I detta arbete, beskriver vi användningen av atomen-sonden tomography teknik för att studera korngränserna i absorbentskiktet i en CIGS solcell. En ny metod för att framställa de tips atom prob innehållande den önskade korngränsen med en känd struktur presenteras också här.
Jämfört med de existerande teknikerna, är atom sond tomografi en unik teknik kunna kemiskt karakterisera de interna gränssnitten i nanoskala och i tre dimensioner. I själva verket besitter APT hög känslighet (i storleksordningen ppm) och hög rumslig upplösning (under nm).
Avsevärda ansträngningar gjordes här för att förbereda en APT spets som innehåller den önskade korngränsen med en känd struktur. Sannerligen, kombinerat fokuserad-jon-stråle, elektron backscatter diffraktion, och transmissionselektronmikroskopi platsspecifik provberedning användning presenteras i detta arbete. Denna metod tillåter utvalda korngränser med känd struktur och lokalisering i Cu (In, Ga) Se 2 tunn-filmer som ska studeras av atom sond tomografi.
Slutligen diskuterar vi för-och nackdelar med att använda atomen sonden tomografi teknik för att studera korngränserna i Cu (In, Ga) Se-2 thin-film solceller.
Thin-film solceller baserade på kopparkis-strukturerade halvledarföreningen Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) som absorbermaterialet har varit under utveckling i mer än två decennier på grund av sin höga effektivitet, strålning hårdhet, långsiktigt stabil prestanda och låga produktionskostnader 1-3. Dessa solceller kan tillverkas med endast liten materiell konsumtion på grund av de gynnsamma optiska egenskaper CIGS absorbatorn skiktet, nämligen ett direkt bandgap och en hög absorptionskoefficienten 1,2. Absorbentfilmer av endast några få mikrometer i tjocklek är tillräckliga för att generera en hög fotoström. Eftersom diffusionsvägarna av fotogenererade laddningsbärare på elektroderna är relativt korta, kan CIGS absorbenter framställas i polykristallin formulär. Den maximala verkningsgraden för en Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) solcell som hittills uppnåtts är 20,4% 4, vilket är det högsta värdet bland alla tunnfilm solceller.
ove_content "> För att ytterligare etablera CIGS tunn film solceller teknik, både minskningen av produktionskostnaderna och förbättringen av solcell effektivitet är viktigt. Det senare är starkt beroende av mikrostruktur och kemisk sammansättning av CIGS absorberskiktet. Interna gränssnitt, särskilt korngränser (GBS) i absorbatorn, spelar en central roll, eftersom de kan påverka transporten av fotogenererade laddningsbärare.En av de viktigaste olösta frågorna med avseende på CIGS-solceller är den godartade natur CIGS GBs, dvs polykristallina CIGS absorbentfilmer ger enastående cell effektivitetsvinster trots en hög täthet av GBs och gitter defekter.
Flera författare studerade GBs i sol-grade CIGS filmer med avseende på deras elektriska egenskaper 5,6, karaktär och misorientation 7-9 samt förorening segregation 10-13. Men ingen tydlig koppling mellan dessa properties kunde fastställas hittills. I synnerhet finns det en stor brist på information om den lokala kemiska sammansättningen och halten föroreningar i GBS.
Under de senaste två decennierna, har Atom Probe Tomography (APT) dykt upp som en av de lovande nano-analysteknik 14-17. Tills nyligen APT studier av solceller har till stor del begränsas av svårigheter i provberedning processen och begränsad förmåga att analysera halvledarmaterial med användning av konventionella pulsad spänning atom sonder. Dessa restriktioner har till stor del övervinnas genom utveckling av "lift-ut-metoden" bygger på fokuserade jonstrålar (FIB) fräsning 18 och införandet av pulsad laser APT 16. Flera artiklar om APT karakterisering av CIGS-solceller har publicerats 19-23, som är starkt uppmuntrande för fortsatta undersökningar.
Detta dokument ger en riktlinje för hur man studerar inre jagnterfaces i CIGS tunnfilms-solceller av atomen sonden tomografi teknik.
I det pågående arbetet har vi presenterat APT resultat på en slumpmässig HAGB i CIGS, ett sammansatt halvledarmaterial som används för solceller applikation. Vidare har vi också visat att APT i samband med kompletterande tekniker, såsom EBSD och TEM, är ett kraftfullt verktyg för att klarlägga strukturen-kompositionen egenskaper relation för CIGS-solceller. Tyvärr var korrelationen mellan APT och EDX / ålar i TEM inte möjligt eftersom det första, har EDX / EELS inte tillräcklig upplösning för att dete…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete är grundat av den tyska Research Foundation (DFG) (Contract CH 943/2-1). Författarna vill tacka Wolfgang Dittus, och Stefan Paetel från Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg för framställning av CIGS absorberskiktet för detta arbete.