I dette arbejde beskriver vi anvendelsen af atom-sonde tomografi teknik til undersøgelse af korngrænserne af absorberingslaget i en CIGS solcelle. En ny tilgang til at forberede atom probespidser indeholder det ønskede korngrænse med en kendt struktur er også præsenteret her.
I forhold til de eksisterende teknikker, er atom sonde tomografi en unik teknik i stand til kemisk karakterisere de interne grænseflader på nanoskala og i tre dimensioner. Faktisk APT har høj følsomhed (i størrelsesordenen ppm) og høj rumlig opløsning (sub nm).
Betydelig indsats blev gjort her for at forberede en APT tip, der indeholder den ønskede korngrænse med en kendt struktur. Faktisk stedsspecifik prøveforberedelse ved kombineret fokuseret-ion-beam, elektron tilbagekastning diffraktion og transmissions elektron mikroskopi er præsenteret i dette arbejde. Denne metode giver udvalgte korngrænser med kendt struktur og placering i Cu (I, Ga) Se 2 tyndfilm, der skal undersøges for atom sonde tomografi.
Endelig diskuterer vi fordele og ulemper ved at bruge atom sonden tomografi teknik til at undersøge korngrænserne i Cu (I, Ga) Se 2 tynd-film solceller.
Thin-film solceller baseret på chalkopyrit struktureret sammensat halvleder Cu (I, Ga) Se 2 (CIGS) som absorber materiale har været under udvikling i mere end to årtier på grund af deres høje effektivitet, stråling hårdhed, langsigtet stabil ydeevne og lave produktionsomkostninger 1-3. Disse solceller kan fremstilles med kun lidt materiale forbrug på grund af de gunstige optiske egenskaber CIGS absorberlag, nemlig en direkte bandgap og en høj absorptionskoefficient 1,2. Absorber film af kun nogle få mikrometer i tykkelse er tilstrækkelig til at frembringe en høj fotostrøm. Da diffusion stier photogenerated ladningsbærere til elektroderne er forholdsvis korte, kan CIGS absorbenter fremstilles i polykrystallinsk formular. Den maksimale effektiviteten af en Cu (I, Ga) Se 2 (CIGS) solcelle opnået hidtil er 20,4% 4, som er den højeste værdi blandt alle tyndfilm-solceller.
ove_content "> For yderligere etablere CIGS tynd-film solcelle teknologi, både nedbringelse af produktionsomkostningerne og forbedring af solcelle effektivitet er afgørende. Sidstnævnte er stærkt afhængige af mikrostruktur og kemiske sammensætning af CIGS absorberlag. Interne grænseflader, navnlig korngrænser (GBS) i absorberen, spiller en afgørende rolle, da de kan påvirke transporten af photogenerated ladningsbærere.Et af de vigtigste uløste problemer med hensyn til CIGS solceller er den godartede natur CIGS GBs, dvs polykrystallinske CIGS absorber film giver fremragende celle effektivitetsgevinster på trods af en høj tæthed af GBs og gitter defekter.
Adskillige forfattere studeret GBs i solar-grade CIGS film med hensyn til deres elektriske egenskaber 5,6, karakter og misorientation 7-9 samt urenhed segregation 10-13. Men ingen klar sammenhæng mellem disse ejenes kunne etableres hidtil. Især er der en betydelig mangel på information om lokale kemiske sammensætning og urenheder af GBS.
I de seneste to årtier har Atom Probe Tomography (APT) dukket op som en af de lovende nano-analyseteknikker 14-17. Indtil for nylig APT studier af solceller er stort set blevet begrænset af vanskeligheder i prøven forberedelsesprocessen og den begrænsede kapacitet til at analysere halvleder materialer ved hjælp af konventionelle pulserende spænding atom sonder. Disse begrænsninger er stort set blevet overvundet af udviklingen af "lift-out-metoden" baseret på fokuseret ion beam (FIB) fræsning 18 og indførelsen af pulserende laser APT 16. Adskillige papirer om APT karakterisering af CIGS solceller er blevet offentliggjort 19-23, som er stærkt opmuntrende for yderligere undersøgelser.
Dette papir giver en rettesnor for, hvordan at studere interne interfaces i CIGS tynd-film solceller ved atom sonden tomografi teknik.
I den nuværende arbejde har vi præsenteret APT resultater på en tilfældig HAGB i CIGS, en sammensat halvleder, der anvendes til solcelle ansøgning. Desuden har vi også vist, at APT i forbindelse med supplerende teknikker, såsom EBSD og TEM, er et kraftfuldt værktøj til at belyse strukturen-sammensætningen egenskaber forhold til CIGS solceller. Desværre viser overensstemmelsen mellem APT og EDX / ål i TEM var ikke mulig, fordi det første EDX / ÅL har ikke tilstrækkelig opløsning til at detektere lave Na o…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde er grundlagt af den tyske Research Foundation (DFG) (Contract CH 943/2-1). Forfatterne vil gerne takke Wolfgang Dittus og Stefan Paetel fra Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg for at forberede CIGS absorberlag for dette arbejde.