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Caractérisation des Dispositifs Photovoltaïques par Ellipsometry Spectroscopique Utilisant le Matériel de Horiba Scientifique - Film Mince

Sujets Couverts

Mouvement Propre
La Cellule Photovoltaïque - Comment Fonctionne-t-cela ?
Matériaux et Efficience
Caractérisation Photovoltaïque de Dispositif
Couche Microcristalline Classée de Silicium
Couche Non Homogène de ZnO
Mappage d'Épaisseur d'une Couche de SiNx
Conclusion

Mouvement Propre

Une cellule photovoltaïque, ou la pile solaire est un dispositif de semi-conducteur se composant d'une diode à jonction de la vaste zone NA qui en présence de la lumière solaire est capable de produire de l'énergie électrique utilisable. Cette conversion est appelée l'effet photovoltaïque. Les piles Solaires ont beaucoup d'applications, et sont particulièrement bien adaptées aux situations où le courant électrique du réseau est indisponible, comme dans des systèmes d'alimentation de contrée lointaine, Mettent À La Terre les satellites orbitaux, les calculatrices tenues dans la main, les radiotéléphones distants, les applications de pompage de l'eau, Etc.

Une Grande Partie de la recherche est concentrée sur rendre les piles solaires meilleur marché et plus efficaces, de sorte qu'elles puissent plus effectivement concurrencer d'autres sources d'énergie. Beaucoup de cette optimisation exige la caractérisation précise de l'épaisseur de film et l'efficience d'absorption pour les films minces employés pour fabriquer les cellules.

Ellipsometry Spectroscopique est une technique de mesure optique employée pour déterminer l'épaisseur de film mince et les constantes optiques simplement et exactement. Cet article illustre la capacité de la technique de caractériser les dispositifs photovoltaïques. Les matériaux généralement étudiés comprennent : silicium amorphe, poly silicium, ZnO, ITO, SnO2, TiO2, SiNx, MgO, etc.….

La Cellule Photovoltaïque - Comment Fonctionne-t-cela ?

L'effet photovoltaïque commence par l'absorption des photons dans un semi-conducteur au-dessus de son écartement de bande d'énergie, menant au rétablissement des porteurs de charge (des électrons et des trous). Ces porteurs de charge sont alors séparés par un champ électrique interne ont produit par un NA ou une jonction de goupille dans le semi-conducteur, ou par une hétérojonction entre un semi-conducteur et un matériau différent.

 

Le Schéma 1. Tableau d'une cellule photovoltaïque.

Enfin les porteurs de charge sont rassemblés par des électrodes et peuvent être utilisés pour produire d'un courant dans le circuit externe. L'électrode avant de la cellule devrait être conçue pour permettre la boîte de vitesses élevée des photons. Ceci peut être accompli par un réseau fin de métal, ou à l'aide d'un oxyde conducteur transparent (TCO) tel que l'Indium-Étain-Oxyde (ITO), l'Étain-Oxyde (SnO2) ou l'Oxyde de zinc (ZnO). Des couches d'Antiréflexion, employées pour augmenter la quantité de la lumière accouplée dans la pile solaire, sont type déposées sur la face frontale de la cellule. Elle est type appliquée dans une couche plusieurs centaines de nanomètres profondément utilisant la déposition en phase vapeur améliorée de plasma (PECVD).

 

Le Schéma 2. coupe transversale de Schéma du film mince un-SI : Cellule photovoltaïque de H.

Matériaux et Efficience

Des matériaux Variés ont été vérifiés pour les piles solaires. Les usines commerciales les plus de grande puissance de pile solaire fabriquent les piles solaires de silicium polycristallines estampées par écran. Des disques Mono-cristallins peuvent être transformés en piles solaires d'excellente haute performance, mais ils sont généralement considérés trop chers pour la production de masse à grande échelle. Les cellules de silicium Amorphes ont des efficiences de conversion faibles environ de 8%. Le Polymère ou les piles solaires organiques sont établis ultra des couches minces (en général 100 nanomètre) de semi-conducteurs organiques. Ils sont potentiellement meilleur marché pour fabriquer que le silicium, mais les efficiences réalisées jusqu'à présent sont faibles et les cellules sont extrêmement sensibles à l'air et à l'humidité, rendant des applications commerciales difficiles.

Caractérisation Photovoltaïque de Dispositif

Trois exemples des échantillons généralement caractérisés par des ellipsometers spectroscopiques sont présentés ci-dessous. L'analyse ont été exécutées utilisant un ellipsometer à modulation de phase spectroscopique de HORIBA Jobin Yvon UVISEL réglé par le logiciel DeltaPsi2. Des données Ellipsométriques ont été saisies sous un angle de l'incidence de 70°, en travers du domaine spectral étendu de 0,6 à l'eV 6,5 (190 - 2100 nanomètre).

Couche Microcristalline Classée de Silicium

La couche microcristalline de silicium est en profondeur non homogène. Le modèle comprend une couche classée (fonctionnement linéaire) employée pour spécifier une valeur au bas de la couche et d'un autre pour le haut de couche. Les constantes optiques du silicium microcristallin ont été représentées utilisant une formule de dispersion.

 

Le Schéma 3. constantes Optiques du silicium microcristallin.

Le résultat obtenu affiche l'excellente convention entre le modèle (ligne) et les données expérimentales (points) dans l'ensemble le domaine spectral, avec ? 2 =0.81 (paramètre de qualité de résultat).

 

Le Schéma données Expérimentales et produites de 4.

Couche Non Homogène de ZnO

L'échantillon se compose d'une couche de ZnO déposée sur c-SI. Pour représenter l'inhomogénéité en profondeur de la couche de ZnO, un modèle de couche trois a été employé. L'échantillon montre une petite rugosité sur le haut, et la densité du ZnO grimpe de la surface adjacente c-SI (?ère couche) jusqu'au haut (2ème couche). Elle fournit une augmentation de l'Indice de réfraction du ęr à la 2ème couche.

 

Le Schéma 5. constantes Optiques de ZnO

Mappage d'Épaisseur d'une Couche de SiNx

À l'aide d'un stade DE X/Y motorisé témoin et d'une recette de mappage il est simple d'automatiser l'analyse à différentes positions sur l'échantillon. Les épaisseurs et les constantes optiques étaient déterminées à chaque remarques. Le mappage affiche une variation d'épaisseur de SiNx entre 600 et 750 Å au-dessus de la surface de l'échantillon.

 

Le Schéma 6. plan d'Épaisseur d'une Couche de SINx

Conclusion

Ellipsometry Spectroscopique est une technique idéale pour caractériser des épaisseurs de film et des constantes optiques pour des applications photovoltaïques. Les ellipsometers Spectroscopiques sont également sensibles à la présence de l'overlayer approximatif et des constantes optiques classées. La technique fournit l'avantage pour être rapide, simple pour utiliser et non destructif pour la caractérisation des échantillons.

Source : Division Scientifique de Films Minces de Horiba

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît la Division Scientifique de Films Minces de Horiba

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

Last Update: 13. June 2013 17:48

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