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Temas Abordados
Fundo
A célula fotovoltaica - Como isso funciona?
Materiais e Eficiência
Caracterização de dispositivos fotovoltaicos
Camada de silício classificados microcristalina
Camada de ZnO não homogêneo
Mapeamento de espessura de camada SiNx
Conclusão
Fundo
A célula fotovoltaica, ou célula solar é um dispositivo semicondutor que consiste em um diodo de junção pn grande-área que, na presença da luz solar é capaz de gerar energia elétrica utilizável. Esta conversão é o chamado efeito fotovoltaico. Células solares têm muitas aplicações, e são particularmente adequados a situações em que a energia elétrica da rede não está disponível, como em sistemas de área remota de energia, satélites em órbita da Terra, calculadoras portáteis, radiotelefones remoto, aplicações de bombeamento de água, etc
Grande parte da pesquisa está focada no desenvolvimento de células solares mais baratas e eficientes, de modo que possam competir mais eficazmente com outras fontes de energia. Grande parte deste otimização requer caracterização precisa da espessura do filme e eficiência de absorção para os filmes finos utilizados no fabrico das células.
Elipsometria espectroscópica é uma técnica de medição óptico utilizado para determinar a espessura da película fina e constantes óptica de forma simples e precisa. Este artigo ilustra a capacidade da técnica para caracterização de dispositivos fotovoltaicos. Os materiais comumente estudados são: silício amorfo, silício poli, ZnO, ITO, SnO2, TiO2, SiNx, MgO, etc ...
A célula fotovoltaica - Como isso funciona?
O efeito fotovoltaico começa com a absorção de fótons em um semicondutor acima de seu gap de energia, levando à geração de portadores de carga (elétrons e buracos). Estes portadores de carga são então separadas por um campo elétrico interno criadas tanto por uma junção pn ou pino dentro do semicondutor, ou por uma hetero-junção entre os semicondutores e outro material.
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Figura 1. Diagrama de uma célula fotovoltaica.
Finalmente os portadores de carga são coletados por meio de eletrodos e pode ser usado para gerar uma corrente no circuito externo. O eletrodo frente da célula devem ser projetados para permitir a transmissão de fótons de alta. Isso pode ser feito tanto por uma grade fina de metal, ou usando um óxido condutor transparente (TCO), como Índio-Tin Oxide (ITO), Tin Oxide (SnO2) ou de óxido de zinco (ZnO). Revestimentos anti-reflexo, usado para aumentar a quantidade de luz acoplado na célula solar, são normalmente depositados na parte frontal da célula. É normalmente aplicada em uma camada de várias centenas de nanômetros de espessura utilizando plasma maior deposição de vapor químico (PECVD).
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. Figura 2 Corte esquemático de película fina a-Si: H célula fotovoltaica.
Materiais e Eficiência
Vários materiais têm sido investigados por células solares. Mais comercial de grande escala de células solares tela fabricação fábricas impressa células poli-cristalinas solares de silício. Único wafers cristalina pode ser feita em excelente células solares de alta eficiência, mas são geralmente considerados muito caros para produção em larga escala em massa. Células de silício amorfo têm eficiências de conversão baixa de cerca de 8%. Polímero ou células solares orgânicas são construídos a partir de ultra finas camadas (tipicamente 100 nm) de semicondutores orgânicos. Eles são potencialmente mais barato de fabricar do que o silício, mas a eficiência alcançado até esta data são baixos e as células são altamente sensíveis ao ar e à umidade, tornando as aplicações comerciais difícil.
Caracterização de dispositivos fotovoltaicos
Três exemplos de amostras comumente caracterizada por ellipsometers espectroscópicas são apresentados abaixo. As análises foram realizadas usando um HORIBA Jobin Yvon UVISEL elipsometria espectroscópica fase modulada controlado por DeltaPsi2 software. Ellipsometric dados foram adquiridos em um ângulo de incidência de 70 °, em toda a gama do espectro estendido 0,6-6,5 eV (190-2100 nm).
Camada de silício classificados microcristalina
A camada de silício microcristalino é heterogênea em profundidade. O modelo inclui uma camada de classificados (função linear) usado para especificar um valor na parte inferior da camada e outra para a camada superior. As constantes ópticas do silício microcristalino foram representados através de uma fórmula de dispersão.
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Figura 3. Constantes ópticas de silício microcristalino.
O resultado obtido mostra a excelente concordância entre o modelo (linha) e os dados experimentais (pontos) em toda a gama espectral, com? = 0,81 2 (parâmetro de qualidade de resultados).
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Figura 4. Dados experimentais e gerados.
Camada de ZnO não homogêneo
A amostra é constituída por uma camada de ZnO depositados em c-Si. Para representar a falta de homogeneidade na profundidade da camada de ZnO, um modelo de três camadas foi usada. A amostra apresenta uma rugosidade pequena na parte superior, ea densidade do ZnO aumenta a partir da interface c-Si (1 camada) para o (camada 2) superior. Ele fornece um aumento do índice de refração da primeira para a camada 2.
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Figura 5. Constantes ópticas de ZnO
Mapeamento de espessura de camada SiNx
Usando uma amostra de estágio motorizado XY e uma receita de mapeamento é simples para automatizar a análise em diferentes posições na amostra. Ambos espessuras e constantes ópticas foram determinadas em cada pontos. O mapeamento mostra uma variação de espessura SiNx entre 600 e 750 Å sobre a superfície da amostra.
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Figura 6. Mapa espessura da camada de sinx
Conclusão
Elipsometria espectroscópica é uma técnica ideal para caracterizar espessuras e constantes ópticas para aplicações fotovoltaicas. ellipsometers Spectroscopic também são sensíveis à presença de overlayer áspero e classificados constantes ópticas. A técnica oferece a vantagem de ser rápido, simples de operar e não-destrutivos para a caracterização das amostras.
Fonte: Horiba Científico-Thin Films Divisão
Para mais informações sobre essa fonte por favor visite Horiba Científico-Thin Films Divisão