結合された原子力の顕微鏡検査および共焦点の光学分光学を使用して複数の接続点の太陽電池の性格描写

AZoNano 著

目録

導入
問題の公式
実験結果および議論
PV の半導体の表面の Topoplogy
Photoexcitation の下の観察
結論
NT-MDT について

導入

太陽は現在電力のための近い将来に唯一の選択十分に利用せずにいられ、おそらくの豊富な、簡単にアクセスできる電力源です。 太陽熱発電の最もよい方法が太陽電池で使用される光電方法を使用していると考えられています (SCs)。電力の少なくとも 3% が 2020 年までに太陽インストールから提供されることが EU によって想像されます。

問題の公式

現在、高性能は半導体の nanoheterostructures に基づいて MJ SCs によって表わされます。 MJ SCs はいくつかの半導体材料で p-n の接続点が付いているいくつかの副セルおよびバリヤー層を構成します。 これらの subcells の整理は感光性表面からの反対側に接続されたトンネルダイオードによって接続される基板に減少したエネルギー bandgap の順序であります。 それ故に高性能を引き起こす全体太陽スペクトルエネルギーによりセグメント化され、集められます。 最も非能率的な subcell この種類の合成装置の構成層を定める MJ SC. の総効率をである間接、必要な測定方法および数学シミュレーションと可能定めることを理解することは必要です。 こうして得られる情報は多変数の反対問題の解決を必要とするので明瞭常にではないです。

明瞭な決定はすべての構成 subcells の操作の別のモニタリングを必要とします。

実験結果および議論

例は NTEGRA スペクトル AFM 共焦点のラマンの蛍光性のプローブ NanoLaboratory が 3 つの p-n の接続点を持っている GaInP (PNL)/GaAs/Ge のヘテロ構造に基づいて MJ SCs の調査で2どのように使用されるか約の下で詳しいです。 層の総数は 20 および個々の層が図 1. に示すように厚くより少しより 20 nm である以上です。

3 つの subcells が付いている MJ SC の図 1. 設計図。 指定: ヘテロ構造のピンクの、 p タイプの層のさまざまな色合い; 淡いブルーの色合い、 n タイプの層; そしてトンネルのダイオードおよび接触の層の黄色い、非常に行なう層。 ディジットは (1) GE に、 (2) GaAs 基づいて subcells で p-n の接続点をおよび (3) GaInP 示します2

ケルビンのプローブ力の顕微鏡検査の (KPFM)技術がレーザーの刺激ソースの強度、波長およびビーム位置に関して交差セクション裂かれた SC の表面の潜在的なプロフィールの変化を定めるのに使用されました。 図 1 の層の設計図に基づいて、 GaAs に基づいて近隣の subcells の p-n の接続点間の間隔および GaInP は2 マイクロメートルよりより少しです。

応答の応答のモニタリング、別の subcell の表面の潜在的な変化は、 submicrometer の点に刺激レーザーの集中によって可能になりました。 0.7 の開口数および 400 nm の解像力を持っている目的は NTEGRA スペクトル PNL で統合された共焦点レーザーの顕微鏡で使用されました。 AFM の片持梁は目的配列され同時光学刺激をおよび AFM の測定の下で図 2b に示すように許可します。 器械がそれぞれ piezo 運転されたミラーおよびサンプル piezo スキャンナーを使用して独立した、同期されたレーザー点のスキャンおよびサンプルスキャンを可能にすることに注意することは重要です。

図 1. のそれらと同じカラー指定の MJ SC の層の図 2. (a) 設計図。 3 つの p-n の接続点は矢によって示されています。 (b) 実験の設計図。 KPFM の間の SC の裂かれた表面の端の光学顕微鏡写真は青いレーザー (473 nm) で (c) GE の p-n の接続点および (d) GaAs の p-n の接続点の集中された photoexcitation の下で赤いレーザー (785 nm) で実験します。 ラテン系の数字は指定します: (i) GE の基板、 (ii) III-V の層 (GaAs および GaInP2 )、 (iii) 自由空間および (iv) KPFM の片持梁。 光学顕微鏡は図 2c の GE の基板と図第 2 の III-V の層に焦点を合わせます。

PV の半導体の表面の位層幾何学

最初のケーススタディで得られる結果のいくつかは下記のようにリストされています:

  • それはそれぞれ GE および GeAs の subcells の p-n の接続点に焦点を合わせる赤くおよび青のレーザーからの裂かれた表面の端のわずかなシミの近くの図 2c および第 2 に示すように、観察されます。
  • 図 3a で示されている地勢画像の左の半分の表面の位層幾何学に鋭い変更があります。 この特定領域では、 GE の基板のスムーズな救助は III-IV の層の線がある位層幾何学に変更します。
  • 110 の基底の平面に沿うだけ原子的にスムーズな、完全に平面の表面を形作るために III-V の水晶材料が容易に裂かれることを図 2b および 2c は示します。
  • GE および Si の水晶は異なった水晶平面に沿って裂きます。
  • GE の基板は他の MJ SC の層がすべて基板にそれ故に開裂の伝搬の方向主に基づいているの厚く 2 倍であり、
  • 図 3b の (CPD)接触の電位差のマップは暗闇の条件の下でバルクヘテロ構造で期待された統合された電位差の一直線上に機能を示します。
  • CPD のマップは GaAs の subcell 表面の p-n の接続点の近くの CPD のシグナルに減少が図 3c に示すようにピークの代りにあると証明します
  • 軽いバンド領域は subcell GE と GaAs 間のよく添加された転移層に対応します
  • これらの矛盾は半導体の構造の表面材料が曲がる地表付近のバンドによって任意に裂かれたサンプルのために知られないバルク潜在性から変わるので見られます。

図 3. 暗闇の MJ SC の裂かれた表面の KPFM の調査。 測定の間に MJ SC への接触は両方とも基づいていました。 (a) 半contactmode で測定される裂かれた表面のプロフィールの地勢画像 (カラースケールの対照は 0.85 のμm の高さの変化に及びます)。 (b) 外部 photoexcitation がない時第 2 パスで測定される CPD のシグナルのマップ (カラースケールの対照は 1.05 の V) の CPD の変化に及びます。 (c) 組み込みの潜在性の滑らかにされた平衡のプロフィール (モデルから)。 層の設計図: p-n の接続点が subcells で置くディジットショーの矢 (図 1) のカラー指定をまた見て下さい。 測定パラメータ: 片持梁偏向の検出、無接触 VIT_P のプローブ、 257 の kHz の共鳴にシステムで使用した 650 100 nm の上昇の高さおよび Uac=2 V. で nm の波長の AFM レーザーは表面の潜在的なシグナル測定されました。

Photoexcitation の下の観察

半導体の表面が光子エネルギーのライト -- に材料のバンドギャップより多くさらされるとき、地表付近のフィールドで photocarrier 分離はバンド曲がることをより小さく作る表面に現れる少数キャリアで起因します。 このメカニズムは表面の photovoltage に多数キャリアのそれの反対の印がある多数キャリアの減る表面が付いている半導体のために応用です。 複雑な構造では、 photocarriers は地表付近のフィールドでだけ、また組み込みの障壁のフィールドによる大きさで分けることができます。 例えば、単一 p-n の接続点の照明の表面の潜在性の変更を予測することは可能です。 地表付近のフィールドの photocarrier 分離が原因で、 p の側面は、 n の側面肯定的に否定的に満たされ。 それに対して、 p-n の接続点のフィールドからの第一次製品の photocarriers の分離は p の側面、および n の側面を否定的に肯定的に満たします。

観察のいくつかは下記のようにリストされています:

  • p-n の接続点のフィールドで分かれている photocarriers の番号が地表付近のフィールドで分かれているそれらを超過すれば表面の photovoltage は減りま、 p の側面から n の側面に渡ります。
  • p への接触がおよび n の側面ショートすれば、バルク分離からの貢献は除去され、表面の photovoltage はそのような転移で増加します。
  • 図 4 は MJ SCs の 3 つの subcells の p-n の接続点の互い違いの photoexcitation で 2 組の裂かれた表面からの模倣され、測定された photovoltage のプロフィールを示します。
  • プロフィール、 Figs. 4a-4c の最初のセットは青いレーザーの刺激 (波長のλ= 473 nm)、および第 2 の赤いレーザーの刺激 (λ = 785 nm) の Figs. 4d-4f と、得られました。 photoexcitation の密度はおよそいずれの場合も同じ、 2-3 MW M. でした。 λがレーザーの波長であり、 NA が = 0.7 目的の開口数であるところで、焦点点の直径 D は Rayleigh の規準を使用して D = 1.22 の /NA 計算されました。
  • 表面の photovoltage のプロフィールの決定は photoexcitation の下でそして暗闇で定められた PD 値の相違によって行いました。

シミュレーションプロセスは次の条件で行われました:

  • MJ SC への接触はショートします
  • ライト -- にさらされる p-n の接続点の大部分で現われる photovoltage は 2 つの nonilluminated p-n の接続点の障壁間で配られます。
  • また、これら二つの接続点のキャパシタンスは同等であると考慮されます。
  • 青いレーザーからのライトは MJ SC のすべての層吸収され、赤いレーザーからのライトはバンドギャップの GaInP の広い層2 吸収されません。
  • 実験 photovoltage のプロフィールでは、矢は図 4c の図 4b およびピークですくいを示します。 シミュレーションはこれらの特定の機能を予測します。
  • subcell GaAs は近隣の subcells の p-n の接続点のポテンシャル障壁で接触から MJ SC への絶縁されます。 それが青いライト -- にさらされれば、 p-n の接続点のフィールドの photocarriers の分離により電子は subcell これの n の層に出されて得ます。 それ故に、否定的な潜在性はこれらの n の層の大部分と subcell GaInP の p の層で2 現われます。 地表付近のフィールドの photocarrier 分離が原因で、 p の層の表面は大きさに関連してまた負荷電です。
  • 両方のプロセスの共同効果は図 4b に見られるように subcell GaInP の p の層を渡って渡るとき表面の photovoltage のプロフィールの2 深いすくいを形作ります。 赤灯が使用されれば、 photocarriers は GaInP の広いbandgap 層で2 生成されません。 その結果、図で全く観察されるすくいはより少なく顕著なべきです。 4e. subcell GaInP が2 青いライト -- にさらされるとき、肯定的な潜在性は p の層の大部分で現われ、 subcell GaAs の n の層に転送されます。
  • n の層の表面の photoeffect はまた肯定的であり、これらの層に相当するピークは photovoltage のプロフィールで現われます

実験のおよび模倣されたデータの図 4. 比較。 (A.c.) (a) GE の p-n の接続点に、 (b) GaAs 焦点を合わせるレーザー光線 (λ = 473 nm) との Photoexcitation および (c) GaInP2 。 (d-f) (d) GE の p-n の接続点に、 (e) GaAs 焦点を合わせるレーザー光線 (λ = 785 nm) との Photoexcitation および (f) GaInP2 。 指定: SPV の実験表面の photovoltage のプロフィール。 模倣されたプロフィールはまた各プロットの上で与えられます。 次、すべてのプロットはの下で MJ SCs (Figs. のそれらと同じカラー指定と実験のおよび模倣されたデータの 1-3) .omparison で層の設計図を示されています。 (A.c.) 集中するレーザー光線 (λ = 473 nm) との Photoexcitation。

結論

調査からの結論は下記のようにリストされています:

  • NTEGRA スペクトル PNL の GE、 GaAs および GaInP に基づいて 3 つの subcells が付いている2 太陽電池の調査は subcell それぞれの操作を別に監視することは可能であることを示しました。
  • 得られる実験表面の photovoltage のプロフィールは質的なシミュレーションの結果に従います。
  • 実験データとシミュレーションの結果間のこの一致は multijunction の太陽電池に寄生障壁が選択された photoexitation の密度のための調査の下にないことを示します。
  • 光学分光学の技術の AFM を統合する NTEGRA スペクトル PNL が現在の通信連絡で考慮されるそれよりかなり広い一組の太陽電池の診断のための機能を提供することが注意されるべきです。
  • 次を含んでいる submicrometer およびナノメーターの空間分解能の次の測定技術は可能です:
    • 表面の地形
    • ローカル伝導性
    • 潜在性および料金の変化
    • 外部バイアスか photoexcitation によって組み込みか誘導されて
    • 合成同質性および物質的な欠陥の評価
    • 伝送、反射率および他の光学的性質の空間的な、分光変化
    • 非放射組み変え領域のローカリゼーション
    • p-n の接続点の位置のモニタリング
    • heterointerface の転移のモニタリング
    • 機械圧力のマップ

これらのすべては測定スキャン太陽電池の技術を最適化するのに使用されています。 例えば、太陽電池の内部デザインは化学成分、層の厚さ、プロフィール、欠陥および光学パラメータの変化のデータの最大光起電変換効率を持っている領域の相関関係によって最適化することができます。

NT-MDT について

NT-MDT に 550 人の従業員が、 Ph.D の科学者を含んで、そのほとんどです彼らのフィールドのリーダーあります。 会社は 39 ヶ国で 600 以上のインストールがあり、ずっと装置の世界的な分布を達成する 15 年間以上 APM の市場で作動しています。 NT-MDT の顧客は大学を含み、ナノテクノロジーのすべてのサイズの大学、実験室、政府、研究所および科学的な会社は守備につきます。

この情報は NT-MDT Co. によって提供される材料から供給され、見直され、そして適応させて。

このソースのより多くの情報のために、 NT-MDT Co. を訪問して下さい

Date Added: Jul 10, 2012 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:10

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