Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Estudios de tomografía sonda atómica en el Cu (In, Ga) de Se Published: April 22, 2013 doi: 10.3791/50376

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. CIGS capa de deposición

  1. Pulverización catódica de depósito 500 nm de molibdeno (regreso capa de contacto) sobre un sustrato de 3 mm de espesor de vidrio de soda de lima (SLG).
  2. Co-evaporar 2 micras de CIGS CIGS en un proceso de múltiples etapas en línea 24. Los CIGS obtenidos capa depositada en el contacto posterior Mo se muestra en la Figura 1.
  3. Medir la composición integral de la capa CIGS por espectrometría de fluorescencia de rayos X (XRF). La composición CIGS obtenido se muestra en la Tabla 1.

2. Sitio específico de muestras de fabricación para el Análisis de APT

  1. Corte un Mo rejilla TEM en dos mitades con el fin de obtener una fila de varios pines, siendo el apoyo para las muestras posteriores. Monte el medio de la red MET en un soporte y se estrechan los extremos de los pasadores por electropulido 5 en peso. % NaOH hasta un diámetro de la punta <2 micras. El proceso puede ser razonable controlada usando un estereoscopio. A continuación, montar la rejilla electropulido en otro soporte tsombrero está optimizado para secuencial FIB, TEM, EBSD, y caracterización APT.
  2. Mill dos trincheras en la película delgada CIGS mediante FIB para obtener un corte (Figura 2a). Hacer una primera de corte libre en el lado izquierdo de la porción.
  3. Conecte el micromanipulador para el trozo depositando una Pt soldadura por deposición por haz de iones inducida química de vapor. Entonces, a la final de corte libre en el lado opuesto y elevación a la porción de pie (Figura 2b).
  4. Corte ahora los fuertes estacas del TEM Mo medio de la red de una cuña (2-3 micras de diámetro) con una buena unión para el trozo extraído. Monte el trozo en los pines con la deposición de Pt (Figura 2c). Hacer un corte libre para finalmente obtener sólo una pequeña parte de la porción (alrededor de 2 m) en la parte superior de la espiga de Mo. Después montar el soporte de rejilla boca abajo y llenar el espacio entre el pasador de Mo y la pieza montada con Pt. Persigue el mismo procedimiento con el trozo restante. Para más detalles sobre el ascensor de salidaprocedimiento, el lector puede consultar las siguientes referencias 18,25.
  5. Coloque la rejilla en posición vertical y limpiar la sección transversal de la porción (elegir el sitio con diluyente de Pt de soldadura) mediante el uso de un bajo voltaje de aceleración y la corriente del haz (5 kV y <50 pA) en el FIB. Por lo tanto se obtiene una superficie lisa y menos contaminación debido a Ga + implantación, que se requiere para mediciones EBSD.
  6. A partir de la medición EBSD realizado en la sección transversal elegir un GB de interés. La orientación de la GB es preferible a ser perpendicular con respecto a la dirección en el análisis de sonda atómica (eje z) para reducir el efecto de ampliación local de 26, que se describe más en detalle en la parte de discusión. Un espacio adecuado con un GB se pone de relieve en la Figura 2d.
  7. Realizar un fresado anular en el área de la GB en el paso 2.6) para formar una punta afilada. El radio de curvatura debe ser lo suficientemente pequeño (<100 nm) para obtener más TEM invesiones. Para alcanzar este objetivo, reducir el diámetro interior de la figura de fresado anular paso a paso (Figura 2e) y concomitantemente visualizar la punta de moldeo por electrones secundarios (SE). Así, se puede corregir cambios haz o ajustar la figura de fresado para eliminar irregularidades en la punta como onda o redeposición de material procedente de diferentes chisporroteo rendimientos, sombreado efectos etc.
  8. Localizar la posición precisa de la GB con respecto al vértice de la punta mediante el uso de la herramienta de TEM (véase la Figura 2f), sabiendo que, en comparación con otros materiales (como superaleaciones) la CIGS GB no son visibles en la SEM.
  9. Saber exactamente dónde se encuentra la GB dentro de la punta APT, transferir la muestra de nuevo a la FIB y siguen molino de la muestra situar el GB como máximo 200 nm por debajo del ápice de la punta. En esta etapa, la molienda se realiza a muy baja kV (5 kV) y baja corriente (<50 pA). En efecto, el objetivo es no sólo para localizar el más cercano GB tØ el ápice de la punta, sino también para minimizar el daño Ga + de la punta de APT durante este procedimiento. Concomitantemente a la molienda de bajo kV, visualizar la forma de la punta de APT en SEM y controlar la cantidad del material que debe ser eliminado desde el ápice de la punta (Figura 2g).
  10. Transferir de nuevo la muestra a la TEM y comprobar la posición de la GB con respecto al vértice de la punta. Hacer una imagen general de la muestra (Figura 2h) para obtener un conocimiento preciso sobre la posición de GB, la evolución del diámetro del espécimen y el ángulo del vástago media. Esto es necesario para lograr una reconstrucción óptima de los datos de APT. Además, el uso de baja ampliaciones y tiempos de exposición reducido para minimizar los daños inducidos por el haz de electrones y la contaminación de C que puede conducir a una mayor tasa de fracaso en las medidas de APT.

3. Análisis de APT en un sistema LEAP HR 3000X CAMECA

  1. Coloque la muestra en la bodega de APTer. A continuación, montar el disco espécimen en una de las cuatro carruseles disponibles.
  2. Inserte el carrusel que contiene el disco muestra el interior de la esclusa de carga y comenzar a bombear el bloqueo de carga. Cuando el vacío en el interior de la esclusa de carga es de ~ 10 -7 Torr, insertar el carrusel dentro de la cámara tampón.
  3. Después de esperar ca. 1 hora para restaurar el vacío en la cámara tampón (~ 7x10 -9 Torr), transferir la muestra de la cámara de tampón a la cámara de análisis principal. Esto se realiza con una varilla de transferencia horizontal, que es un dispositivo de accionamiento manual.
  4. Antes de iniciar la medición en el interior de la APT, se enfríe a la temperatura de 60 K. Esta baja temperatura evitará la difusión de los átomos en la superficie de la muestra durante el análisis. Observamos aquí que 60 K es la temperatura de ajuste y no la temperatura real, medido en la punta APT, que debe ser mayor debido a la calor del láser de la muestra. Según lo propuesto por Kellog et al. 27, esta temperaturatura puede ser estimado tomando en cuenta la carga de estado-relación relativa. Desafortunadamente, en este trabajo la temperatura real de las puntas no podía calcularse principalmente debido a que el campo de la evaporación del material CIGS es desconocido.
  5. APT experimentos se llevan a cabo en el modo de láser utilizando un láser verde con una longitud de onda de aproximadamente 532 nm y longitud de pulso de 12 pseg.

4. Reconstrucción de Datos de APT

  1. Abra el archivo RHIT (datos sin procesar obtenidos directamente después de las mediciones APT) con visualización integrada de CAMECA y Software de Análisis (IVAS 3.6.2) 28 generalmente se utiliza para reconstruir el mapa 3D.
  2. Lleve a cabo la reconstrucción del mapa en 3D utilizando los siguientes ocho pasos 28:
    1. Paso 1 - Configuración, que es un panel de sólo lectura que da todos los detalles sobre la naturaleza y el contenido del estudio seleccionado.
    2. Paso 2 - Elegir gama secuencia de iones. Este paso define la gama de iones de secuencia en relación con espécimenTensión que se seleccionará en los datos de la reconstrucción.
    3. Paso 3 - Seleccione ROI detector. Este paso da la oportunidad de eliminar los iones situados fuera del detector de retorno de la inversión (negro elipse en el caso de detector de histograma).
    4. Paso 4 - correcciones TOF. Esta medida calcula la tensión, el tiempo de vuelo (TOF), y las correcciones del planaridad del detector ('bowl corrección') para el análisis.
    5. Paso 5 - Calibración de masas. La posición del pico medida en el espectro de masas analizados se calibra con conocidos estados isotópicos / carga.
    6. Paso 6 - A distancia asignación de iones. En este paso los picos en el espectro de masas se asignan a rangos de isótopos de los elementos.
    7. Paso 7 - Reconstrucción. Este paso se aplica uno de los tres métodos de reconstrucción de los datos adquiridos: el método, el método de vástago de ángulo de tensión o método de punta de perfil. Este último se utiliza en el estudio actual de reconstruir nuestro 3D-map. Este método requiere una imagen de la TI SEM o TEMp, como se muestra en la figura 2g y la Figura 2h. El radio de la punta en cualquier punto en la reconstrucción se define por una interpolación lineal entre una serie de puntos definidos en la imagen SEM.
    8. Paso 8 - Confirmación. En este paso, la vista previa creado en la pestaña reconstrucción se convierte en un análisis de salvado.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

La figura 3 muestra una vista lateral (xz rebanada) mapa elemental de la alta aleatoria GB-ángulo (HAGB) 28,5 ° - <511> cachorro seleccionado en la Figura 2 por el método de la preparación del sitio-específica. Co-segregación de Na, K y O en una CIGS HAGB se asigna directamente usando APT. Estas impurezas más probable difunden fuera del sustrato SLG en la capa absorbente durante la deposición de la capa CIGS a ~ 600 ° C.

La figura 4a muestra el Cu, In, Ga, y perfiles de concentración de Se a través de la GB se muestra en la Figura 3. El Cu, In, Ga, y las concentraciones de Se en el GB son diferentes a los del interior de los granos (IG). Se puede ver claramente que el Cu y Ga se agotan en este GB, mientras que en se enriquece. Esto está de acuerdo a lo que fue postulada por Persson et al. 29 sobre la base de cálculos de la teoría funcional de la densidad ab-initio (DFT), a saber, que las filas de vacantes un Cuvolver preferentemente formado en el CIGS GBs. En el enriquecimiento y el agotamiento Cu podría explicarse por el bajo consumo de energía formación de la carga defecto neutral par 2V Cu - Cu 2 + en + 30. Cabe señalar que los cálculos DFT por Persson et al. 29 se realizaron para una simétrica GB (Σ 3 (112) TB), mientras que los datos de APT en la Figura 3 se obtuvo para un HAGB al azar. Además, Cu-enriquecido y empobrecido En-HAGBs también se observaron para el mismo material como se ha mencionado en nuestro trabajo anterior 21.

La figura 4b muestra las concentraciones de Na, K, y O impurezas en este HAGB, que son 1,7 a 0,035%, en%, y 0,4 en%, respectivamente (véase la Tabla 2). Los excesos interfaciales correspondientes valores (Γ) de Na (Na Γ), K K), y O O) calculana partir de datos de APT también se muestran en la Tabla 2. Estos excesos interfaciales se calcularon utilizando Cahn enfoque 31.

La composición media de GI 1 y 2 GI (GI: interior del grano, ver Tabla 2) muestran una ligera variación de Cu, In, Se, y las concentraciones de Ga de un grano a otro. Estos valores de concentración están en buen acuerdo con los perfiles de concentración en la figura 4a. Por otra parte, la concentración de O es diferente de un grano a otro (170 ppm para GI 1 y 0 ppm para GI 2), mientras que, la composición Na es casi constante (50 ppm para GI 1 y 60 ppm para GI 2, véase la Tabla 1) . La concentración de K en el interior de los granos está por debajo del nivel de ruido de la medición de APT (nivel de ruido = 45 ± 5 ppm / amu) y por lo tanto por debajo del límite de detección.

Figura 1 tienda-width = "4 pulgadas" fo: src = "/ files/ftp_upload/50376/50376fig1highres.jpg" src = "/ files/ftp_upload/50376/50376fig1.jpg" />
Figura 1. Imagen SEM de una capa CIGS sobre Mo sustrato de vidrio sódico-cálcico recubierto.

La figura 2
Figura 2. a) Fresado de un trozo para levantar de salida, b) unir de un micromanipulador por la deposición de Pt, c) montaje de una pieza en un trozo TEM Mo medio de la red, d) medición de EBSD en una sección transversal limpiado, e) anular fresado de una punta de pre-afilado, f) imagen TEM de un GB g) la molienda final, bajo kV, h) imagen TEM de un disco en la punta APT después de la molienda de baja kV. Haz clic aquí para ver más grande la figura .

Figura 3 "fo: content-width =" 5in "fo: src =" / files/ftp_upload/50376/50376fig3highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50376/50376fig3.jpg "/>
Figura 3. Mapas 3D APT de Cu (azul), In (rosa), Ga (amarillo), SE (rojo), NA (verde), O y OH (azul claro) y K (de color caqui). Estos mapas 3D muestran directamente Na, K y O segregación en una HAGB (28 ° - <511> CUB), que se analizó por EBSD y TEM antes del análisis APT.

Figura 4
La Figura 4. (A) Cu, Se, Ga, In y (b) de Na, K, O perfiles de profundidad de concentración a través de la GB se muestra en la Figura 3. El cuadro de muestreo utilizado para construir estos perfiles es de 32 x 32 x 0,3 nm 3. Bares dan los errores estadísticos (2σ).get = "_blank"> Haga clic aquí para ver más grande la figura.

Elemento Cu En Georgia Se
Conc. (En%) 22.3 18.6 7.2 51.9

Tabla 1. Composición Integral de la capa CIGS medidos por XRF.

Elementos GI 1 (% at) GI 2 (% at) GB (% at) Γ GB (en / m 2)
Cu 21.5 ± 0.12 22.8 ± 0.12 18,2 ± 0,4 -
En 19.6 ± 0.12 19.4 ± 0.12 21,8 ± 0,4 -
Georgia 9,0 ± 0,09 9,6 ± 0,09 8 ± 0,3 -
Se 49,7 ± 0,1 48.1 ± 0.15 49 ± 0,5 -
Na 0,005 ± 0,002 0,006 ± 0,002 1,7 ± 0,1 2,9 x 10 18
K - - 0,035 ± 0,01 7,5 x 10 16
O 0,017 ± 0,004 - 0,4 ± 0,07 8,4 x 10 17

Tabla 2. Cu, In, Ga, Se, Na, K, y Ovalores de composición en el interior del grano (GI) y en el límite de grano (GB) de CIGS obtenidos a partir de APT espectros de masa-carga, después de deconvolución de la superposición de picos de masa. Γ GB representa los excesos interfaciales (Γ) en la GB.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 / EELS no tiene suficiente resolución para detectar bajas concentraciones de Na y O en el límite de grano y en segundo lugar, EDX / EELS no es sensible a todos los elementos, especialmente para el Na y O.

APT es una técnica única capaz de caracterizar químicamente las interfaces en la nanoescala y visualizar en tres dimensiones de 14 a 17. Concentraciones de impurezas altamente diluidas en las decenas de ppm se pueden detectar debido a la alta relación de señal-a-ruido en el espectro de masas. Otra ventaja deAPT técnica es que la sensibilidad de la detección no es específico del elemento si se seleccionan los parámetros de medición adecuados.

Hay que mencionar aquí que para medir con precisión los valores de composición en CIGS GB y en los interiores de grano, es importante elegir las condiciones óptimas para el análisis de APT (temperatura, la energía del láser, la frecuencia del pulso, etc). Si no, se pueden producir artefactos tales como la evaporación preferencial y retención 32 de los elementos durante la evaporación de campo pulsado de la muestra. Estos artefactos pueden aparecen cuando hay una gran diferencia en el campo de la evaporación de los elementos. Por lo tanto, la tasa de evaporación de campo, la tensión, y la energía del láser deben establecerse de tal manera que todos los elementos serán eliminados con igual probabilidad. Como se muestra aquí, por la elección de los parámetros apropiados correspondientemente para el análisis de APT, encontramos cierre composición CIGS en comparación con la obtenida por XRF (véanse los cuadros 1 y 2). Observamos aquí que tque la sobreestimación de la concentración de Se en CIGS por XRF es debido a la capa 2 Mose presente en la interfaz de CIGS / Mo. Una segunda razón para la baja concentración de Se medido por la APT (por debajo del valor nominal del 50%) podría ser la evaporación preferido de Se entre los pulsos del láser como escandio es la especie más volátiles en CIGS. Además, la diferencia en Cu, In, Ga y concentraciones entre APT y XRF es debido al hecho de que las medidas de APT la composición CIGS localmente, mientras que las medidas de XRF una composición promedio de la película CIGS. De hecho, es bien sabido que el Cu / En la concentración varía de un grano a otro y la concentración de Ga es mayor en la parte superior de la película (donde se preparó nuestra punta APT) debido al gradiente de Ga observado en la película de múltiples etapas crecido 33. Observamos aquí que no se observaron iones Ga procedentes de la fuente FIB en el espectro de masas (Ga de la FIB se encuentra solamente como isótopo 69 uma) y esto es debido principalmente a la molienda de bajo kV de la UnConsejos PT.

Un inconveniente principal que se observa en el estudio de las interfaces con la técnica de APT es que, en general, la anchura de la GB, están ya sea ampliado o reducido en comparación con la anchura estructural calculado a partir de imágenes de TEM (menor que 1 nm). Esto es debido al efecto de ampliación local de 26. Este efecto se produce cuando el GB tiene un campo de evaporación diferente del material a granel. Un GB con un campo de alta evaporación (E) conduce a una protuberancia en la superficie de la punta (E ~ V / R, V es el voltaje aplicado y R el radio de curvatura). En este caso, los iones procedentes de la GB desvían hacia el exterior, lo que provoca una disminución aparente de la densidad de iones. Por el contrario, cuando la GB tiene un campo de evaporación menor será aplanado de la superficie de la punta en la región del GB que desvían las trayectorias de iones hacia adentro. En este caso, la densidad local en la región GB será más alto. Además, las trayectorias se solapan causados ​​por el efecto de ampliación localess también se deteriorará la resolución espacial lateral en la interfaz, aunque las concentraciones permanecen casi sin cambios, como se muestra por De Geuser et al. 34.

En el estudio actual, la anchura de la zona de separación HAGB aleatorio detectado (≈ 3 nm) es mayor que 1 nm, la anchura estructural típica de un GB. Por otra parte, la densidad atómica medida por APT es más alta en el GB que en la matriz de CIGS que indica que el efecto de ampliación local había producido durante la evaporación. La densidad más alta en la GB se explica por la menor evaporación campo de esta CIGS en particular GB en comparación con los granos de CIGS. Para iones cargados individuales, los valores de evaporación de campo son F Cu = 30 V / nm, F A = 12 V / nm, F Ga = 15 V / nm, y F K = 60 V / 35 nm. La Se, Na, y los valores de evaporación de campo O no se dan en la literatura. Observamos aquí que estos valores son válidos para pure elementos. En los semiconductores compuestos, tales como CIGS, la evaporación de cada uno de estos elementos puede ser diferente. Sin embargo, en la figura 4a, se encontró que la GB contiene una concentración de Cu más bajo que presente en los interiores de grano. En efecto, esta concentración de Cu inferior puede disminuir el campo de la evaporación en la GB. Además, Letellier et al. 36 informaron de superaleaciones a base de níquel que el efecto de ampliación locales aumenta continuamente a medida que se acerca la GB una orientación paralela al eje de la punta (eje z). Esto puede explicar por qué la anchura de la GB es ligeramente más grande en comparación con otros estudios 37.

En conclusión, los estudios APT proporcionan no sólo un mapa 3D de la redistribución de los elementos, sino también la composición química de las interfaces en la nanoescala. Como muchas herramientas de la realización de estudios en la nanoescala, una se debe prestar especial atención a la calidad del análisis y la interpretación de los datos. En efecto,APT tiene algunas limitaciones, así y por lo tanto es importante entender cómo estas limitaciones influyen en los datos medidos para asegurar una interpretación de datos correcto.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

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.

References

  1. Stanbery, B. J. Copper indium selenides and related materials for photovoltaic devices. Crit. Rev. Solid State. 27, 73-117 (2002).
  2. Kemell, M., Ritala, M., Leskelä, M. Thin film deposition methods for CuInSe2 solar cells. Crit. Rev. Solid State. 30, 1-31 (2005).
  3. Kazmerski, L. L. Solar photovoltaics R&D at the tipping point: a 2005 technology overview. J. Electron Spectrosc. 150 (2-3), 105-135 (2006).
  4. Empa - MM-CIGS-Weltrekord [Internet]. , Empa. Available from: http://www.empa.ch/plugin/template/empa/3/131438/---/l=2 (2013).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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 Forthcoming.
  15. Blavette, D., Bostel, A., Sarrau, J. M., Deconihout, B., Menand, A. An atom-probe for three dimensional tomography. Nature. 363, 432-435 (1993).
  16. 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).
  17. Kelly, T. F., Miller, M. K. Atom probe tomography. Rev. Sci. Instrum. 78, 031101-1-031101-20 (2007).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. In-line Cu(In,Ga)Se2 co-evaporation process on 30 cm x 30 cm substrates with multiple deposition stages. Voorwinden, G., Jackson, P., Kniese, R., Powalla, M. Proceedings of the 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, , 2115-2118 (2007).
  25. 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).
  26. J, D. Modeling image distortions in 3DAP. Microscopy and Microanalysis. 10 (3), 384-390 (2008).
  27. Kellog, G. L. Determining the field emitter temperature during laser irradiation in the pulsed laser atom probe. J. Appl. Phys. 52, 5320 (1981).
  28. IVASTM 3.6.2 User Guide 2012. , CAMECA Instruments, Inc. (2012).
  29. 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).
  30. 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).
  31. Johnson, W. C., Blakely, J. M. Interfacial Segregation. , American Society of Metals. Metals Park, OH. 3-23 (1979).
  32. Miller, M. K., Jayaram, R. Some factors affecting analysis in atom probe. Surf. Sci. 266, 458-462 (1992).
  33. 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).
  34. 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).
  35. Kingham, D. R. The post-ionization of field evaporated ions: A theoretical explanation of multiple charge states. Surf. Sci. 116, 273-301 (1982).
  36. Letellier, L. Etude des joints de grains et interphases dans les superalliages Astroloy par microscopie electronique et tomographie atomique [dissertation]. , Rouen Univ., Groupe Physique des Materiaux. Rouen, France. (1994).
  37. Hoummada, I., Mangelinck, K., Chow, D., Lee,, Bernardini, J. Original methods for diffusion measurements in polycrystalline thin-films. Defect and Diffusion Forum. 322, 129-150 (2012).

Tags

Las células solares de película delgada Física química teoría de campos (física) la cristalografía los materiales semiconductores la física de estado sólido física de la materia condensada películas delgadas (teoría la deposición y crecimiento) defectos del cristal la estructura cristalina (semiconductores) Cu (In Ga) Se Límite de grano segregación láser pulsado átomo tomografía sonda microscopía electrónica de transmisión TEM retrodispersión de difracción de electrones tomografía sonda atómica APT SEM imágenes
Estudios de tomografía sonda atómica en el Cu (In, Ga) de Se<sub&gt; 2</sub&gt; Los límites de grano
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

Cojocaru-Mirédin, O., Schwarz,More

Cojocaru-Mirédin, O., Schwarz, T., Choi, P. P., Herbig, M., Wuerz, R., Raabe, D. Atom Probe Tomography Studies on the Cu(In,Ga)Se2 Grain Boundaries. J. Vis. Exp. (74), e50376, doi:10.3791/50376 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter