科学 Horiba からの装置を使用して分光 Ellipsometry 著光起電装置の性格描写 - 薄膜

カバーされるトピック

背景
光電池 - どのように働きますか。
材料および効率
光起電装置性格描写
等級別にされた微晶質のケイ素の層
ZnO の異種の層
SiNx の層の厚さのマップ
結論

背景

光電池、か太陽電池は日光の前で使用可能な電気エネルギーを生成することができる大き領域 p-n の接続点ダイオードから成っている半導体デバイスです。 この変換は光起電力効果と呼出されます。 太陽電池に多くのアプリケーションがあり、格子からの電力がリモートエリアのパワー系統でのような利用できない、状態に特にうってつけ、埋めます軌道衛星、手持ち型の計算機、遠隔無線電話器、水ポンプアプリケーション、等をです。

研究の多くは太陽電池をより安くおよびより効率的にさせることに他のエネルギー源ともっと効果的に競ってもいいように、焦点を合わせます。 この最適化の多くはセルを製造するのに使用される薄膜のためにフィルム厚さの正確な性格描写および吸収の効率を必要とします。

分光 ellipsometry 薄膜の厚さおよび光学定数を単にそして正確に定めるのに使用される光学測定技術です。 この記事は技術の機能を光起電装置を特徴付ける説明します。 一般に調査される材料は下記のものを含んでいます: 無定形のケイ素、多ケイ素、 ZnO、 ITO、 SnO2、 TiO2、 SiNx、 MgO、等….

光電池 - どのように働きますか。

光起電力効果は電荷キャリアの生成の原因となるエネルギー帯のギャップの上の半導体の光子の吸収から開始します (電子および穴)。 これらの電荷キャリアは半導体内の p-n かピン接続点、または半導体と別の材料間のヘテロ接合によって内部電界でそれから作成しました分かれています。

 

光電池の図 1. 図表。

最後に電荷キャリアは電極によって集められ、外回路の流れを生成するのに使用することができます。 セルの前部電極は光子の高い伝達を許可するように設計されているべきです。 これは金属の良い格子、またはインジウム錫酸化物、錫酸化物 (SnO2) または亜鉛酸化物のような (TCO)透過伝導性の (ITO)酸化物の使用によって達成することができます (ZnO)。 太陽電池につながれるライトの量を高めるのに使用される増透膜がセルのアウトコースで普通沈殿します。 それは血しょうによって高められる化学気相堆積を使用して層で普通数百のナノメーター厚く適用されます (PECVD)。

 

図 2. 薄膜 Si の図式的な横断面: H の光電池。

材料および効率

さまざまな材料は太陽電池のために調査されました。 最も大規模な商業太陽電池の工場はスクリーンによって印刷される多結晶性シリコン太陽電池を製造します。 単一の結晶のウエファーは優秀な高性能の太陽電池に作ることができますが一般に大規模な大量生産にとって余りに高い考慮されます。 無定形のケイ素セルにおよそ 8% の低い変換効率があります。 ポリマーか有機性太陽電池は有機性半導体の薄層 (普通 100 nm) から超構築されます。 それらは製造してケイ素より可能性としては安いですが、今までに達成される効率は低く、セルは乾燥するために機密性が高く商用アプリケーションを困難にさせる湿気。

光起電装置性格描写

一般に分光 ellipsometers によって特徴付けられるサンプルの 3 つの例は次示されます。 分析は DeltaPsi2 ソフトウェアによって制御された HORIBA Jobin Yvon UVISEL の分光段階によって調整された ellipsometer を使用して行われました。 Ellipsometric データは 0.6 からの 6.5 eV への拡張スペクトル領域を渡る 70° の発生の、の斜めに得られました (190 - 2100 nm)。

等級別にされた微晶質のケイ素の層

微晶質のケイ素の層は異種の詳細です。 モデルは層およびもう 1 つの底で 1 つの値を指定するのに層の上に使用する等級別にされた層 (一次関数) を含んでいます。 微晶質のケイ素の光学定数は分散の方式を使用して表されました。

 

図 3. 微晶質のケイ素の光学定数。

得られる結果はモデル (ライン) と実験データ (点) スペクトル領域間の優秀な一致を、と全体的に見ると示しますか。2 =0.81 (結果の品質パラメータ)。

 

図 4. の実験のおよび生成されたデータ。

ZnO の異種の層

サンプルは c Si で沈殿する ZnO の層から成っています。 ZnO の層の詳細な異種を表すためには 3 層モデルは使用されました。 サンプルは上の小さい荒さを表わし、 ZnO の密度は c Si インターフェイスから上 (第 2 層) に (第 1 層) 増加します。 それは第 1 からの R.i. に第 2 層の増加を提供します。

 

図 5. ZnO の光学定数

SiNx の層の厚さのマップ

モーターを備えられた X-Y サンプル段階およびマップの調理法の使用によってそれはサンプルの異なった位置で分析を自動化しやすいです。 厚さおよび光学定数は両方各ポイントで断固としたでした。 マップはサンプルの表面上の 600 そして 750 Å 間の SiNx の厚さの変化を示します。

 

図 6. SINx の層の厚さのマップ

結論

分光 ellipsometry 光起電アプリケーションのためのフィルム厚さそして光学定数を特徴付ける理想的な技術です。 分光 ellipsometers は荒い overlayer および等級別にされた光学定数の存在にまた敏感です。 技術は速く、作動しやすいために利点をおよびサンプルの性格描写のために非破壊的提供します。

ソース: Horiba の科学的な薄膜部

このソースのより多くの情報のために Horiba の科学的な薄膜部を訪問して下さい

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

Last Update: 13. June 2013 21:06

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