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Los temas cubiertos
Fondo
La célula fotovoltaica - ¿Cómo funciona?
Materiales y la eficiencia
Caracterización de dispositivos fotovoltaicos
Microcristalina calificado capa de silicio
Homogénea capa de ZnO
Mapeo de espesor de capa SiNx
Conclusión
Fondo
Una célula fotovoltaica o célula solar es un dispositivo semiconductor que consta de un diodo de unión pn de grandes superficies que, en presencia de luz solar es capaz de generar energía eléctrica utilizable. Esta conversión se llama el efecto fotovoltaico. Las células solares tienen muchas aplicaciones, y se adaptan particularmente bien a las situaciones donde la potencia eléctrica de la red no está disponible, como en la remota área de sistemas de energía, los satélites que orbitan la Tierra, las calculadoras de mano, radioteléfonos remotas, las aplicaciones de bombeo de agua, etc
Mucha de la investigación se centra en la fabricación de células solares más baratas y eficientes, de modo que puedan competir más eficazmente con otras fuentes de energía. Gran parte de esta optimización requiere una caracterización precisa de espesor de la película y la eficiencia de absorción de las películas delgadas para la fabricación de las células.
Elipsometría espectroscópica es una técnica de medición óptica utilizada para determinar el espesor de película delgada y constantes ópticas sencilla y precisa. En este artículo se ilustra la capacidad de la técnica de caracterización de dispositivos fotovoltaicos. Los materiales comúnmente estudiados son: silicio amorfo, silicio policristalino, ZnO, ITO, SnO2, TiO2, SiNx, MgO, etc ...
La célula fotovoltaica - ¿Cómo funciona?
El efecto fotovoltaico se inicia con la absorción de fotones en un semiconductor por encima de su banda prohibida de energía, lo que lleva a la generación de portadores de carga (electrones y huecos). Estos portadores de carga están separadas por un campo eléctrico interno creados por una unión pn o pin en el semiconductor, o por una hetero-unión entre el semiconductor y otro material.
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Figura 1. Esquema de una célula fotovoltaica.
Finalmente los portadores de carga son recogidas por electrodos y se puede utilizar para generar una corriente en el circuito exterior. El electrodo frente de la celda debe ser diseñado para permitir la transmisión de fotones de alta. Esto se puede lograr ya sea por una rejilla fina de metal, o mediante el uso de un óxido conductor transparente (TCO), como el de estaño e indio-óxido (ITO), de óxido de estaño (SnO2) o de óxido de zinc (ZnO). Recubrimientos antirreflectantes, que se utiliza para aumentar la cantidad de luz junto a la celda solar, suelen ser depositados en la parte frontal de la célula. Normalmente se aplica una capa de varios cientos de nanómetros de espesor a partir de plasma mayor deposición de vapor químico (PECVD).
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. Figura 2 Esquema de la sección transversal de la película fina a-Si: H de células fotovoltaicas.
Materiales y la eficiencia
Varios materiales han sido investigados por las células solares. La mayoría de los comerciales a gran escala de células solares de pantalla fabricación fábricas impreso células policristalinas de silicio solar. Solo obleas cristalinas se puede hacer en una excelente células solares de alta eficiencia, pero en general son considerados como demasiado caro para la producción en serie a gran escala. Las células de silicio amorfo tienen bajas eficiencias de conversión de alrededor del 8%. Polímero o las células solares orgánicas son construidas desde ultra delgadas capas (por lo general 100 nm) de los semiconductores orgánicos. Son potencialmente más barato de fabricar que el silicio, pero las eficiencias logradas hasta la fecha son bajos y las células son muy sensibles al aire y la humedad, haciendo que las aplicaciones comerciales difíciles.
Caracterización de dispositivos fotovoltaicos
Tres ejemplos de muestras comúnmente se caracteriza por ellipsometers espectroscópicas se presentan a continuación. El análisis se realizaron utilizando una HORIBA Jobin Yvon ellipsometer UVISEL fase espectroscópicas modulada controlada por DeltaPsi2 software. Ellipsometric datos fueron adquiridos en un ángulo de incidencia de 70 °, a través de la amplia gama espectral de 0,6 a 6,5 eV (190 a 2100 nm).
Microcristalina calificado capa de silicio
La capa de silicio microcristalino es homogénea en profundidad. El modelo incluye una capa calificado (función lineal) que se utiliza para especificar un valor en la parte inferior de la capa y la otra para la parte superior de la capa. Las constantes ópticas del silicio microcristalino se representa mediante una fórmula de dispersión.
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Figura 3. Constantes ópticas de silicio microcristalino.
El resultado obtenido demuestra el excelente acuerdo entre el modelo (línea) y los datos experimentales (puntos) en el rango espectral de conjunto, con? 2 = 0,81 (parámetro de calidad del resultado).
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Figura 4. Datos experimentales y ha generado.
Homogénea capa de ZnO
La muestra se compone de una capa de ZnO depositadas en c-Si. Para representar a la falta de homogeneidad en la profundidad de la capa de ZnO, un modelo de tres capas se utilizó. La muestra presenta una rugosidad pequeña en la parte superior, y la densidad del ZnO aumenta desde la interfaz de c-Si (primera capa) en la parte superior (2 ª capa). Se prevé un aumento del índice de refracción de la primera a la segunda capa.
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Figura 5. Óptica constantes de ZnO
Mapeo de espesor de capa SiNx
Mediante el uso de una platina motorizada XY muestra y una receta de mapeo que es fácil de automatizar el análisis en diferentes posiciones en la muestra. Tanto los espesores y constantes ópticas se determinaron en cada uno de los puntos. La cartografía muestra una variación del espesor de SiNx entre 600 y 750 A sobre la superficie de la muestra.
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Figura 6. Mapa de grosor de la capa SiNx
Conclusión
Elipsometría espectroscópica es una técnica ideal para caracterizar espesores y constantes ópticas para aplicaciones fotovoltaicas. ellipsometers espectroscópicos también son sensibles a la presencia de sobrecapa áspera y calificado constantes ópticas. La técnica ofrece la ventaja de ser rápido, fácil de manejar y no destructivo para la caracterización de las muestras.
Fuente: Horiba Científico-Thin Films División
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