Login processing...

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

Engineering

Atom Probe tomografi Undersøgelser af Cu (I, Ga) Se doi: 10.3791/50376 Published: April 22, 2013

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

1.. CIGS Layer Deposition

  1. Sputter-depositum 500 nm af molybdæn (back kontakt layer) på et 3 mm tykt natronkalkglas substrat (SLG).
  2. Co-fordampe 2 um CIGS i et inline flertrins CIGS proces 24.. De opnåede CIGS lag aflejret på Mo tilbage kontakt er vist i figur 1..
  3. Mål den integrerede sammensætning CIGS lag af X-ray fluorescens spektrometri (XRF). Det opnåede CIGS sammensætning er vist i tabel 1..

2.. Stedsspecifikt Samples Fabrication for APT Analysis

  1. Skær en TEM Mo gitter i to halvdele for at opnå en række af flere stifter, er støtten til de senere prøver. Monter TEM halv-grid på en holder og taper enderne af benene ved elektropolering i 5 vægt. % NaOH ned til en spids diameter <2 um. Processen kan være rimeligt styres ved hjælp af et stereoskop. Derefter monteres elektropolerede tavlen anden indehaver that er optimeret til sekventiel FIB, TEM, EBSD og APT karakterisering.
  2. Mølle to render ind CIGS tynd-film ved anvendelse af FIB at få en underskæring (figur 2a). Lav en første frie-cut på den venstre side af bid.
  3. Fastgør mikromanipulator til bid ved at deponere en Pt svejsning ved ion-beam induceret kemisk dampudfældning. Derefter foretage den endelige frit skåret på den modsatte side og lift-out den fritstående luns (figur 2b).
  4. Skær nu de skarpe stifter af TEM Mo halv-net til en kile (2-3 um i diameter) med en god fælles for ekstraherede bid. Monter luns på stifterne hjælp Pt deposition (figur 2c). Lav en fri-cut for endelig at opnå kun en lille del af den luns (omkring 2 pm) på toppen af ​​Mo pin. Bagefter montere nettet holderen på hovedet og fylde hullet mellem Mo pin og monterede stykke med Pt. Fortsætte den samme procedure med den resterende luns. For flere detaljer om lift-outprocedure, kan læseren konsultere følgende referencer 18,25.
  5. Placer gitteret oprejst og rengør tværsnit af chunk (vælg stedet med tyndere Pt svejsning) ved hjælp af en lav accelererende spænding og stråle strøm (5 kV og <50 Pa) i FIB. Således får man en glat overflade og mindre forurening som følge af Ga + implantation, som er nødvendig for EBSD målinger.
  6. Fra EBSD målingen udføres på tværsnittet vælge en GB interesse. Orienteringen af GB er at foretrække at være vinkelret med hensyn til analysen retning i atomet probe (z-aksen) for at reducere den lokale forstørrelse effekt 26, som er beskrevet mere detaljeret i diskussionen del. En passende område med en GB er fremhævet i Figur 2d.
  7. Udfør en ringformet fræsning i området GB valgt i trin 2.6) for at danne en skarp spids. Krumningsradius skal være lille nok (<100 nm) for yderligere TEM investigationer. For at nå dette mål, reducere den indvendige diameter af den ringformede fræsning mønster trin for trin (fig. 2e) og samtidig visualisere spidsen formgivning ved sekundær elektron (SE). Således kan man korrigere beam skiftehold eller justere formaling mønster for at fjerne uregelmæssigheder på spidsen som krusning eller genaflejring af materiale, der stammer fra forskellige sputter udbytte, shadowing effekter osv.
  8. Lokalisere nøjagtige position GBS med hensyn til spidsen af spidsen ved hjælp af TEM værktøj (se figur 2f), vel vidende, at sammenlignet med andre materialer (som superlegeringer) CIGS GBS er ikke synlige i SEM.
  9. Vide præcis, hvor GB er beliggende i APT tip, overføre prøven tilbage til FIB og fortsætte med at møllen prøven at placere GB på maksimalt 200 nm under spidsen af ​​spidsen. På dette stadium, er formaling udføres ved meget lav kV (5 kV) og lav strøm (<50 Pa). Faktisk er målet ikke blot at lokalisere GB tættere to spidsen af spidsen, men også for at minimere Ga + beskadigelse af APT spids under denne procedure. Samtidig til den lave kV fræsning, visualisere formen af APT spids i SEM og kontrollere mængden af det materiale, der skal fjernes fra spidsen af spidsen (fig. 2g).
  10. Overfør igen prøven af ​​TEM og kontrollere placeringen af ​​GB med hensyn til spidsen af ​​spidsen. Lav en oversigt billede af prøven (figur 2h) for at opnå præcis viden om GB position, udviklingen af prøven diameter og halv skaft-vinkel. Dette er nødvendigt for at opnå en optimal rekonstruktion af APT data. Desuden bruger lave forstørrelser og reducerede eksponering gange for at minimere electron-beam inducerede skader og C forurening, som kan føre til en højere fejlrate i APT målinger.

3.. APT Analyse i en CAMECA LEAP 3000X HR System

  1. Monter modellen i APT holdis. Derefter monteres prøven pucken i en af ​​de fire karruseller rådighed.
  2. Sæt karrusel med prøven pucken inde belastningen lås og begynde at pumpe belastningen lås. Når vakuum i lasten låsen er ~ 10 -7 Torr, indsætte karrusellen inde i bufferkammeret.
  3. Efter at have ventet ca. 1 time for at genoprette vakuum i bufferkammeret (~ 7x10 -9 Torr), overføre prøven fra bufferen kammer til det primære analyse kammeret. Dette gøres med en horisontal overførsel stang, som er en manuelt betjent indretning.
  4. Før start målingen inde APT, afkøle temperaturen til 60 K. Denne lave temperatur vil forhindre udbredelsen af ​​atomerne på overfladen af ​​prøven under analysen. Vi bemærker her, at 60 K er den indstillede temperatur og ikke den reelle temperatur målt på APT spids, som bør være højere på grund af laser varme af prøven. Som foreslået af Kellog et al. 27. Denne temperatur kan estimeres ved at tage hensyn til den relative ladning-state-forhold. Desværre, i dette arbejde den faktiske temperatur af de tips der ikke kunne beregnes hovedsagelig fordi feltet afdampning af CIGS materiale er ukendt.
  5. APT forsøgene gennemføres i lasermodus med en grøn laser med en bølgelængde på ca 532 nm og 12 psec puls længde.

4.. Rekonstruktion af APT data

  1. Åbn RHIT fil (rå data direkte opnået efter APT målinger) med CAMECA integrerede Visualisering og Analysis Software (IVAs 3.6.2) 28 generelt bruges til at rekonstruere den 3D-kort.
  2. Udfør genopbygningen af 3D-kort ved hjælp af følgende otte trin 28:
    1. Trin 1 - setup, hvilket er en read-only rude giver alle detaljer om arten og indholdet af det valgte studium.
    2. Trin 2 - Vælg ion sekvens rækkevidde. Dette trin definerer ion-sekvens rækkevidde i forhold til modellen-Spænding, der skal vælges i de rekonstruere data.
    3. Trin 3 - vælg detektor ROI. Dette trin giver mulighed for at fjerne ioner placeret uden for detektoren ROI (sort ellipse på detektoren begivenhed histogram).
    4. Trin 4 - TOF korrektioner. Dette trin beregner spænding, den tid-of-flight (TOF) og planaritet af detektor ('skål korrektionen ") korrektioner for analysen.
    5. Trin 5 - Mass kalibrering. Den målte peak position i den analyserede massespektrum er kalibreret med kendte isotop / opladning stater.
    6. Trin 6 - Ranged ion opgave. I dette trin toppene i massespektret tildeles element isotop intervaller.
    7. Trin 7 - Reconstruction. Dette trin gælder en af ​​tre genopbygning metoder til at de indsamlede data: spænding metode, skank-vinkel metoden eller tip-profil metoden. Den sidste anvendes i aktuelle undersøgelse at rekonstruere vores 3D-kort. Denne metode kræver et SEM eller TEM billede af de tip, som vist i figur 2g og figur 2h. Næseradius på ethvert punkt i genopbygningen er defineret ved en lineær interpolation mellem en række punkter defineret i SEM-billede.
    8. Trin 8 - Bekræftelse. I dette trin er preview skabt i genopbygningen fanen konverteret til en gemt analyse.

Representative Results

Figur 3 viser et sidebillede (xz slice) elementært kort over tilfældige høj vinkel GB (HAGB) 28,5 ° - <511> cub valgt i figur 2 ved stedspecifik fremstillingsmetode. Co-adskillelse af Na, K og O på et CIGS HAGB afbildes direkte bruge APT. Disse urenheder sandsynligvis diffunderet ud af SLG substrat i absorberlaget under afsætningen af ​​CIGS lag ved ~ 600 ° C.

4a viser Cu, I, Ga og SE koncentration profiler tværs GB vist i figur 3.. Cu, In, Ga, og SE koncentrationer ved GB er forskellige fra dem i korn indre (GIS). Det kan tydeligt ses, at Cu og Ga er udtømte på dette GB, mens I er beriget. Dette er i overensstemmelse med hvad der blev postuleret af Persson et al. 29. på grundlag af ab-initio tæthedsfunktionalteori (DFT) beregninger, nemlig at Cu stillingsopslag rækker enre fortrinsvis dannet ved CIGS GBs. The In berigelse og Cu ​​udtynding kunne forklares ved den lave dannelse energi ladningsneutral defekt pair 2V Cu - + In Cu 2 + 30. Det skal bemærkes, at DFT beregninger Persson et al. 29 blev udført for et symmetrisk GB (Σ 3 (112) TB), hvorimod APT data i figur 3 blev opnået for en tilfældig HAGB. Desuden blev Cu-beriget og In-befriet HAGBs også observeret for det samme materiale som nævnt i vores tidligere arbejde 21..

4b viser koncentrationerne af Na, K og O urenheder ved denne HAGB, som er 1,7 ved%, 0.035 ved%, og 0,4 ved%, henholdsvis (se tabel 2). De tilsvarende grænsefladefænomener udskejelser (Γ) værdier for Na Na), K K) og O O) beregnetfra APT data er også vist i tabel 2.. Disse grænsefladespændinger udskejelser blev beregnet ved hjælp Cahn tilgang 31.

De gennemsnitlige sammensætning GI 1 og GI 2 (GI: korn interiør, se tabel 2) viser en lille variation af Cu, I, Se og Ga koncentrationer fra den ene korn til en anden. Disse koncentrationsværdier er i god overensstemmelse med koncentrationen profiler i figur 4a. Desuden O koncentrationen er forskellig fra den ene korn til en anden (170 ppm for GI 1 og 0 ppm for GI 2) henviser til, at Na sammensætning er næsten konstant (50 ppm for GI 1 og 60 ppm for GI 2, se tabel 1) . K koncentrationen inde i kornene er under støjniveau denne APT måling (støjniveau = 45 ± 5 ppm / amu), og dermed under detektionsgrænsen.

Figur 1 telt-width = "4in" fo: src = "/ files/ftp_upload/50376/50376fig1highres.jpg" src = "/ files/ftp_upload/50376/50376fig1.jpg" />
Figur 1. SEM-billede af en CIGS lag på Mo belagt natronkalkglas substrat.

Figur 2
Figur 2. a) Formaling af en luns for lift-out, b), fastgørelse af mikromanipulator ved Pt deposition, c), montering af en luns brik på en TEM Mo halv-grid,) d EBSD måling på en renset tværsnit, e) ringformet formaling af en pre-skærpet spids, litra f), TEM billede af en GB g) endelig lav kV fræsning, h) TEM billede af en GB i APT tip efter lav kV fræsning. Klik her for at se større figur .

Figur 3 "fo: content-width =" 5in "fo: src =" / files/ftp_upload/50376/50376fig3highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50376/50376fig3.jpg "/>
Figur 3. 3D APT kort over Cu (blå), in (lyserød), Ga (gul), SE (rød), Na (grøn), O og OH (lyseblå) og K (khaki). Disse 3D-kort direkte viser Na, K og O adskillelse ved en HAGB (28 ° - <511> cub), som blev analyseret ved EBSD og TEM før APT analyse.

Figur 4
Figur 4.. (A) Cu, Se, Ga, In og (b) Na, K, O koncentration dybdeprofiler gennem GB vist i figur 3.. Prøveudtagning boks bruges til at bygge disse profiler er 32 x 32 x 0,3 nm 3.. Bars giver de statistiske fejl (2σ).få = "_blank"> Klik her for at se større figur.

Element Cu I Ga Se
Konc. (Ved%) 22.3 18.6 7.2 51,9

Tabel 1.. Integral sammensætning CIGS lag målt med XRF.

Elementer GI 1 (at.%) GI 2 (at.%) GB (at.%) Γ GB (ved / m 2)
Cu 21,5 ± 0,12 22,8 ± 0,12 18.2 ± 0,4 -
I 19,6 ± 0,12 19,4 ± 0,12 21,8 ± 0,4 -
Ga 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

Tabel 2. Cu, I, Ga, Se, Na, K og Osammensætning værdier i kornet indre (GI) og ved korngrænsen (GB) af CIGS opnået fra APT masse og ladning spektre, efter udfoldning af overlappende masse toppe. Γ GB repræsenterer grænseflademidler overgreb (Γ) på GB.

Discussion

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 og O koncentrationer på korngrænsen og andet EDX / ÅL er ikke følsom over for alle elementer, især for Na og O.

APT er en unik teknik i stand til kemisk karakterisere grænsefladerne i nanoskala, og at visualisere dem i tre dimensioner 14-17. Stærkt fortyndede urenhed koncentrationer i snesevis af ppm kan detekteres på grund af den høje signal-støj-forholdet i massespektre. En anden fordel afAPT teknik er, at detektionsfølsomheden ikke er element-specifikke, hvis passende måleparametre er valgt.

Man skal nævne her, at for at måle præcist kompositoriske værdier ved CIGS GBs og korn interiører, er det vigtigt at vælge de optimale betingelser for APT analyse (temperatur, laser energi, puls, osv.). Hvis ikke, kan artefakter såsom fortrinsbehandling fordampning og fastholdelse 32 elementer forekomme under pulserende felt fordampning af prøven. Disse artefakter kan dukke op, når der er en stor forskel i marken fordampning af elementerne. Således bør feltet fordampningshastigheden, spændingen, og laserenergien være indstillet på en sådan måde, at alle elementer vil blive fjernet med lige stor sandsynlighed. Som vist her, ved at vælge tilsvarende passende parametre til APT analyse, fandt vi tæt CIGS sammensætning i forhold til den, der opnås med XRF (se tabel 1 og 2). Vi bemærker her, at than overvurdering af Se koncentrationen i CIGS med XRF skyldes Mose 2 lag stede ved CIGS / Mo-grænsefladen. En anden årsag til det lavere Se koncentrationen målt ved APT (under den nominelle værdi af 50%) kunne være den foretrukne fordampning af Se mellem laserpulser som SE er de mest volatile arter i CIGS. Endvidere kan forskellen i Cu, I, og Ga koncentrationer på mellem APT og XRF skyldes det faktum, at APT foranstaltninger CIGS sammensætning lokalt, hvorimod XRF foranstaltninger en gennemsnitlig sammensætning CIGS filmen. Faktisk er det velkendt, at Cu / I koncentrationen varierer fra korn til en anden og Ga koncentrationen er højere i den øvre del af filmen (hvor vores APT spids blev fremstillet) på grund af Ga gradient observeret i flertrins dyrket film 33.. Vi bemærker her, at der ikke Ga ioner der kommer fra FIB kilden blev observeret i massespektrum (Ga fra FIB findes kun som isotop 69 amu), og dette skyldes primært den lave kV fræsning af APT tips.

Én største ulempe, der er observeret, når man studerer grænsefladerne med APT teknik er, at i almindelighed bredden af ​​GBS, enten forstørres eller formindskes i forhold til den strukturelle bredde beregnet ud fra TEM-billeder (lavere end 1 nm). Dette skyldes, at den lokale forstørrelse effekt 26. Denne virkning opstår, når GB har en fordampning felt forskellig fra bulkmaterialet. En GB med en højere fordampning felt (E) medfører et fremspring på spidsen overflade (E ~ V / R, V er den påførte spænding og R krumningsradius). I dette tilfælde ioner stammer fra GB aflede udad, hvilket forårsager en tilsyneladende fald i tæthed af ioner. Omvendt, når GB har en lavere fordampning felt overfladen af ​​spidsen i regionen GB vil blive fladtrykt som afbøjer ion baner indad. I dette tilfælde vil den lokale densitet i GB-regionen være højere. Derudover overlappe baner forårsaget af lokale forstørrelsen effekts vil også forringe den laterale rumlige opløsning på grænsefladen, selvom koncentrationerne er stort set uændret som vist ved De Geuser et al. 34..

I den aktuelle undersøgelse, er bredden af ​​den detekterede tilfældige HAGB adskillelse zone (≈ 3 nm) større end 1 nm, den typiske strukturelle bredde af en GB. Endvidere atomar tæthed målt ved APT er højere ved GB end i CIGS matrix, som angiver, at den lokale forstørrelse virkningen havde forekommet under fordampningen. Jo højere tæthed på GB forklares ved det nederste felt fordampning af denne særlige CIGS GB sammenlignet med CIGS kerner. For enlige ladede ioner, er feltet fordampning værdierne F Cu = 30 V / nm, F I = 12 V / nm, F Ga = 15 V / nm og F K = 60 V / nm 35.. Sé, Na og O felt fordampning værdier er ikke angivet i litteraturen. Vi bemærker her, at disse værdier gælder for pURE elementer. I sammensatte halvledere, såsom CIGS kan fordampning af hvert af disse elementer være anderledes. Alligevel, i figur 4a fandt vi, at GB indeholder en lavere Cu koncentration end stede i korn interiør. Faktisk kan denne lavere Cu koncentration mindske fordampningen felt ved GB. Desuden Letellier et al. 36. rapporteret for nikkel-baserede superlegeringer, at den lokale forstørrelse effekten øges løbende, efterhånden som GB nærmer sig en orientering parallel til spidsen akse (z-aksen). Dette kan forklare, hvorfor bredden af GB er kun lidt forstørret i forhold til andre undersøgelser 37..

Afslutningsvis giver APT undersøgelser ikke kun en 3D omfordeling kort over de elementer, men også den kemiske sammensætning af grænsefladerne på nanoskala. Som mange værktøjer udfører undersøgelser på nanoskala, bør en særlig opmærksomhed på analysen kvalitet og fortolkningen af ​​data. FaktiskAPT har nogle begrænsninger så godt og derfor er det vigtigt at forstå, hvordan disse begrænsninger påvirker de målte data for at sikre en korrekt fortolkning af data.

Acknowledgments

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.

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).
Atom Probe tomografi Undersøgelser af Cu (I, Ga) Se<sub&gt; 2</sub&gt; Korngrænser
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

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).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