구리의 원자 조사 단층 촬영 연구 (, 조지아) 괜찮다<sub> 2</sub> 곡물 경계
Summary
이 작품에서 우리는 CIGS 태양 전지의 광 흡수층의 곡물 경계를 공부 원자 탐침 단층 촬영 기술의 사용을 설명합니다. 알려진 구조로 원하는 입자 경계를 포함하는 원자 프로브 팁을 준비하는 새로운 접근 방식도 여기에 표시됩니다.
Abstract
존재하지 않는 기술과 비교, 원자 탐침 단층 촬영 화학적 나노에서 세 차원의 내부 인터페이스를 특징 할 수 독특한 기술입니다. 사실, APT 높은 감도 (PPM의 순서대로)과 높은 공간 해상도 (이하 NM)를 보유하고있다.
상당한 노력이 알려진 구조를 원하는 입자 경계를 포함하는 APT 팁을 준비하기 위해 여기를 수행 하였다. 실제로, 사이트 별 샘플 준비하여 초점을 맞 춥니 이온 빔, 전자 후방 산란 회절 및 투과 전자 현미경 결합 된이 작품에 제시되어있다. 이 방법은 구리의 알려진 구조와 위치 (, 조지아) 괜찮다 원자 탐침 단층 촬영 연구 할 2 박막와 선택 입계 수 있습니다.
마지막으로, 우리는 구리의 그레인 경계 (조지아에서) 괜찮다 2 박막 태양 전지를 연구하는 원자 탐침 단층 촬영 기술을 사용의 장점과 단점에 대해 설명합니다.
Introduction
흡수 물질로 황동광 구조의 화합물 반도체 구리 (, 조지아) 괜찮다 2 (CIGS)에 따라 박막 태양 전지 때문에 그들의 높은 효율, 방사선 경도, 장기 안정의 두 개 이상의 수십 년 동안 개발되었습니다 성능 및 낮은 생산 1-3 듭니다. 이러한 태양 전지 즉 CIGS 흡수층의 유리한 광학 특성, 직접 밴드 갭과 높은 흡수 계수 1,2로 인한에만 약간의 재료 소비량으로 제작 될 수 있습니다. 두께 몇 마이크로 미터의 흡수 필름은 높은 광전류를 생성하기에 충분합니다. 전극 photogenerated 전하 캐리어의 확산 경로가 상대적으로 짧은 있기 때문에, CIGS 흡수는 다결정 형태로 생성 할 수있다. 구리의 최대 효율 (조지아에서) 괜찮다 2까지 달성 (CIGS) 태양 전지는 모든 박막 태양 전지 중 가장 높은 값이 20.4 % 4입니다.
ove_content "> 추가를 모두 생산 비용의 감소와 태양 전지 효율의 향상이 필수적이다. 후자는 CIGS 흡수층의 미세 화학 조성에 크게 의존한다. 내부 인터페이스, CIGS 박막 태양 광 기술을 확립하기 위해, 흡수기 내에서 특정 결정립 경계 (GB를), 그들은 photogenerated 전하 캐리어의 이동에 영향을 미칠 수 있으므로 중추적 인 역할을한다.CIGS 태양 전지와 관련된 주요 해결되지 않은 문제 중 하나는 CIGS GB를의 양성 본질, 즉 다결정 CIGS 흡수 필름 GB를하고 격자 결함 밀도에도 불구하고 뛰어난 전지 효율을 얻을 수 있습니다.
몇몇 저자들은 전기적 특성 5,6, 캐릭터와 misorientation 7-9뿐만 아니라 불순물 분리 10-13에 대하여 태양 급 CIGS 박막에서 GB를을 공부했다. 이 properti 사이 그러나 명확한 링크가 없습니다ES 지금까지 구축 할 수 있습니다. 특히, 지역의 화학 조성 및 GB를의 불순물 함량에 대한 정보의 상당한 부족이있다.
지난 20 년 동안, 아톰 프로브 단층 촬영 (APT) 유망 나노 분석 기술 14 ~ 17 중 하나로 떠오르고있다. 최근까지 태양 전지 APT 연구는 주로 샘플 준비 과정에서 어려움과 기존의 펄스 전압 원자 프로브를 사용하여 반도체 재료 분석의 제한된 기능에 의해 제한되었다. 이러한 제한은 대부분의 개발로 극복 한 '리프트 아웃 방식'에 초점을 맞춘 이온 빔 (FIB) 밀링 18, 16 APT 펄스 레이저의 도입에 따라. CIGS 태양 전지의 APT 특성에 대한 여러 논문을 강하게 자세한 조사를 위해 권장되는, 19-23 출판되었습니다.
본 논문에서는 나는 내부 연구 방법의 가이드 라인을 제공원자 탐침 단층 촬영 기술에 의한 CIGS의 nterfaces 박막 태양 전지.
Protocol
Representative Results
Discussion
현재 작업에서, 우리는 CIGS 태양 광 응용 프로그램에 사용되는 화합물 반도체 재료의 임의의 HAGB에 APT 결과를 발표했다. 또한, 우리는 또한 EBSD 및 TEM과 같은 보완 기술,와 함께 APT는 CIGS 태양 전지 구조 구성 속성 관계를 해명하는 강력한 도구입니다 것으로 나타났습니다. 첫째, EDX / 뱀장어는 입자 경계에서 낮은 나와 O의 농도를 감지하고 둘째, EDX / EELS, 특히 모든 요소에 민감하지 않는 충분?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 독일 연구 재단 (DFG) (계약 CH 943/2-1)에 의해 설립된다. 저자는이 작품에 대한 CIGS 흡수층를 준비 젠트 FÜR Sonnenenergie – 싶게 Wasserstoff-Forschung 바덴 뷔 르템 베르크에서 볼프강 Dittus, 그리고 스테판 Paetel에게 감사의 말씀을 전합니다.
References
- Stanbery, B. J. Copper indium selenides and related materials for photovoltaic devices. Crit. Rev. Solid State. 27, 73-117 (2002).
- Kemell, M., Ritala, M., Leskelä, M. Thin film deposition methods for CuInSe2 solar cells. Crit. Rev. Solid State. 30, 1-31 (2005).
- Kazmerski, L. L. Solar photovoltaics R&D at the tipping point: a 2005 technology overview. J. Electron Spectrosc. 150 (2-3), 105-135 (2006).
- Sadewasser, S., Glatzel, T., Schuler, S., Nishiwaki, S., Kaigawa, R., Lux-Steiner, M. C. Kelvin probe force microscopy for the nano scale characterization of chalcopyrite solar cell materials and devices. Thin Solid Films. 431-432, 257-261 (2003).
- Jiang, C. S., Noufi, R., AbuShama, J. A., Ramanathan, K., Moutinho, H. R., Pankow, J., Al-Jassim, M. M. Local built-in potential on grain boundary of Cu(In,Ga)Se2 thin-films. Appl. Phys. Lett. 84, 3477-1-3477-3 (2004).
- Abou-Ras, D., Koch, C. T., Küstner, V., van Aken, P. A., Jahn, U., Contreras, M. A., Caballero, R., Kaufmann, C. A., Scheer, R., Unold, T., Schock, H. W. Grain-boundary types in chalcopyrite-type thin films and their correlations with film texture and electrical properties. Thin Solid Films. 517, 2545-2549 (2009).
- Nichterwitz, M., Abou-Ras, D., Sakurai, K., Bundesmann, J., Unold, T., Scheer, R., Schock, H. W. Influence of grain boundaries on current collection in Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. Thin Solid Films. 517, 2554-2557 (2009).
- Abou-Ras, D., Schorr, S., Schock, H. W. Grain sizes and grain boundaries in chalcopyrite-type thin films. J. Appl. Cryst. 40, 841-848 (2007).
- Niles, D. W., Al-Jassim, M., Ramanathan, K. Direct observation of Na and O impurities at grain surfaces of CuInSe2 thin films. J. Vac. Sci. Technol. A. 17, 291-296 (1998).
- Rockett, A., Granath, K., Asher, S., Al Jassim, M. M., Hasoon, F., Matson, R., Basol, B., Kapur, V., Britt, J. S., Gillespie, T., Marshall, C. Na incorporation in Mo and CuInSe2 from production processes. Sol. Energy. 59, 255-264 (1999).
- Heske, C., Eich, D., Fink, R., Umbach, E., Kakar, S., van Buuren, T., Bostedt, C., Terminello, L. J., Grush, M. M., Callcott, T. A., Himpsel, F. J., Ederer, D. L., Perera, R. C. C., Riedl, W., Karg, F. Localization of Na impurities at the buried CdS/Cu(In, Ga)Se2 heterojunction. Appl. Phys. Lett. 75, 2082-2084 (1999).
- Braunger, D., Hariskos, D., Bilger, G., Rau, U., Schock, H. W. Influence of Na on the growth of polycrystalline Cu(In,Ga)Se2 thin films. Thin Solid Films. 361, 161-166 (2000).
- Cerezo, A., Godfrey, T. J., Sijbrandij, S. J., Smith, G. D. W., Warren, P. J. Performance of an energy-compensated three-dimensional atom probe. Rev. Sci. Instrum. 69, 49-58 .
- Blavette, D., Bostel, A., Sarrau, J. M., Deconihout, B., Menand, A. An atom-probe for three dimensional tomography. Nature. 363, 432-435 (1993).
- Gault, B., Vurpillot, F., Vella, A., Gilbert, M., Menand, A., Blavette, D., Deconihout, B. Design of a femtosecond laser assisted tomographic atom probe. Rev. Sci. Instrum. 77, 043705-1-043705-8 (2006).
- Kelly, T. F., Miller, M. K. Atom probe tomography. Rev. Sci. Instrum. 78, 031101-1-031101-20 (2007).
- Thompson, K., Lawrence, D., Larson, D. J., Olson, J. D., Kelly, T. F., Gorman, B. In situ site-specific specimen preparation for atom probe tomography. Ultramicroscopy. 107 (2-3), 131-139 (2007).
- Cadel, E., Barreau, N., Kessler, J., Pareige, P. Atom probe study of sodium distribution in polycristalline Cu(In,Ga)Se2 thin film. Acta Material. 58, 2634-2637 (2010).
- Schlesiger, R., Oberdorfer, C., Würz, R., Greiwe, G., Stender, P., Artmeier, M., Pelka, P., Spaleck, F., Schmitz, G. Design of a laser-assisted tomographic atom probe at Münster University. Rev. Sci. Instr. 81, 043703 (2010).
- Cojocaru-Mirédin, O., Choi, P., Abou-Ras, D., Schmidt, S. S., Caballero, R., Raabe, D. Characterization of grain boundaries in Cu(In,Ga)Se2 films using atom-probe tomography. IEEE J. Photovolt. 1 (2), 207-212 (2011).
- Cojocaru-Mirédin, O., Choi, P., Wuerz, R., Raabe, D. Atomic-scale characterization of the CdS/CuInSe2 interface in thin-film solar cells. Appl. Phys. Lett. 98, 103504-1-103504-3 (2011).
- Couzinie-Devy, F., Cadel, E., Barreau, N., Arzel, L., Pareige, P. Atom probe study of Cu-poor to Cu-rich transition during Cu(In,Ga)Se2 growth. Appl. Phys. Lett. 99, 232108-1-232108-3 (2011).
- Voorwinden, G., Jackson, P., Kniese, R., Powalla, M. In-line Cu(In,Ga)Se2 co-evaporation process on 30 cm x 30 cm substrates with multiple deposition stages. , 2115-2118 (2007).
- Miller, M. K., Russell, K. F., Thompson, K., Alvis, R., Larson, D. J. Review of atom probe FIB-based specimen preparation methods. Microscopy Microanal. 13 (6), 428-436 (2007).
- J, D. Modeling image distortions in 3DAP. Microscopy and Microanalysis. 10 (3), 384-390 (2008).
- Kellog, G. L. Determining the field emitter temperature during laser irradiation in the pulsed laser atom probe. J. Appl. Phys. 52, 5320 (1981).
- . . IVASTM 3.6.2 User Guide 2012. , (2012).
- Persson, C., Zunger, A. Compositionally induced valence-band offset at the grain boundary of polycrystalline chalcopyrites creates a hole barrier. Appl. Phys. Lett. 87, 211904-1-211904-3 (2005).
- Zhang, S. B., Wei, S. -. H., Zunger, A., Katayama-Yoshida, H. Defect physics of the CuInSe2 chalcopyrite semiconductor. Phys. Rev. B. 57, 9642-9656 (1998).
- Cahn, J. W., Johnson, W. C., Blakely, J. M. . Interfacial Segregation. , 3-23 (1979).
- Miller, M. K., Jayaram, R. Some factors affecting analysis in atom probe. Surf. Sci. 266, 458-462 (1992).
- Wuerz, R., Eicke, A., Kessler, F., Paetel, S., Efimenko, S., Schlegel, C. CIGS thin-film solar cells and modules on enamelled steel substrates. Sol. Energy. 100, 132-137 (2012).
- De Geuser, F., Lefebvre, W., Danoix, F., Vurpillot, F., Forbord, B., Blavette, D. An improved reconstruction procedure for the correction of local magnification effects in three-dimensional atom-probe. Surf. Interf. Anal. 39, 268-272 (2007).
- Kingham, D. R. The post-ionization of field evaporated ions: A theoretical explanation of multiple charge states. Surf. Sci. 116, 273-301 (1982).
- Letellier, L. . Etude des joints de grains et interphases dans les superalliages Astroloy par microscopie electronique et tomographie atomique [dissertation]. , (1994).
- Hoummada, I., Mangelinck, K., Chow, D., Lee, J., Bernardini, Original methods for diffusion measurements in polycrystalline thin-films. Defect and Diffusion Forum. 322, 129-150 (2012).
