Kennzeichnung von Foto-voltaischen Einheiten durch Spektralanalytisches Ellipsometry Unter Verwendung des Geräts von Horiba Wissenschaftlich - Dünnfilm

Themen Umfaßt

Hintergrund
Die Solarzelle - Wie Funktioniert Es?
Materialien und Leistungsfähigkeit
Foto-voltaische Einheits-Kennzeichnung
Geordnete Mikrokristalline Silikon-Schicht
Nicht Homogene ZnO-Schicht
Stärke Abbilden von SiNx-Schicht
Schlussfolgerung

Hintergrund

Eine Solarzelle oder Solarzelle ist ein Halbleiterbauelement, das aus einer p-nFlächendiode des großen Gebiets besteht, die in Anwesenheit des Sonnenlichts zum Erzeugen der brauchbaren elektrischen Energie fähig ist. Diese Umwandlung wird den photo-voltaischen Effekt genannt. Solarzellen haben viele Anwendungen, und sind zu den Situationen, in denen elektrische Leistung vom Gitter, wie in Stromnetze des entlegenen Gebiets besonders gut angepasst nicht verfügbar ist, Erden umkreisende Satelliten, Handtaschenrechner, Fernfunktelefone, Wasserpumpenanwendungen, Usw.

Viel der Forschung wird auf die Herstellung von Solarzellen billiger und effizienter gerichtet, damit sie mit anderen Energiequellen effektiv konkurrieren können. Viel dieser Optimierung benötigt genaue Kennzeichnung von Dicken- und Absorptions-Leistungsfähigkeit für die Dünnfilme, die verwendet werden, um die Zellen herzustellen.

Spektralanalytisches ellipsometry ist eine optische Maßtechnik, die verwendet wird, um dünne Dicke und optische Konstanten einfach und genau zu bestimmen. Dieser Artikel stellt die Fähigkeit der Technik dar, photo-voltaische Einheiten zu kennzeichnen. Die geläufig studierten Materialien umfassen: formloses Silikon, Polysilikon, ZnO, ITO, SnO2, TiO2, SiNx, MgO, usw.….

Die Solarzelle - Wie Funktioniert Es?

Der photo-voltaische Effekt beginnt mit der Absorption von Photonen in einem Halbleiter über seinem Energiebandeabstand und führt zu die Generation von Ladungsträgern (Elektronen und Löcher). Diese Ladungsträger werden dann durch einen internen elektrischen Bereich erstellten entweder durch einen p-n oder eine Stiftkreuzung innerhalb des Halbleiters oder durch eine Heterokreuzung zwischen dem Halbleiter und einem anderen Material getrennt.

 

Abbildung 1. Diagramm einer Solarzelle.

Schließlich werden die Ladungsträger durch Elektroden montiert und können verwendet werden, um einen Strom in der äußeren Schaltung zu erzeugen. Die vordere Elektrode der Zelle sollte konstruiert werden, um hohe Übertragung von Photonen zu erlauben. Dieses kann durchgeführt werden entweder durch ein feines Gitter des Metalls oder indem man ein transparentes leitfähiges Oxid wie (TCO) Indium-Zinn-Oxid, (ITO) Zinn-Oxid (SnO2) oder Zink-Oxid verwendet (ZnO). Die Antireflexionsschichten, verwendet, um die Menge der Leuchte zu erhöhen verbunden in die Solarzelle, werden gewöhnlich auf der Vorderseite der Zelle abgegeben. Sie wird gewöhnlich in einer Schicht mehrere Hundert nm dick unter Verwendung des Plasma erhöhten chemischen Bedampfens angewendet (PECVD).

 

Abbildung 2. Schematischer Querschnitt von Dünnfilm EinSi: H-Solarzelle.

Materialien und Leistungsfähigkeit

Verschiedene Materialien sind für Solarzellen nachgeforscht worden. Umfangreichste kommerzielle Solarzellenfabriken stellen Bildschirm polykristalline Drucksolarzellen des Silikons her. Monokristallwafers können in ausgezeichnete Solarzellen der hohen Leistungsfähigkeit gemacht werden, aber sie werden im Allgemeinen als zu teuer für umfangreiche Großserienfertigung betrachtet. Formlose Silikonzellen haben niedrige Umwandlungs-Leistungsfähigkeit von herum 8%. Polymer oder organische Solarzellen werden ultra von den Dünnschichten (gewöhnlich 100 nm) von organischen Halbleitern aufgebaut. Sie sind möglicherweise billiger als Silikon herzustellen, aber die Leistungsfähigkeit, die bis jetzt erzielt wird, ist niedrig und Zellen sind für die Luft und Feuchtigkeit sehr empfindlich und stellen kommerzielle Anwendungen schwierig.

Foto-voltaische Einheits-Kennzeichnung

Drei Beispiele von den Proben, die geläufig durch spektralanalytische ellipsometers gekennzeichnet werden, werden unten dargestellt. Die Analyse wurden unter Verwendung eines modulierten ellipsometer HORIBA Jobin Yvon UVISEL spektralanalytische Phase durchgeführt, das durch Software DeltaPsi2 gesteuert wurde. Ellipsometric Daten wurden schräg vom Vorkommen von 70°, über dem erweiterten Spektralbereich von 0,6 bis eV 6,5 erworben (190 - 2100 nm).

Geordnete Mikrokristalline Silikon-Schicht

Die mikrokristalline Silikonschicht ist nicht homogenes ausführliches. Das Baumuster umfaßt eine geordnete Schicht (lineare Funktion) verwendet, um einen Wert an der Unterseite der Schicht und einer anderen festzulegen für die Schichtoberseite. Die optischen Konstanten des mikrokristallinen Silikons wurden unter Verwendung einer Streuungsformel dargestellt.

 

Abbildung 3. Optische Konstanten vom mikrokristallinen Silikon.

Das erzielte Ergebnis zeigt die ausgezeichnete Vereinbarung zwischen dem Baumuster (Zeile) und dem experimentellen Spektralbereich der Daten (Punkte) im Allgemeinen, mit? 2 =0.81 (Ergebnisqualitätsparameter).

 

Abbildung 4. Experimentelle und erzeugte Daten.

Nicht Homogene ZnO-Schicht

Die Probe besteht aus einer ZnO-Schicht, die auf CSi abgegeben wird. Um den Inhomogeneity darzustellen, der von der ZnO-Schicht ausführlich ist, wurde ein drei Referenzmodell verwendet. Die Probe weist eine kleine Rauheit auf die Oberseite auf, und die Dichte des ZnO erhöht von der CSi Schnittstelle (1. Schicht) auf die Oberseite (2. Schicht). Sie liefert eine Zunahme des Brechungskoeffizienten vom 1. bis der 2. Schicht.

 

Abbildung 5. Optische Konstanten von ZnO

Stärke Abbilden von SiNx-Schicht

Indem es eine motorisierte X-Ybeispielstufe und ein abbildendes Rezept verwendet, ist- es einfach, die Analyse in verschiedenen Stellungen auf der Probe zu automatisieren. Waren Stärken und optische Konstanten an jeden Punkten entschlossen. Das Abbilden zeigt eine Variante von SiNx-Stärke zwischen 600 und 750 Å über der Oberfläche der Probe.

 

Abbildung 6. Stärkekarte von SINx-Schicht

Schlussfolgerung

Spektralanalytisches ellipsometry ist eine ideale Technik, zum von Schichtstärken und von optischen Konstanten für photo-voltaische Anwendungen zu kennzeichnen. Spektralanalytische ellipsometers sind auch für das Vorhandensein des rauen overlayer und der geordneten optischen Konstanten empfindlich. Die Technik liefert den Vorteil, um schnell, einfach zu sein zu benützen und zerstörungsfrei für die Kennzeichnung der Proben.

Quelle: Wissenschaftliche Dünnfilm-Abteilung Horiba

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte Wissenschaftliche Dünnfilm-Abteilung Horiba

Date Added: May 20, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 17:52

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