Karakterisering van de Zonnecellen die van de multi-Verbinding de Gecombineerde AtoomMicroscopie van de Kracht en Confocal Optische Spectroscopie Gebruiken

Door AZoNano

Inhoudstafel

Inleiding
Formulering van het Probleem
Experimentele Resultaten en Bespreking
Topoplogy van de PV Oppervlakte van de Halfgeleider
Observaties Onder Photoexcitation
Conclusies
Ongeveer NT-MDT

Inleiding

De zon is een overvloedige, gemakkelijk toegankelijke krachtbron die weldra underutilized is en waarschijnlijk in de nabije toekomst de enige keus voor stroom zal zijn. Men gelooft dat de beste methode van zonnemachtsgeneratie de foto-elektrische die methode gebruikt in zonnecellen wordt gebruikt (SCs). Het wordt voorzien door de EU dat minstens 3% van de stroom van zonneinstallaties tegen het jaar 2020 zal worden verstrekt.

Formulering van het Probleem

Momenteel die, wordt de hoogste efficiency door MJ SCs tentoongesteld op halfgeleidernanoheterostructures wordt gebaseerd. MJ SCs bestaat uit een aantal sub-cellen met p-n verbindingen en barrièrelagen een aantal halfgeleidermaterialen. De regeling van deze subcells is in de orde van dalende energie bandgap van de fotogevoelige die oppervlakte aan het substraat door tegengesteld verbonden tunneldioden wordt verbonden. Vandaar is de gehele zonnespectrumenergie gesegmenteerd en verzameld veroorzakend hoge efficiency. Het is essentieel om te begrijpen dat meest inefficiënte subcell bepaalt de totale efficiency van MJ SC die de constituerende lagen van dit soort samengesteld apparaat Bepalen met indirecte, integrale metingsmethodes en wiskundige simulaties mogelijk is. Zo verkregen de Informatie is niet altijd ondubbelzinnig aangezien het de oplossing van multivariate omgekeerde problemen vereist.

Een ondubbelzinnige bepaling zal afzonderlijk toezicht op de verrichting van al constituerend subcells vereisen.

Experimentele Resultaten en Bespreking

Een voorbeeld is ongeveer hieronder gedetailleerd die hoe de NTEGRA confocal Raman de fluorescentieSonde NanoLaboratory van Spectrums AFM (PNL) in de studie van MJ SCs gebruikt wordt op een GaInP/2een heterostructuur GaAs/Ge wordt gebaseerd die drie p-n verbindingen hebben. Het totale aantal lagen is meer dan 20 en de individuele lagen zijn minder dan 20 NM dik zoals aangetoond in Figuur 1.

Figuur 1. Schema van MJ SC met drie subcells. Benoemingen: diverse tinten van roze, p-type lagen van de heterostructuur; lichtblauwe tinten, n-type lagen; en geel, hoogst leidend lagen tunneldioden en contactlagen. De cijfers tonen de p-n verbindingen in subcells op (1) Duitsland wordt gebaseerd, (2) GaAs, en (3) GaInP die2.

De van de de sondekracht van Kelvin de microscopie (KPFM)techniek werd gebruikt om de variaties van het oppervlakte potentiële profiel van dwars-sectie-gespleten SC met betrekking tot de intensiteit, de golflengte, en de straalpositie van een bron van de laseropwinding te bepalen. Gebaseerd op het schema van de lagen in Figuur 1, zijn de afstand tussen de p-n verbindingen van naburige die subcells op GaAs wordt gebaseerd en2 GaInP een minder dan micrometer.

Toezicht van de Reactie op de reactie, oppervlakte potentiële variatie, werd van afzonderlijke subcell toegelaten door de opwindingslaser in een submicrometervlek te concentreren. Een doelstelling die een numerieke opening van 0.7 hebben en macht van 400 die NM oplossen werd in de confocal lasermicroscoop gebruikt in de NTEGRA Spectrums PNL wordt geïntegreerd. Een cantilever AFM wordt onder de doelstelling geschikt die gelijktijdige optische opwinding en metingen AFM zoals aangetoond in Cijfer 2b toestaan. Het is belangrijk om op te merken dat het instrument het onafhankelijke en gesynchroniseerde aftasten van de laservlek en steekproefaftasten gebruikend een piezo gedreven spiegel en steekproef respectievelijk piezo-scanner toelaat.

Figuur 2. (a) Schema van lagen in MJ SC met de zelfde kleurenbenoemingen zoals die in Fig. 1. De drie p-n verbindingen worden getoond door pijlen. (b) Schema van experiment. De Optische micrografen van de rand van de gespleten oppervlakte van SC tijdens een KPFM experimenteren onder geconcentreerde photoexcitation van (c) de p-n verbinding in Duitsland met een blauwe laser (473 NM) en (d) p-n verbinding in GaAs met een rode laser (785 NM). De Latijnse cijfers wijzen aan: (i) het substraat van Duitsland, (ii) IIIV lagen (GaAs en GaInP2 ), (iii) vrije ruimte, en (iv) de cantilever van KPFM. De optische microscoop wordt geconcentreerd op het substraat van Duitsland in Fig. 2c, en op de IIIV lagen in Fig. tweede.

Topologie van de PV Oppervlakte van de Halfgeleider

Enkele die resultaten in de eerste Gevallenanalyse worden verkregen zijn hieronder vermeld:

  • Het wordt waargenomen zoals aangetoond in Cijfers 2c en tweede, dichtbij de gespleten oppervlakteranden de lichte vlekken van rode en blauwe lasers zich op de p-n verbindingen in subcells van Duitsland en respectievelijk GeAs concentreerden.
  • Er is een scherpe verandering in de oppervlaktetopologie in de linkerhelft van het topografische die beeld in Cijfer 3a wordt getoond. In dit bepaalde gebied, verandert de vlotte hulp van het substraat van Duitsland in een gegroefde topologie van de IIIIV lagen.
  • De Cijfers 2b en 2c tonen aan dat IIIV kristalmaterialen gemakkelijk worden gespleten om vlotte en volkomen vlakoppervlakte slechts langs 110 basisvliegtuigen atomically te vormen.
  • De kristallen van Duitsland en van Si splijten langs een verschillende kristalvliegtuigen.
  • Het substraat van Duitsland is twee keer dikker dan alle andere MJ lagen van SC en vandaar zijn de richtingen van de splijtenpropagatie hoofdzakelijk gebaseerd op het substraat
  • De kaart van het contact potentiële (CPD) verschil in Cijfer 3b toont eigenschappen op één lijn met verwachte geïntegreerde potentiële verschillen in de bulkheterostructuur in de totale duisternisomstandigheden.
  • De CPD kaart bewijst dat dichtbij de p-n verbinding op GaAs subcell oppervlakte daar een daling van het CPD signaal in plaats van de piek zoals aangetoond in Cijfer 3c is
  • Het lichte bandgebied beantwoordt aan goed gesmeerde overgangslagen tussen subcell Duitsland en GaAs
  • Deze discrepantie wordt gezien omdat het de oppervlaktemateriaal van de halfgeleiderstructuur van het bulkpotentieel door near-surface band te buigen niet gekend voor een willekeurig gespleten steekproef varieert.

Figuur 3. Studie KPFM van de gespleten oppervlakte van MJ SC in dark. Tijdens metingen werden beide contacten aan MJ SC aan de grond gezet. (a) Topografisch beeld van het gespleten die oppervlakteprofiel, in semi gemeten -semi-contactmode wordt (overspant het kleur-schaal contrast de hoogtevariaties van 0.85 μm). (b) die Kaart van het CPD signaal in de tweede pas bij gebrek aan een externe photoexcitation wordt gemeten (overspant het kleur-schaal contrast de CPD variaties van 1.05 V). (c) Gladgemaakt evenwichtsprofiel van het ingebouwde potentieel (van model). Schema van de lagen: de pijlen met cijfers tonen de p-n verbindingsposities in subcells (zie ook kleurenbenoemingen in Fig. 1). De parameters van de Meting: De laser AFM met een golflengte van 650 die NM in het systeem voor de opsporing van de cantileverafbuiging worden gebruikt, noncontact VIT_P sonde, resonantie bij 257 kHz, werd oppervlakte potentieel signaal gemeten bij 100 van de liftNM hoogte en Uac=2 V.

Observaties Onder Photoexcitation

Wanneer de halfgeleideroppervlakte aan licht met een fotonenergie meer dan het bandhiaat van het materiaal wordt blootgesteld, resulteert de meer photocarrier scheiding door het near-surface gebied in minderheidscarriers die aan de oppervlakte te voorschijn komen, die band buigen kleiner maakt. Dit mechanisme wordt toegepast voor halfgeleiders met oppervlakten uitgeput van meerderheidscarriers, waarin oppervlaktephotovoltage het tegenovergestelde teken van dat van meerderheidscarriers heeft. In een ingewikkelde structuur, kunnen photocarriers niet alleen op het near-surface gebied, maar ook in de massa worden gescheiden toe te schrijven aan het gebied van ingebouwde barrières. Bijvoorbeeld, is het mogelijk om veranderingen in het oppervlaktepotentieel op verlichting van één enkele p-n verbinding te voorspellen. wegens de meer photocarrier scheiding op het near-surface gebied, wordt de pkant positief negatief geladen, en de nkant. In tegenstelling, laadt de scheiding van photocarriers in bulkmateriaal van het gebied van de p-n verbinding de pkant positief, en de nkant negatief.

Enkele observaties zijn hieronder vermeld:

  • Als het aantal photocarriers op het gebied van de p-n verbinding wordt gescheiden die gescheiden op het near-surface gebied overschrijdt, dan zal oppervlaktephotovoltage verminderen, overgaand van de pkant tot de nkant die.
  • Als de contacten aan de p en nkanten shorted zijn, dan de bijdrage van de bulkscheiding wordt geëlimineerd, en oppervlaktephotovoltage op zulk een overgang zal stijgen.
  • Figuur 4 toont twee reeksen gesimuleerde en gemeten photovoltageprofielen van een gespleten oppervlakte in afwisselende photoexcitation van p-n verbindingen in drie subcells van MJ SCs.
  • De eerste reeks profielen, Fign. 4a-4c, werd verkregen met blauwe laseropwinding (golflengte λ= 473 NM), en tweede, Fign. 4d-4f, met rode laseropwinding (λ = 785 NM). De photoexcitationdichtheid was ongeveer zelfde in beide gevallen, 2-3 mw m. De brandpuntsvlekdiameter D werd berekend gebruikend het criterium Rayleigh D = 1.22 /NA, waar λ de lasergolflengte is, en NA = is 0.7 de numerieke opening van de doelstelling.
  • De Bepaling van het profiel van oppervlaktephotovoltage was door het verschil van PD waarden onder photoexcitation die en in dark worden bepaald.

Het simulatieproces werd gedaan met de volgende voorwaarden:

  • De contacten aan MJ SC zijn shorted
  • Photovoltage die die in het grootste deel van een p-n verbinding verschijnen aan licht wordt blootgesteld wordt verdeeld onder de barrières van twee nonilluminated p-n verbindingen.
  • Ook, wordt de capacitieve weerstand van deze twee verbindingen beschouwd als om gelijkwaardig.
  • Het licht van de blauwe laser wordt geabsorbeerd door alle lagen in MJ SC en het licht van de rode laser wordt niet geabsorbeerd door de brede lagen van GaInP van het band2 hiaat.
  • In de experimentele photovoltageprofielen, tonen de pijlen een onderdompeling in Fig. 4b en een piek in Fig. 4c. De simulatie voorspelt deze specifieke eigenschappen.
  • Subcell GaAs wordt geïsoleerd van de contacten aan MJ SC door de potentiële barrières bij de p-n verbindingen van naburige subcells. Voor het geval dat het aan blauw licht wordt blootgesteld, veroorzaakt de scheiding van photocarriers op het gebied van de p-n verbinding worden uitgeworpen elektronen die te worden in n lagen van subcell dit. Vandaar, verschijnt een negatief potentieel in het grootste deel van deze nlagen en in de plagen van subcell2 GaInP. wegens de meer photocarrier scheiding op het near-surface gebied, is de oppervlakte van de plagen ook negatief - geladen met betrekking tot de massa.
  • Het gezamenlijke effect van beide processen vormt een diepe onderdompeling in het profiel van oppervlaktephotovoltage wanneer het over de plagen van subcell GaInP2 overgaat, zoals gezien in Fig. 4b. Als het rood licht wordt gebruikt, worden geen photocarriers geproduceerd in de breed-bandgap-wijd lagen2 GaInP. Derhalve zou de onderdompeling minder uitgesproken moeten zijn, wat inderdaad in Cijfer wordt waargenomen. 4e. Wanneer subcell2 GaInP aan blauw licht wordt blootgesteld, verschijnt een positief potentieel in de massa van zijn plagen en gebracht naar de nlagen over van subcell GaAs.
  • Photoeffect aan de oppervlakte van de nlagen is ook positief, en een piek die aan deze lagen beantwoorden verschijnt in het photovoltageprofiel

Figuur 4. Vergelijking van experimentele en gesimuleerde gegevens. (a.c.) Photoexcitation met laserlicht (λ = 473 NM) concentreerde zich op de p-n verbindingen in (a) Duitsland, (b) GaAs, en (c) GaInP2 . (d-f) Photoexcitation met laserlicht (λ = 785 NM) concentreerde zich op de p-n verbindingen in (d) Duitsland, (e) GaAs, en (f) GaInP2 . Benoemingen: SPV, het experimentele profiel van oppervlaktephotovoltage. Een gesimuleerd profiel wordt ook gegeven boven elk perceel. Hieronder, onder alle percelen worden getoond schema's van lagen in MJ SCs (met de zelfde kleurenbenoemingen zoals die in Fign. 1-3) .omparison van de experimentele en gesimuleerde gegevens. (a.c.) Photoexcitation met laserlicht (λ = 473 NM) concentreerde zich.

Conclusies

De conclusies van de studie zijn hieronder vermeld:

  • De studie van een zonnecel met drie die subcells op Duitsland, GaAs, en GaInP in2 een NTEGRA Spectrums PNL wordt gebaseerd toonde aan dat het mogelijk is om de verrichting van afzonderlijk subcell elk te controleren.
  • De experimentele verkregen profielen van oppervlaktephotovoltage voldoen aan de resultaten van de kwalitatieve simulatie.
  • Deze overeenkomst tussen de experimentele gegevens en de simulatieresultaten toont aan dat er geen parasitische barrières in de multijunctionzonnecel in studie voor de gekozen photoexitationdichtheid zijn.
  • Men zou moeten opmerken dat de NTEGRA die Spectrums PNL, AFM met optische de spectroscopietechnieken een beduidend bredere reeks mogelijkheden voor zonneceldiagnostiek dan dat overwogen in de onderhavige mededeling integreren aanbiedt.
  • De volgende metingstechnieken met submicrometer en nanometer ruimteresolutie die het volgende omvatten zijn mogelijk:
    • oppervlakte topografie
    • lokaal geleidingsvermogen
    • variaties van potentieel en lasten
    • ingebouwd of veroorzaakt door externe bias of photoexcitation
    • evaluatie van samenstellingshomogeniteit en materiële tekorten
    • ruimte en spectrale variaties van overbrenging, reflectiecoëfficiënt, en andere optische eigenschappen
    • localisatie van nonradiative nieuwe combinatiegebieden
    • toezicht op p-n verbindingsposities
    • toezicht op heterointerfaceovergangen
    • afbeelding van mechanische spanningen

Elk van dit metingsaftasten wordt gebruikt om de zonneceltechnologie te optimaliseren. Bijvoorbeeld, kan het interne ontwerp van zonnecellen door correlatie van gebieden worden geoptimaliseerd die de maximum photovoltaic omzettingsefficiency met gegevens over variatie van de chemische samenstelling, de laagdikte, het profiel, de tekorten en de optische parameters hebben.

Ongeveer NT-MDT

NT-MDT heeft 550 werknemers, met inbegrip van wetenschappers Ph.D., veel van wie leiders op hun gebied zijn. Het bedrijf heeft meer dan 600 installaties in 39 landen, en in de markt APM meer dan 15 jaar gewerkt, bereikend distributie wereldwijd van hun apparaten. De cliënten van NT-MDT omvatten Universiteiten en hogescholen, laboratoria, overheden, onderzoekscentra en wetenschappelijke bedrijven van elke mogelijke omvang in het nanotechnologiegebied.

Deze informatie is afkomstig geweest, herzien en die van materialen door NT-MDT Co. aangepast worden verstrekt.

Voor meer informatie over deze bron, te bezoeken gelieve Co. NT-MDT.

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

Last Update: 15. July 2013 15:54

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit