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Caratterizzazione delle Unità Fotovoltaiche da Ellipsometry Spettroscopico Facendo Uso di Strumentazione da Horiba Scientifico - Pellicola Sottile

Argomenti Coperti

Sfondo
La Cella Fotovoltaica - Come Funziona?
Materiali e Risparmio Di Temi
Caratterizzazione Fotovoltaica dell'Unità
Livello Microcristallino Classificato del Silicio
Livello Non Omogeneo di ZnO
Mappatura di Spessore del Livello di SiNx
Conclusione

Sfondo

Una cella fotovoltaica, o la pila solare è un'unità a semiconduttore che consiste di un diodo di giunzione di ampia area PN che in presenza di luce solare è capace della generazione dell'energia elettrica utilizzabile. Questa conversione è chiamata l'effetto fotovoltaico. Le pile Solari hanno molte applicazioni e sono particolarmente ben adattate alle situazioni dove la corrente elettrica dalla griglia è non disponibile, quali nelle centrali elettriche di regione isolata, i satelliti orbitanti della Terra, calcolatori tenuti in mano, radiotelefoni remoti, le applicazioni del pompaggio dell'acqua, Ecc.

Gran Parte della ricerca è messa a fuoco sul rendere le pile solari più economiche e più efficienti, di modo che possono più efficacemente fare concorrenza ad altre fonti di energia. Molta di questa ottimizzazione richiede la caratterizzazione accurata di spessore di pellicola ed il risparmio di temi di assorbimento per le pellicole sottili usate per fabbricare le celle.

Ellipsometry Spettroscopico è una tecnica di misura ottica usata per determinare semplicemente ed esattamente lo spessore di pellicola sottile e le costanti ottiche. Questo articolo illustra la capacità della tecnica di caratterizzare le unità fotovoltaiche. I materiali studiati comunemente includono: silicio amorfo, poli silicio, ZnO, ITO, SnO2, TiO2, SiNx, MgO, ecc….

La Cella Fotovoltaica - Come Funziona?

L'effetto fotovoltaico comincia con l'assorbimento dei fotoni in un semiconduttore sopra il suo intervallo di banda di energia, piombo alla generazione di portatori di carica (elettroni e fori). Questi portatori di carica poi sono separati da un campo elettrico interno hanno creato da un PN o da una giunzione del perno all'interno del semiconduttore, o da una etero-giunzione fra il semiconduttore e un altro materiale.

 

Figura 1. Diagramma di una cella fotovoltaica.

Definitivo i portatori di carica sono raccolti dagli elettrodi e possono essere usati per generare una corrente nel circuito esterno. L'elettrodo fronte della cella dovrebbe essere destinato per permettere l'alta trasmissione dei fotoni. Ciò può essere compiuta da una griglia fine di metallo, o usando un ossido conduttivo trasparente (TCO) quali l'Indio-Stagno-Ossido (ITO), l'Ossido di stagno (SnO2) o l'Zinco-Ossido (ZnO). I rivestimenti di Antiriflessione, usati per aumentare la quantità di indicatore luminoso accoppiata nella pila solare, sono depositati tipicamente sulla facciata frontale della cella. Si applica tipicamente densamente in un livello diverse centinaia nanometri facendo uso di applicazione a spruzzo chimica migliorata plasma (PECVD).

 

Figura 2. sezione trasversale del Disegno Schematico del un-Si della pellicola sottile: Cella fotovoltaica di H.

Materiali e Risparmio Di Temi

I Vari materiali sono stati studiati per le pile solari. Le fabbriche commerciali più su grande scala della pila solare fabbricano le cellule solari al silicio policristalline stampate schermo. I wafer Monocristallini possono essere trasformati le pile solari eccellenti di alta efficienza, ma sono considerati generalmente come troppo costosi per fabbricazione in serie su grande scala. Le cellule al silicio Amorfe hanno risparmi di temi di conversione bassi di intorno 8%. Il Polimero o le pile solari organiche è sviluppata ultra dagli strati sottili (in genere 100 nanometro) dei semiconduttori organici. È potenzialmente più economica fabbricare che il silicio, ma i risparmi di temi raggiunti fin qui sono bassi e le celle sono altamente sensibili ad aria e ad umidità, facenti le domande commerciali difficili.

Caratterizzazione Fotovoltaica dell'Unità

Tre esempi dei campioni caratterizzati comunemente dai ellipsometers spettroscopici sono presentati sotto. L'analisi è stata eseguita facendo uso di un ellipsometer modulato fase spettroscopica di HORIBA Jobin Yvon UVISEL gestito da software DeltaPsi2. I dati Ellissometrici si sono acquistati ad angolo dell'incidenza di 70°, attraverso l'ampiezza dello spettro estesa da 0,6 6,5 a eV (190 - 2100 nanometro).

Livello Microcristallino Classificato del Silicio

Il livello microcristallino del silicio è approfondito non omogeneo. Il modello comprende un livello classificato (funzione lineare) utilizzato per specificare l'un valore al fondo del livello ed altro per la cima del livello. Le costanti ottiche del silicio microcristallino sono state rappresentate facendo uso di una formula della dispersione.

 

Figura 3. costanti Ottiche di silicio microcristallino.

Il risultato ottenuto mostra l'accordo eccellente fra il modello (riga) e l'ampiezza dello spettro sperimentale di dati (punti) nel complesso, con? 2 =0.81 (parametro di qualità di risultato).

 

Figura dati Sperimentali e generati di 4.

Livello Non Omogeneo di ZnO

Il campione consiste di un livello di ZnO depositato sul c-Si. Per rappresentare l'eterogeneità approfondita del livello di ZnO, un'architettura a strati tre è stata utilizzata. Il campione esibisce una piccola rugosità sulla cima e la densità dello ZnO aumenta dall'interfaccia di c-Si (primo livello) alla cima (secondo livello). Fornisce un aumento dell'Indice di rifrazione dal primo - il secondo livello.

 

Figura 5. costanti Ottiche di ZnO

Mappatura di Spessore del Livello di SiNx

Usando una fase DI X-Y motorizzata del campione e una ricetta di mappatura è semplice da automatizzare l'analisi alle posizioni differenti sul campione. Sia gli spessori che le costanti ottiche erano risoluti ad ogni punti. La mappatura mostra una variazione di spessore di SiNx fra 600 e 750 Å sopra la superficie del campione.

 

Figura 6. mappa di Spessore del Livello di SINx

Conclusione

Ellipsometry Spettroscopico è una tecnica ideale per caratterizzare gli spessori di pellicola e le costanti ottiche per le applicazioni fotovoltaiche. I ellipsometers Spettroscopici sono egualmente sensibili alla presenza di overlayer approssimativo e di costanti ottiche classificate. La tecnica fornisce il vantaggio per essere veloce, semplice funzionare e non distruttivo per la caratterizzazione dei campioni.

Sorgente: Divisione Scientifica delle Pellicole Sottili di Horiba

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego la Divisione Scientifica delle Pellicole Sottili di Horiba

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

Last Update: 13. June 2013 17:56

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