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Caracterización de Dispositivos Fotovoltaicos por Ellipsometry Espectroscópico Usando el Equipo de Horiba Científico - Película Fina

Temas Revestidos

Antecedentes
¿La Célula Fotovoltaica - Cómo Trabaja?
Materiales y Eficiencia
Caracterización Fotovoltaica del Dispositivo
Capa Microcristalina Nivelada del Silicio
Capa No Homogénea de ZnO
Correspondencia del Espesor de la Capa de SiNx
Conclusión

Antecedentes

Una célula fotovoltaica, o la célula solar es un dispositivo de semiconductor que consiste en un diodo de unión del p-n de la área extensa que en presencia de luz del sol sea capaz de generar energía eléctrica usable. Esta conversión se llama el efecto fotovoltaico. Las células Solares tienen muchas aplicaciones, y están determinado bien adaptadas a las situaciones donde está inasequible, por ejemplo en los sistemas eléctricos de la área remota, los satélites que están en órbita de la Tierra, las calculadoras del PDA, los radioteléfonos alejados, las aplicaciones del bombeo de agua, Etc. la corriente eléctrica de la matriz.

Mucha de la investigación se centra en la fabricación de las células solares más baratas y más eficientes, de modo que puedan competir más eficazmente con otras fuentes de energía. Mucha de esta optimización requiere la caracterización exacta del espesor del film y la eficiencia de la amortiguación para las películas finas usadas para fabricar las células.

Ellipsometry Espectroscópico es una técnica de medición óptica usada para determinar espesor del film fino y constantes ópticos simple y exactamente. Este artículo ilustra la capacidad de la técnica de caracterizar los dispositivos fotovoltaicos. Los materiales estudiados común incluyen: silicio amorfo, silicio polivinílico, ZnO, ITO, SnO2, TiO2, SiNx, MgO, etc….

¿La Célula Fotovoltaica - Cómo Trabaja?

El efecto fotovoltaico comienza con la amortiguación de fotones en un semiconductor encima de su separación de banda de energía, llevando a la generación de ondas portadoras (los electrones y los agujeros). Estas ondas portadoras entonces son separadas por un campo eléctrico interno crearon por un p-n o una unión del contacto dentro del semiconductor, o por una heterounión entre el semiconductor y otro material.

 

Cuadro 1. Diagrama de una célula fotovoltaica.

Finalmente las ondas portadoras cerco por los electrodos y se pueden utilizar para generar una corriente en el circuito exterior. El electrodo delantero de la célula se debe diseñar para permitir la alta transmisión de fotones. Esto se puede lograr por una matriz fina del metal, o usando un óxido conductor transparente (TCO) tal como Indio-Estaño-Óxido (ITO), Estaño-Óxido (SnO2) o Cinc-Óxido (ZnO). Las capas de Antireflejos, usadas para aumentar la cantidad de luz acoplada en la célula solar, se depositan típicamente sobre el lado frontal de la célula. Se aplica típicamente en una capa varios cientos de nanómetros densamente usando la deposición de vapor químico aumentada plasma (PECVD).

 

Cuadro 2. corte transversal del Diagrama Esquemático de la película fina uno-Si: Célula fotovoltaica de H.

Materiales y Eficiencia

Los Diversos materiales se han investigado para las células solares. Las fábricas celulares solares comerciales más en grande fabrican las células solares de silicio policristalinas impresas pantalla. Los fulminantes Monocristalinos se pueden hacer en las células solares excelentes de la eficacia alta, pero se consideran generalmente ser demasiado costosos para la producción en masa en grande. Las células de silicio Amorfas tienen eficiencias de conversión inferiores del alrededor 8%. El Polímero o las células solares orgánicas se construye ultra de las capas delgadas (típicamente 100 nanómetro) de semiconductores orgánicos. Él es potencialmente más barato fabricar que el silicio, pero las eficiencias logradas hasta la fecha son inferiores y las células son altamente sensibles al aire y a la humedad, haciendo aplicaciones comerciales difíciles.

Caracterización Fotovoltaica del Dispositivo

Tres ejemplos de las muestras caracterizadas común por ellipsometers espectroscópicos se presentan abajo. El análisis fue realizado usando un ellipsometer con modulación de fase espectroscópico de HORIBA Jobin Yvon UVISEL controlado por el software DeltaPsi2. Los datos Elipsométricos fueron detectados en ángulo de la incidencia de 70°, a través del rango espectral extendido a partir de la 0,6 al eV 6,5 (190 - 2100 nanómetro).

Capa Microcristalina Nivelada del Silicio

La capa microcristalina del silicio es profundizada no homogéneo. El modelo incluye una capa nivelada (función lineal) usada para especificar un valor en la parte inferior de la capa y de otro para la parte superior de la capa. Los constantes ópticos del silicio microcristalino fueron representados usando una fórmula de la dispersión.

 

Cuadro 3. constantes Ópticos del silicio microcristalino.

¿El resultado obtenido muestra el acuerdo excelente entre el modelo (línea) y el rango espectral experimental de los datos (puntos) en general, con? 2 =0.81 (parámetro de la calidad del resultado).

 

Cuadro datos Experimentales y generados de 4.

Capa No Homogénea de ZnO

La muestra consiste en una capa de ZnO depositada en el c-Si. Para representar la inhomogeneidad profundizada de la capa de ZnO, un modelo de capa tres fue utilizado. La muestra exhibe una pequeña tosquedad en parte superior, y la densidad del ZnO aumenta del interfaz c-Si (1ra capa) a la parte superior (2da capa). Proporciona a un aumento del Índice de refracción del 1r a la 2da capa.

 

Cuadro 5. constantes Ópticos de ZnO

Correspondencia del Espesor de la Capa de SiNx

Usando un escenario XY motorizado de la muestra y una receta de correspondencia es simple automatizar el análisis en diversas posiciones respecto a la muestra. Los espesores y los constantes ópticos eran resueltos en cada puntas. La correspondencia muestra una variación del espesor de SiNx entre 600 y 750 Å sobre la superficie de la muestra.

 

Cuadro 6. correspondencia del Espesor de la Capa de SINx

Conclusión

Ellipsometry Espectroscópico es una técnica ideal para caracterizar espesores del film y los constantes ópticos para las aplicaciones fotovoltaicas. Los ellipsometers Espectroscópicos son también sensibles a la presencia de overlayer áspero y de constantes ópticos nivelados. La técnica proporciona a la ventaja para ser rápida, simple operatorio y no destructivo para la caracterización de las muestras.

Fuente: División Científica de las Películas Finas de Horiba

Para más información sobre esta fuente visite por favor la División Científica de las Películas Finas de Horiba

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

Last Update: 13. June 2013 18:28

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