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Caracterização de Dispositivos Fotovoltaicos por Ellipsometry Espectroscópica Usando o Equipamento de Horiba Científico - Filme Fino

Assuntos Cobertos

Fundo
A Pilha Fotovoltaico - Como Trabalha?
Materiais e Eficiência
Caracterização Fotovoltaico do Dispositivo
Camada Microcrystalline Classificada do Silicone
Camada Inhomogeneous de ZnO
Traço da Espessura da Camada de SiNx
Conclusão

Fundo

Uma pilha fotovoltaico, ou a célula solar são um dispositivo de semicondutor que consiste em um diodo de junção do p-n da grande área que na presença da luz solar seja capaz de gerar a energia elétrica útil. Esta conversão é chamada o efeito fotovoltaico. As Células solares têm muitas aplicações, e são particularmente boas - serido às situações onde a corrente eléctrica da grade é não disponível, como em sistemas de energia de área remota, satélites de órbita da Terra, calculadora handheld, radiotelefones remotos, aplicações de bombeamento da água, Etc.

Muita da pesquisa é centrada sobre a factura de células solares mais baratas e mais eficientes, de modo que possam mais eficazmente competir com outras fontes de energia. Muita desta optimização exige a caracterização exacta da espessura de filme e a eficiência da absorção para os filmes finos usados para fabricar as pilhas.

Ellipsometry Espectroscópica é uma técnica de medida óptica usada para determinar simplesmente e exactamente a espessura de filme fino e constantes ópticas. Este artigo ilustra a capacidade da técnica para caracterizar dispositivos fotovoltaicos. Os materiais estudados geralmente incluem: silicone amorfo, silicone poli, ZnO, ITO, SnO2, TiO2, SiNx, MgO, etc.….

A Pilha Fotovoltaico - Como Trabalha?

O efeito fotovoltaico começa com a absorção dos fotão em um semicondutor acima de sua diferença de faixa da energia, conduzindo à geração de portador de carga (elétrons e furos). Estes portador de carga são separados então por um campo elétrico interno criaram por um p-n ou por uma junção do pino dentro do semicondutor, ou por uma heterojunção entre o semicondutor e um outro material.

 

Figura 1. Diagrama de uma pilha fotovoltaico.

Finalmente os portador de carga são recolhidos pelos eléctrodos e podem ser usados para gerar uma corrente no circuito exterior. O eléctrodo dianteiro da pilha deve ser projectado permitir a transmissão alta dos fotão. Isto pode ser realizado por uma grade fina do metal, ou usando um óxido condutor transparente (TCO) tal como o Índio-Estanho-Óxido (ITO), o Estanho-Óxido (SnO2) ou o Zinco-Óxido (ZnO). Os revestimentos de Anti-reflexo, usados para aumentar a quantidade de luz acoplada na célula solar, são depositados tipicamente sobre a face frontal da pilha. É aplicada tipicamente em uma camada depósito de vapor químico aumentado plasma de utilização grosso de várias centenas nanômetros (PECVD).

 

Figura 2. secção transversal Esquemático do um-Si do filme fino: Pilha fotovoltaico de H.

Materiais e Eficiência

Os Vários materiais foram investigados para células solares. A Maioria de fábricas de célula solar comerciais em grande escala fabricam células solares policristalinas impressas tela do silicone. As bolachas Monocristalinas podem ser feitas em células solares excelentes da eficiência elevada, mas são consideradas geralmente ser demasiado caras para a produção em massa em grande escala. As pilhas de silicone Amorfas têm baixas eficiências de conversão de ao redor 8%. O Polímero ou as células solares orgânicas são construídos das camadas ultra finas (tipicamente 100 nanômetro) de semicondutores orgânicos. São potencial mais baratos fabricar do que o silicone, mas as eficiências conseguidas até agora são baixas e as pilhas são altamente sensíveis ao ar e à umidade, fazendo aplicações comerciais difíceis.

Caracterização Fotovoltaico do Dispositivo

Três exemplos das amostras caracterizadas geralmente por ellipsometers espectroscópicas são apresentados abaixo. A análise foi executada usando um ellipsometer com modulação de fase espectroscópica de HORIBA Jobin Yvon UVISEL controlado pelo software DeltaPsi2. Os dados Elipsométricos foram adquiridos em um ângulo da incidência de 70°, através da escala espectral prolongada de 0,6 ao eV 6,5 (190 - 2100 nanômetro).

Camada Microcrystalline Classificada do Silicone

A camada microcrystalline do silicone é detalhada inhomogeneous. O modelo inclui uma camada classificada (função linear) usada para especificar um valor na parte inferior da camada e de uma outra para a parte superior da camada. As constantes ópticas do silicone microcrystalline foram representadas usando uma fórmula da dispersão.

 

Figura 3. constantes Ópticas do silicone microcrystalline.

O resultado obtido mostra o acordo excelente entre o modelo (linha) e a escala espectral experimental dos dados (pontos) em geral, com? 2 =0.81 (parâmetro da qualidade do resultado).

 

Figura dados Experimentais e gerados de 4.

Camada Inhomogeneous de ZnO

A amostra consiste em uma camada de ZnO depositada no c-Si. Para representar a heterogeneidade detalhada da camada de ZnO, um modelo de camada três foi usado. A amostra exibe uma aspereza pequena na parte superior, e a densidade do ZnO aumenta da relação do c-Si (?a camada) à parte superior (?a camada). Fornece um aumento do R.I. do ø à ?a camada.

 

Figura 5. constantes Ópticas de ZnO

Traço da Espessura da Camada de SiNx

Usando uma fase XY motorizada da amostra e uma receita de traço é simples automatizar a análise em posições diferentes sobre a amostra. As espessuras e as constantes ópticas eram determinadas em cada pontos. O traço mostra uma variação de uma espessura de SiNx entre 600 e 750 Å sobre a superfície da amostra.

 

Figura 6. mapa da Espessura da Camada de SINx

Conclusão

Ellipsometry Espectroscópica é uma técnica ideal para caracterizar espessuras de filme e constantes ópticas para aplicações fotovoltaicos. Os ellipsometers Espectroscópicas são igualmente sensíveis à presença de overlayer áspero e de constantes ópticas classificadas. A técnica fornece a vantagem para ser rápida, simples operar-se e não-destrutivo para a caracterização das amostras.

Source: Divisão Científica dos Filmes Finos de Horiba

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor a Divisão Científica dos Filmes Finos de Horiba

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

Last Update: 13. June 2013 21:20

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