></tr><tr><td>Przewodząca srebrna farba</td><td>Conrad</td><td>530042</td><td>Alternatywne produkty można uzyskać od Pelco i innych</td></tr><tr><td>Druty miedziane</td><td></td><td></td><td>Od dostawców do kontaktu z ogniwem słonecznym</td></tr><tr><td>Przedwzmacniacz prądowy</td><td>Standford</td><td>SR570</td><td>Alternatywy obejmują pikoamperomierz Keithley 487 lub 6487.&nbsp;</td></tr><tr><td>Urządzenie w trakcie testowania (DUT)</td><td></td><td></td><td>Odpowiednie urządzenie do pomiarów XBIC.</td></tr><tr><td>Uchwyt z płytką</td><td></td><td></td> drukowaną <td>Niestandardowy</td></tr><tr><td>projekt Kinematic uchwyt do próbki</td><td>Thorlabs</td><td>KB25/M</td><td>Opcjonalnie, umożliwia łatwe pozycjonowanie i wymianę próbki. Alternatywa obejmuje M-BK-1A firmy Newport</td></tr><tr><td>Lock-in Amplifier</td><td>Zurich Instruments</td><td>UHFLI lub MFLI</td><td>Podczas gdy MFLI ma dołączone przedwzmacniacze prądowe, UHFLI wymaga zewnętrznego przedwzmacniacza prądowego, ale oferuje więcej opcji. W związku z tym w prezentowanym eksperymencie wykorzystano UHFLI.</td></tr><tr>Jednostka <td></td><td></td><td>kontroli pomiaru/akwizycji danych</td><td>Dostępne w różnych synchrotronach.</td></tr><tr><td>Optical Chopper</td><td>Thorlabs</td><td>MC2000B(-EC)</td><td>Alternatywą są śmigłowce SR540 firmy Stanford Research Systems lub model 3502 firmy Newport.</td></tr><tr>Taśma <td></td><td></td><td>poliamidowa</td><td>Dostępne są rolki o różnych szerokościach i grubościach</td></tr><tr><td>Źródło</td><td></td><td></td> promieniowania rentgenowskiego <td>Dostępne w różnych synchrotronach</td></tr></tbody></table>

pomiary prądu indukowanego wiązką promieniowania rentgenowskiego do multimodalnej mikroskopii rentgenowskiej ogniw słonecznych

X-ray Beam Induced Current Measurements for Multi-Modal X-ray Microscopy of Solar Cells

Pomiary prądu indukowanego wiązką promieniowania rentgenowskiego (XBIC) pozwalają na mapowanie wydajności urządzeń elektronicznych w nanoskali, takich jak ogniwa słoneczne. Idealnie byłoby, gdyby XBIC był stosowany jednocześnie z innymi technikami w ramach multimodalnej mikroskopii rentgenowskiej. Podano tutaj przykład połączenia XBIC z fluorescencją rentgenowską, aby umożliwić korelacje punkt po punkcie wydajności elektrycznej ze składem chemicznym. Aby uzyskać najwyższy stosunek sygnału do szumu w pomiarach XBIC, kluczową rolę odgrywa wzmocnienie typu lock-in. Dzięki takiemu podejściu wiązka promieniowania rentgenowskiego jest modulowana przez rozdrabniacz optyczny umieszczony przed próbką. Modulowany sygnał elektryczny indukowany wiązką promieniowania rentgenowskiego jest wzmacniany i demodulowany do częstotliwości choppera za pomocą wzmacniacza typu lock-in. Optymalizując ustawienia filtra dolnoprzepustowego, częstotliwość modulacji i amplitudy wzmocnienia, szumy mogą być skutecznie tłumione w celu wydobycia czystego sygnału XBIC. Podobną konfigurację można zastosować do pomiaru napięcia indukowanego wiązką promieniowania rentgenowskiego (XBIV). Poza standardowymi pomiarami XBIC/XBIV, XBIC może być mierzony za pomocą światła polaryzacyjnego lub napięcia polaryzacji, tak aby warunki pracy ogniw słonecznych na zewnątrz mogły być odtworzone podczas pomiarów in-situ i operando. Ostatecznie, multimodalna i wielowymiarowa ocena urządzeń elektronicznych w nanoskali umożliwia nowy wgląd w złożone zależności między składem, strukturą i wydajnością, co jest ważnym krokiem w kierunku rozwiązania paradygmatu materiałów.

Opisano konfigurację do pomiarów prądu indukowanego promieniowaniem rentgenowskim na liniach synchrotronowych. Przedstawiono w nim wyniki badań nad ogniwami słonecznymi w nanoskali i rozszerzono zestaw technik multimodalnej mikroskopii rentgenowskiej. Od okablowania po optymalizację sygnału do szumu, pokazano, jak wykonywać najnowocześniejsze pomiary XBIC na twardej mikrosondzie rentgenowskiej.

Pomiary prądu indukowanego wiązką promieniowania rentgenowskiego do multimodalnej mikroskopii rentgenowskiej ogniw słonecznych

X-ray beam induced current (XBIC) measurements allow mapping of&#160;the nanoscale performance of electronic devices such as solar cells. Ideally, XBIC is ...

Promieniowanie rentgenowskie indukuje prąd w wielu urządzeniach elektronicznych. Bardzo podobnie jak widzialne fotony w fotowoltaicznych ogniwach słonecznych. Sygnał ten nazywany jest prądem indukowanym wiązką promieniowania rentgenowskiego.Innymi słowy, urządzenia testowe są obsługiwane jako detektory promieniowania rentgenowskiego, a XBIC zapewnia lokalną wydajność urządzenia. XBIC łączy w sobie wysoką specjalną rozdzielczość prądu indukowanego wiązką elektronów z dużą głębokością penetracji prądu indukowanego wiązką laserową. Ta kombinacja zapewnia lokalną wydajność nawet w różnych strukturach, takich jak zamknięte ogniwa słoneczne o wysokiej rozdzielczości.Na podstawie sygnału XBIC możemy określić przestrzennie rozdzielczą wydajność zbierania ładunku, która ma kluczowe znaczenie dla wydajności elektrycznej urządzeń półprzewodnikowych. Tak więc w zasadzie pomiary XBIC można wykonywać na wszystkich systemach, które wykazują odpowiedź elektryczną na swoją przestrzeń, takich jak ogniwa słoneczne, detektory promieniowania rentgenowskiego, na nanoprzewodach z półprzewodników. Wykonywanie pomiarów XBIC jest w rzeczywistości zaskakująco proste, jeśli śledzisz ścieżkę sygnału od urządzenia do wzmacniaczy i akwizycję danych.Zacznij od zaprojektowania uchwytu na próbkę, aby zapewnić maksymalną swobodę w umieszczaniu różnych detektorów w bliskiej odległości. Ustaw uchwyt próbki na podstawie kinematycznej, aby umożliwić łatwą zmianę położenia próbek z położeniem mikrometru. Użyj płytki drukowanej, która została zaprojektowana tak, aby mogła być używana jako uchwyt do urządzenia elektronicznego do pomiarów XBIC.Następnie przyklej testowane urządzenie elektroniczne do płytki drukowanej. Zwróć uwagę, aby uniknąć zwarcia za pomocą taśmy poliimidowej. Zamocuj przewody jezdne również za pomocą taśmy.Połącz styk poprzedzający, który jest skierowany w stronę padającej wiązki promieniowania rentgenowskiego, z ekranem koncentrycznego. Następnie połącz styk wylotowy z rdzeniem koncentrycznego. Następnie zamontuj płytkę drukowaną w uchwycie próbki.Następnie zamontuj uchwyt na próbkę na stoliku na próbkę. Podłącz próbkę przez złącze BNC na uchwycie próbki. Ułóż okablowanie w taki sposób, aby żadna część montażowa ani przewody nie blokowały padającej wiązki promieniowania rentgenowskiego ani żadnego detektora.Upewnij się, że sample okablowanie jest odciążone, aby nie ograniczało ruchów próbki. Sprawdź, czy próbka jest dobrze uziemiona. Teraz obróć stolik tak, aby płaszczyzna zainteresowania była prostopadła do padającej belki.Zminimalizuje to ślad wiązki i zmaksymalizuje rozdzielczość przestrzenną. Jeśli będziesz wykonywać pomiary multimodalne, umieść detektory wokół próbki, na przykład do pomiarów fluorescencji rentgenowskiej. Następnie zmierz amplitudę sygnału urządzenia testowego, aby przetestować zasięg sygnału w różnych warunkach.Umieść przedwzmacniacz w pobliżu sample i podłącz go do jednostki sterującej na zewnątrz budki. Umożliwi to zdalną modyfikację ustawień bez konieczności ponownego wchodzenia do klatki i automatycznie zapisze ustawienia amplifikacji. Podłącz przedwzmacniacz do czystego obwodu zasilania i włącz go.Upewnij się, że amplituda sygnału urządzenia testowego odpowiada zakresowi wejściowemu przedwzmacniacza. Dobrą praktyką jest utrzymywanie amplifikacji przedwzmacniacza na minimalnej czułości, gdy nie odbywa się żaden pomiar, aby uniknąć przypadkowego przesycenia. Teraz podłącz urządzenie testowe do przedwzmacniacza.Biorąc pod uwagę małą amplitudę sygnału, bardzo ważne jest, aby okablowanie było krótkie i znajdowało się w pewnej odległości od źródeł szumów. Następnie podziel wstępnie wzmocniony sygnał na trzy równoległe gałęzie sygnału. Służą one do oddzielnego rejestrowania dodatnich i ujemnych wartości prądu stałego, wraz z modulowanymi składowymi prądu przemiennego.Podłącz lock-in amplifier do jednostki sterującej na zewnątrz budki. Zasilaj go z czystego obwodu zasilania. Upewnij się, że wyjście przedwzmacniacza pasuje do wejścia lock-in amplifier w każdych warunkach.Tutaj maksymalna moc wyjściowa przedwzmacniacza wynosi 10 woltów, ale maksymalny zakres wejściowy wzmacniacza lock-in wynosi 1,5 wolta. Dlatego przetestuj amplitudę sygnału za przedwzmacniaczem i upewnij się, że zakres wejściowy wzmacniacza lock-in jest maksymalny. Następnie podłącz wyjście przedwzmacniacza do wejścia wzmacniacza lock-in.Zamontuj rozdrabniacz rentgenowski na zmotoryzowanym stoliku z możliwością wchodzenia i wychodzenia z wiązki promieniowania rentgenowskiego i zasilania go za pomocą sterownika rozdrabniacza. Podłącz chopper do jednostki sterującej, w tym przypadku za pomocą wzmacniacza lock-in. Następnie steruj chopperem optycznym z częstotliwością demodulacji wzmacniacza lock-in.Następnie podłącz wyjście wzmacniacza lock-in do przetwornicy napięcia na częstotliwość. Następnie wyprowadź amplitudę R średniej kwadratowej wzmocnionego sygnału typu lock-in jako analogowy sygnał AC urządzenia. Upewnij się, że testowane urządzenie jest osłonięte przed wszystkimi światłami w budce.Przeszukaj klatkę. Prosimy o opuszczenie terenu. Uwaga, proszę zauważyć, że przełącznik jest włączony.I włącz wiązkę promieniowania rentgenowskiego. Jeśli wszystko jest ustawione prawidłowo, a wiązka promieniowania rentgenowskiego uderzy w próbkę, widoczny będzie modulowany sygnał XBIC. Dostosuj wzmocnienie przedwzmacniacza i zakres wejściowy wzmacniacza lock-in tak, aby pasowały.Upewnij się, że odpowiedź przedwzmacniacza jest wystarczająco szybka dla wybranej częstotliwości choppera. Należy obserwować prostokątny sygnał XBIC. Jeśli widoczne jest silne opóźnienie, należy zmniejszyć częstotliwość choppera lub wyregulować czas narastania filtra przedwzmacniacza.Ustaw częstotliwość filtra dolnoprzepustowego wzmacniacza lock-in na minimum, które jest zgodne z prędkością skanowania. Następnie zmaksymalizuj wzmocniony sygnał w odniesieniu do stosunku wiązki włączanej i wyłączanej oraz w odniesieniu do stosunku sygnału do szumu. Konfiguracja jest teraz gotowa do pomiarów XBIC.Udaj się do nieskazitelnego miejsca na sample i rozpocznij pomiar. Kluczową zaletą stosowania wzmocnienia typu lock-in do pomiarów XBIC jest radykalny wzrost stosunku sygnału do szumu w porównaniu z pomiarami ze standardowym wzmocnieniem. W tym przypadku wstępnie wzmocnione urządzenie poddawane testowej odpowiedzi jest pokazane jako zmierzone przez lunetę bez i z włączonym światłem polaryzacji.Pomimo obecności silnych składowych szumu lub oszustwa indukowanych przez światło polaryzacyjne lub napięcie, możliwe jest wyodrębnienie modulowanego sygnału prądu indukowanego wiązką promieniowania rentgenowskiego z sygnału tła, nawet jeśli jest on o rzędy wielkości mniejszy. Porównując te dwa obrazy, zwróć uwagę na sygnał przesunięty rzędu ośmiu miliwoltów, który jest przesuwany do minus 65 miliwoltów poprzez włączenie światła polaryzacyjnego z lamp fluorescencyjnych. Co więcej, zmienność sygnału w krótkich skalach czasowych jest znacznie zwiększona przez światło polaryzacyjne.Dzięki odpowiednim ustawieniom można złagodzić zarówno przesunięcie, jak i modulację wysokich częstotliwości. Niemniej jednak wszystkie źródła niezamierzonych uprzedzeń, takie jak oświetlenie otoczenia i szum elektromagnetyczny, powinny zostać wyeliminowane w celu uzyskania najwyższego stosunku sygnału do szumu. Wykresy te przedstawiają wpływ światła polaryzacyjnego i różnych ustawień filtra dolnoprzepustowego na amplitudę RMS ze wzmocnieniem typu lock-in.W przypadku wysokiej częstotliwości skanowania częstotliwość odcięcia filtra dolnoprzepustowego powinna być jak najwyższa, ale najwyższy sygnał do szumów uzyskiwanych przy niskich częstotliwościach odcięcia. W tym przypadku filtr dolnoprzepustowy z częstotliwością odcięcia równą 10,27 Hz stanowił najlepszy kompromis dla skanowania z umiarkowaną częstotliwością dwóch Hz. Tutaj można zobaczyć wpływ wzmocnienia lock-in na stosunek sygnału do szumu w pomiarach prądu indukowanego wiązką promieniowania rentgenowskiego.Głośność sygnału bezpośredniego jest oczywista, a wzmocniony sygnał typu lock-in wykazuje drobne cechy w dużych szczegółach. W przypadku analizy ilościowej kształt modulowanego sygnału XBIC powinien odzwierciedlać kształt modulowanego natężenia promieniowania rentgenowskiego. Dlatego ważne jest, aby zoptymalizować częstotliwość choppera i filtry dolnoprzepustowe w odniesieniu do tego.Wzmocnienie typu lock-in pozwala nam mierzyć urządzenia w różnych warunkach. Na przykład możemy zastosować napięcie polaryzacji lub światło polaryzacji. Ostatecznie pozwoliło nam to na zmierzenie całej krzywej IV z wysoką rozdzielczością przestrzenną w nanopejzażu.XBIC jest szczególnie przydatny, gdy połączymy go z innymi technikami. Na przykład z dyfrakcją fluorescencji rentgenowskiej, tachografią lub luminescencją optyczną wzbudzoną promieniowaniem rentgenowskim. Jeśli połączymy to wszystko, możemy rozwiązać i zdekomplikować strukturę kompozycji i wykonanie.Oprócz ogólnych środków ostrożności, które należy podjąć w przypadku energii elektrycznej i intensywnego promieniowania rentgenowskiego, nie ma szczególnego ryzyka związanego z wykonywaniem pomiarów XBIC dla operacji, przynajmniej próbka może jednak umrzeć z powodu uszkodzenia przez promieniowanie. Przy źródłach o ograniczonej dyfrakcji, takich jak Petra Four, strumień promieniowania rentgenowskiego w nanoognisku wzrośnie o rzędy wielkości. Zwiększy to szybkość pomiaru, stosunek sygnału do szumu i umożliwi przeprowadzenie zupełnie nowych eksperymentów in situ i operando.

x-ray-beam-induced-current-measurements-for-multi-modal-x-ray

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Organiczne materiały fotowoltaiczne (OPV) są z natury niejednorodne w skali nanometrów. Niejednorodność materiałów OPV w nanoskali wpływa na wydajność urządzeń fotowoltaicznych. W artykule opisano protokół pomiarów ilościowych właściwości elektrycznych i mechanicznych materiałów OPV o rozdzielczości poniżej 100 nm.

Równoczesne ilościowe pomiary przewodności i właściwości mechanicznych organicznych materiałów fotowoltaicznych za pomocą AFM

W tym badaniu mikrotomografia promieniowania synchrotronowego, nieniszcząca technika obrazowania trójwymiarowego, jest wykorzystywana do zbadania całego pakietu mikroelektronicznego o polu przekroju poprzecznego 16 x 16 mm. Ze względu na wysoki strumień i jasność synchrotronu, próbka została zobrazowana w zaledwie 3 minuty z rozdzielczością przestrzenną 8,7 μm.

Wykorzystanie mikrotomografii promieniowania synchrotronowego do badania wieloskalowych trójwymiarowych pakietów mikroelektronicznych

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania organicznych cienkich warstw ogniw słonecznych za pomocą powlekarki z matrycą mini-szczelinową oraz powiązane charakterystyki struktury w linii produkcyjnej za pomocą technik rozpraszania synchrotronowego.

Drukowanie, produkcja masowych heterozłączowych ogniw słonecznych i charakterystyka morfologii in situ

Przedstawiono przepływ pracy dla kompleksowej mikrocharakterystyki aktywnych urządzeń optycznych. Zawiera badania strukturalne i funkcjonalne za pomocą tomografii komputerowej, LM i SEM. Metoda jest zademonstrowana dla białej diody LED, która może być nadal obsługiwana podczas charakteryzacji.

Dogłębne analizy diod LED za pomocą kombinacji rentgenowskiej tomografii komputerowej (CT) i mikroskopii świetlnej (LM) skorelowane ze skaningową mikroskopią elektronową (SEM)

Zaprojektowano i zbudowano dwie konfiguracje 'Combined Stress test with in situ', które pozwalają na monitorowanie w czasie rzeczywistym przyspieszonej degradacji ogniw słonecznych i modułów. Konfiguracje te pozwalają na jednoczesne wykorzystanie wilgotności, temperatury, odchyleń elektrycznych i oświetlenia jako niezależnie kontrolowanych czynników stresowych. Przedstawiono konfiguracje i różne przeprowadzone eksperymenty.

In Situ Monitorowanie przyspieszonej degradacji wydajności ogniw i modułów słonecznych: studium przypadku ogniw słonecznych Cu(In,Ga)Se2

Tutaj demonstrujemy użycie oprogramowania do montażu fluorescencji rentgenowskiej, MAPS, stworzonego przez Argonne National Laboratory do ilościowego oznaczania danych z mikroskopii fluorescencyjnej. Uzyskane dane ilościowe są przydatne do zrozumienia rozkładu pierwiastków i stosunków stechiometrycznych w badanej próbie.

Kwantyfikacja danych fluorescencji rentgenowskiej za pomocą MAPS

Soczewka Fresnela z achromatycznym dubletem na szkle (ADG) wykorzystuje dwa materiały o różnej dyspersji, aby zredukować aberrację chromatyczną i zwiększyć osiągalne stężenie. W niniejszej pracy przedstawiono protokół pełnej charakterystyki soczewki Fresnela ADG.

Wewnętrzna eksperymentalna ocena wydajności i plamki natężenia promieniowania soczewki Fresnela z achromatycznym dubletem na szkle (ADG) do koncentracji fotowoltaiki

Opisujemy konfigurację linii badawczej przeznaczoną do przeprowadzania szybkiej dwuwymiarowej fluorescencji rentgenowskiej i mapowania mikrodyfrakcji rentgenowskiej próbek monokryształów lub proszków za pomocą dyfrakcji Laue (promieniowanie polichromatyczne) lub proszkowej (promieniowanie monochromatyczne). Wynikowe mapy dostarczają informacji o odkształceniu, orientacji, rozkładzie fazowym i odkształceniu plastycznym.

Synchrotronowe obrazowanie mikrodyfrakcji rentgenowskiej i fluorescencji próbek minerałów i skał

Ten artykuł jest demonstracją i wskazówką do przeprowadzenia i analizy wewnętrznych (z laboratoryjnym przyrządem rentgenowskim) eksperymentów in situ GISAXS dotyczących suszenia farb na niefulerenowych organicznych fotowoltaikach z rolki na rolkę.

Częstość występowania in situ Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego pod małym kątem na powłoce organicznych ogniw słonecznych z rolki na rolkę z laboratoryjnym oprzyrządowaniem rentgenowskim

Prezentujemy metodologię obrazowania wielu faz płynu w warunkach zbiornikowych za pomocą mikrotomografii rentgenowskiej. Przedstawiamy kilka reprezentatywnych wyników uwięzienia kapilarnego w próbce skały węglanowej.

Obrazowanie w skali porów stanu zbiornika wielu faz płynu za pomocą mikrotomografii rentgenowskiej

Poznaj metodę pomiarów prądu indukowanego wiązką promieniowania rentgenowskiego (XBIC) do multimodalnej mikroskopii ogniw słonecznych. Technika ta umożliwia precyzyjną analizę lokalnej wydajności urządzeń półprzewodnikowych.

Pomiary prądu indukowanego wiązką promieniowania rentgenowskiego do multimodalnej mikroskopii rentgenowskiej ogniw słonecznych

Przeglądaj więcej filmów