결합된 원자 군대 현미경 검사법 및 Confocal 광학적인 분광학을 사용하는 다중 접속점 태양 전지의 특성

AZoNano의

목차

소개
문제의 정립
실험적인 결과 및 면담
PV 반도체 표면의 Topoplogy
Photoexcitation의 밑에 관측
결론
NT-MDT에 관하여

소개

태양은 곧 전력을 위한 가까운 장래에 유일한 선택 저활용되고 아마일 풍부한, 쉽게 접근할 수 있는 전원입니다. 태양열 발전의 최고 방법이 태양 전지에서 사용된 광전자적인 방법을 사용하고 있다는 것을 믿어집니다 (SCs). 전력의 적어도 3%가 2020년까지 태양 임명에서 제공될 EU에 의해 계획됩니다.

문제의 정립

지금, 고능률은 반도체 nanoheterostructures에 근거를 둔 MJ SCs에 의해 전시됩니다. MJ SCs는 다수 반도체 물자를 p-n 접속점을 가진 다수 이하 세포 및 방벽 층을 함유합니다. 이 subcells의 배열은 감광성 표면에서 반대로 연결한 갱도 다이오드에 의해 연결된 기질에 감소하는 에너지 bandgap의 순서에 있습니다. 그러므로 고능률을 일으키는 원인이 되는 전부 태양 스펙트럼 에너지는 분단되고 집합됩니다. 효과 없는 subcell 합성 장치의 이 종류의 구성하는 층을 결정하는 MJ SC.의 총 효율성 간접 적이고, 완전한 측정 방법 및 수학 시뮬레이션에 가능하다는 것을 결정한다는 것을 이해하는 것이 필수적 입니다. 이렇게 장악된 정보는 다변량 반대 문제의 해결책을 요구하기 때문에 항상 명백하지 않습니다.

명백한 결심은 모든 구성하는 subcells의 작동의 분리되는 감시를 요구할 것입니다.

실험적인 결과 및 면담

보기는 NTEGRA 스펙트럼 AFM confocal 라만 형광 탐사기 NanoLaboratory가 3개의 p-n 접속점이 있는 GaInP (PNL)/GaAs/Ge 헤테로 구조체에 근거를 둔 MJ SCs의 연구 결과에서2 이용되는 방법 대략의 밑에 상세합니다. 층의 총계는 20와 개별적인 층이 숫자 1.에서 보이는 것처럼 두껍게 이하 20 nm이다 이상의입니다.

3개의 subcells를 가진 MJ SC의 숫자 1. 개략도. 지적: 분홍색, 헤테로 구조체의 p 모형 층의 각종 담채; 밝은 파란색 담채, n 모형 층; 그리고 갱도 다이오드와 접촉 층의 노란, 높게 수행 층. 손가락은 (1) Ge에, (2) GaAs 근거를 둔 subcells에 있는 p-n 접속점을 및 (3) GaInP 보여줍니다2.

켈빈 탐사기 군대 현미경 검사법 (KPFM) 기술은 레이저 흥분 근원의 강렬, 파장 및 光速 위치에 관하여 십자가 단면도 쪼개진 SC의 지상 잠재적인 단면도 변이를 결정하기 위하여 이용되었습니다. 숫자 1에 있는 층의 개략도에 기지를 두어, GaAs에 근거를 둔 이웃 subcells의 p-n 접속점 사이 거리 및 GaInP는2 마이크로미터 보다는 더 적은입니다.

반응의 반응 감시, 분리되는 subcell의 지상 잠재적인 변이는, submicrometer 반점으로 흥분 레이저를 집중시켜서 가능하게 되었습니다. 0.7의 수 가늠구멍 및 400 nm의 분해능이 있는 목적은 NTEGRA 스펙트럼 PNL에서 통합된 confocal 레이저 현미경에서 사용되었습니다. AFM 외팔보는 목적 배열되 동시 광학적인 흥분을 및 AFM 측정의 밑에 숫자 2b에서 보이는 것처럼 허용하. 계기가 각각 piezo 몬 미러 및 견본 piezo 스캐너를 사용하여 독립 적이고 및 동기화한 레이저 반점 스캐닝 및 견본 스캐닝을 가능하게 한다는 것을 주의하는 것이 중요합니다.

FIG. 1.에서 그들과 동일 군기 지적을 가진 MJ SC에 있는 층의 숫자 2. (a) 개략도. 3개의 p-n 접속점은 화살에 의해 보입니다. (b) 실험의 개략도. KPFM 도중 SC의 쪼개진 표면의 가장자리의 광학적인 현미경 사진은 파란 레이저 (473 nm)로 (c) Ge에 있는 p-n 접속점 및 (d) GaAs에 있는 p-n 접속점의 집중된 photoexcitation의 밑에 빨간 레이저 (785 nm)로 실험합니다. 라틴어 숫자는 지정합니다: (i) Ge 기질, (II) III-V 층 (GaAs와 GaInP2 ), (iii) 자유 공간 및 (iv) KPFM 외팔보. 광학적인 현미경은 FIG. 2c에 있는 Ge 기질 그리고 FIG. 제 2에 있는 III-V 층에 집중됩니다.

PV 반도체 표면의 지세학

몇몇은의 첫번째 사례 연구에서 장악된 결과 아래와 같이 열거됩니다:

  • 각각 Ge와 GeAs의 subcells에 있는 p-n 접속점에 집중된 빨강과 파란 레이저에서 쪼개진 지상 가장자리 백색 반점의 가까이에 숫자 2c와 제 2에서 보이는 것처럼, 관찰됩니다.
  • 숫자 3a에서 보인 지형도 작성 심상의 좌 반에 있는 지상 지세학에 있는 예리한 변경이 있습니다. 이 특정한 지구에서는, Ge 기질의 매끄러운 기복은 III-IV 층의 줄이 있는 지세학으로 바뀝니다.
  • 110의 기초 비행기에 따라서서만 원자로 매끄러운 완벽하게 평면 표면을 형성하기 위하여 III-V 수정같은 물자가 쉽게 쪼개진다는 것을 숫자 2b와 2c는 보여줍니다.
  • Ge와 Si 결정은에 따라서 다른 결정면을 쪼갭니다.
  • Ge 기질은 그밖 MJ SC 층이 전부 기질에 및 그러므로 분열 번식 방향 우세하게 근거를 두다 보다는 두껍게 2 시간 입니다
  • 숫자 3b에 있는 (CPD) 접촉 전위차 지도는 깜깜한 암흑 조건 하에서 대량 헤테로 구조체에 있는 예상한 통합 전위차 일직선상에 특징을 보여줍니다.
  • CPD 지도는 GaAs subcell 표면에 p-n 접속점의 가까이에 숫자 3c에서 보이는 것처럼 첨단 대신에 CPD 신호에 있는 감소가 있다는 것을 증명을
  • 가벼운 악대 지구는 subcell Ge와 GaAs 사이 잘 진한 액체로 처리한 전이층에 대응합니다
  • 이 어긋남은 반도체 구조물 표면 물자가 구부리기 가깝 표면 악대에 의해 독단적으로 쪼개지기 견본으로 알려져 있지 않기 대량 잠재력에서 변화하기 때문에 보입니다.

숫자 3. 암흑에 있는 MJ SC의 쪼개진 표면의 KPFM 연구 결과. 측정 도중 MJ SC에 두 접촉 다 지상에 놓였습니다. (a) semi-contactmode에서 측정되는 쪼개진 지상 단면도의 지형도 작성 심상 (0.85 μm의 고도 변이가 군기 가늠자 대조에 의하여 뼘으로 잽니다). (b) 외부 photoexcitation이 없을 경우에 두번째 통행에서 측정되는 CPD 신호의 지도 (1.05 V)의 CPD 변이가 군기 가늠자 대조에 의하여 뼘으로 잽니다. (c) 붙박이 잠재력의 반반하게 한 평형 단면도 (모형에서). 층의 개략도: p-n 접속점이 subcells에서 두는 손가락 쇼를 가진 화살 (FIG. 1)에 있는 군기 지적을 또한 보십시오. 측정 매개변수: 공가 편향도 탐지, 몸의 접촉이 없는 VIT_P 탐사기, 257 kHz에 공명에 시스템에서 사용된 650 100 nm 상승 고도 및 Uac=2 V.에 nm의 파장을 가진 AFM 레이저는, 지상 잠재적인 신호 측정되었습니다.

Photoexcitation의 밑에 관측

반도체 표면이 광양자 에너지를 가진 빛에 물자의 띠 간격 보다는 더 많은 것 드러낼 때, 가깝 표면 필드로 photocarrier 별거는 악대 구부리를 더 작은 만드는 표면에 나오기 소수 운반체 귀착됩니다. 이 기계장치는 지상 photovoltage에는 다수 운반체의 그것의 반대 표시가 있는 다수 운반체의 고갈된 표면을 가진 반도체를 위해 적용됩니다. 복잡한 구조물에서는, photocarriers는 가깝 표면 분야에서, 또한 붙박이 방벽의 필드 때문에 부피에서 뿐만 아니라 분리될 수 있습니다. 예를 들면, 단 하나 p-n 접속점의 조명에 지상 잠재력에 있는 변경을 예상하는 것이 가능합니다. 가깝 표면 필드에 있는 photocarrier 별거 때문에, p 측은, n 측 긍정적으로 부정적으로 비용이 부과되고. 대조적으로, p-n 접속점의 필드에서 대량 물자에 있는 photocarriers의 별거는 p 측, 및 n 측을 부정적으로 긍정적으로 비용을 부과합니다.

몇몇은의 관측 아래와 같이 열거됩니다:

  • p-n 접속점의 분야에서 분리된 photocarriers의 수가 초과하는 경우에 가깝 표면에서 분리된 그들은 수비에 세워, 지상 photovoltage는 줄여, p 측에게서 n 측에 통과하.
  • p에 접촉이 n 측 누전하는 경우에, 대량 별거에서 기여금은 삭제되고, 지상 photovoltage는 그런 전환에 증가할 것입니다.
  • 숫자 4는 MJ SCs의 3개의 subcells에 있는 p-n 접속점의 대체 photoexcitation에 있는 쪼개진 표면에서 시뮬레이트하고 측정한 photovoltage 단면도의 2 세트를 보여줍니다.
  • 단면도, Figs. 4a-4c의 첫번째 세트는 파란 레이저 흥분 (파장 λ= 473 nm), 및 두번째 의 빨간 레이저 흥분 (λ = 785 nm)와 더불어 Figs. 4d-4f로, 장악되었습니다. photoexcitation 조밀도는 대략 양쪽의 경우에 동일하, 2-3 MW M. λ가 레이저 파장이고, NA가 = 0.7 목적의 수 가늠구멍인 곳에, 초점 직경 D는 Rayleigh 표준을 사용하여 D = 1.22 /NA 산출되었습니다.
  • 지상 photovoltage 단면도의 결심은 photoexcitation의 밑에 그리고 암흑에서 결정된 PD 가치의 다름에 의하여 이었습니다.

시뮬레이션 프로세스는 뒤에 오는 조건에 행해졌습니다:

  • MJ SC에 접촉은 누전합니다
  • 빛에 드러낸 p-n 접속점의 대부분에서 나타나는 photovoltage는 2개의 nonilluminated p-n 접속점의 방벽 중 분산됩니다.
  • 더구나, 이러한 두 종류 접속점의 용량은 동등한 것 여겨집니다.
  • 파란 레이저에서 빛은 MJ SC에 있는 모든 층에 의해 흡수되고 빨간 레이저에서 빛은 띠 간격 GaInP 넓은 층에 의해 흡수되지 않습니다2 .
  • 실험적인 photovoltage 단면도에서는, 화살은 FIG. 4c에 있는 FIG. 4b와 첨단에 있는 복각을 보여줍니다. 시뮬레이션은 이 특정 특징을 예상합니다.
  • subcell GaAs는 이웃 subcells의 p-n 접속점에 잠재 방벽으로 접촉에서 MJ SC에 격리됩니다. 만일 그것이 파란 빛에 드러내면, p-n 접속점의 필드에 있는 photocarriers의 별거는 전자가 subcell 이것의 n 층으로 분출되어 얻는 원인이 됩니다. 그러므로, 부정 잠재력은 이 n 층의 대부분과 subcell GaInP의 p 층에서2 나타납니다. 가깝 표면 필드에 있는 photocarrier 별거 때문에, p 층의 표면은 또한 부피에 관하여 마이너스로 충전됩니다.
  • 두 프로세스 전부의 합동 효력은 FIG. 4b에서 볼 수 있는 것처럼 subcell GaInP의 p 층을 통해 통과할 때 지상 photovoltage 단면도에 있는2 깊은 복각을 형성합니다. 빨간불이 이용되는 경우에, 아무 photocarriers도 GaInP 넓은 bandgap 층에서2 생성되지 않습니다. 따라서, 숫자에서 실제로 관찰되는 복각은 보다 적게 뚜렷해야 합니다. 4e. subcell GaInP가2 파란 빛에 드러낼 때, 긍정적인 잠재력은 그것의 p 층의 대부분에서 나타나고 subcell GaAs의 n 층으로 옮겨집니다.
  • n 층의 표면에 photoeffect는 또한 긍정적이고, 이 층에 일치하는 첨단은 photovoltage 단면도에서 나타납니다

실험 적이고 및 시뮬레이트한 데이터의 숫자 4. 비교. (A.c.) (a) Ge에 있는 p-n 접속점에, (b) GaAs 집중되는 레이저 광 (λ = 473 nm)를 가진 Photoexcitation 및 (c) GaInP2 . (d-f) (d) Ge에 있는 p-n 접속점에, (e) GaAs 집중되는 레이저 광 (λ = 785 nm)를 가진 Photoexcitation 및 (f) GaInP2 . 지적: SPV 의 실험적인 지상 photovoltage 단면도. 시뮬레이트한 단면도는 또한 각 작의의 위 주어집니다. 아래에, 모든 작의는의 밑에 MJ SCs (Figs.에서 그들과 동일 군기 지적에 실험 적이고 및 시뮬레이트한 데이터의 1-3) .omparison에 있는 층의 개략도를 보입니다. (A.c.) 집중되는 레이저 광 (λ = 473 nm)를 가진 Photoexcitation.

결론

연구 결과에서 결론은 아래와 같이 열거됩니다:

  • NTEGRA 스펙트럼 PNL에 있는 Ge, GaAs 및 GaInP에 근거를 둔 3개의 subcells를 가진2 태양 전지의 연구 결과는 subcell 각각의 작동을 따로따로 감시하는 것이 가능하다는 것을 보여주었습니다.
  • 장악된 실험적인 지상 photovoltage 단면도는 품질 시뮬레이션의 결과에 따릅니다.
  • 실험적인 데이터와 시뮬레이션 결과 사이 이 계약은 선택한 photoexitation 조밀도를 위한 연구 결과의 밑에 multijunction 태양 전지에 있는 기생하는 방벽이 없다는 것을 보여줍니다.
  • 주목해야 한다 NTEGRA 스펙트럼 PNL는, 광학적인 분광학 기술을 가진 통합 AFM 존재하는 커뮤니케이션에서 고려된 그것 보다는 태양 전지 진단을 위한 기능의 현저하게 더 넓은 세트를 제안합니다.
  • 뒤에 오는 것 포함하는 submicrometer와 나노미터 공간적 해상도를 가진 뒤에 오는 측정 기술은 가능합니다:
    • 지상 지세
    • 현지 전도도
    • 잠재력과 책임의 변이
    • 외부 편견 또는 photoexcitation에 의해 붙박이 유도해
    • 구성 균질성 및 물자 결점의 평가
    • 투과율, 반사율 및 그밖 광학적 성질의 공간과 괴기한 변이
    • 비복사 재결합 지구의 지방화
    • p-n 접속점 위치의 감시
    • heterointerface 전환의 감시
    • 기계적인 긴장의 지도로 나타내기

이 전부는 측정 검사 태양 전지 기술을 낙관하기 위하여 이용됩니다. 예를 들면, 태양 전지의 내부 디자인은 화학 성분, 층 간격, 단면도, 결점 및 광학적인 매개변수의 변이에 데이터를 가진 최대 광전지 변환 효율성이 있는 지구의 상호 관계를 통해 낙관될 수 있습니다.

NT-MDT에 관하여

NT-MDT에는 550명의 직원이, Ph.D 과학자를 포함하여, 그들중 대다수입니다 그들의 필드에 있는 지도자 있습니다. 회사는 39개의 국가에 있는 600 이상 임명이 있고, 그들의 장치의 세계 배급을 달성하는 15 그 해 동안 APM 시장에서 작전하고 있습니다. NT-MDT의 클라이언트는 대학을 포함하고 나노 과학에 있는 모든 규모의 대학, 실험실, 정부, 연구소 및 과학적인 회사는 수비에 세웁니다.

이 정보는 NT-MDT 계속 Co.에 의해 제공된 물자에서 sourced, 검토해서 그리고 적응시켜 입니다.

이 근원에 추가 정보를 위해, NT-MDT Co.를 방문하십시오.

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

Last Update: 15. July 2013 16:13

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