Karakterisering av Mång--Föreningspunkt Sol- Celler genom Att Använda Kombinerad Atom- StyrkaMicroscopy och den Confocal Optiska Spektroskopin

Vid AZoNano

Bordlägga av Tillfredsställer

Inledning
Utformning av Problemet
Experimentella Resultat och Diskussion
Topoplogy av PV-Halvledaren Ytbehandlar
Observationer Under Photoexcitation
Avslutningar
Om NT-MDT

Inledning

Sunen är ett överflödande, lätt tillgängligt driva källan som underutilizeds just nu, och ska antagligen var den enda prima för elkraft driver i den near framtiden. Det tros att den bäst metoden av sol- driver utvecklingen använder den photoelectric metoden som används i sol- celler (SCs). Det föreställa sig av EG som 3% åtminstone av elkraften driver ska ges från sol- installationer vid året 2020.

Utformning av Problemet

För närvarande ställs ut den högsta effektiviteten av MJ SCs som baseras på halvledarenanoheterostructures. MJ SCs består av ett nummer av under-celler med p--nföreningspunkter och barriärlagrar av ett nummer av halvledarematerial. Ordningen av dessa subcells är i beställa av minskande energibandgap från det photosensitive ytbehandlar till substraten förbindelse av motsatt förbindelsetunneldioder. Hence segmenteras samlas den sol- spectrumenergin för helheten och orsaka kickeffektivitet. Det är nödvändigt att förstå att det mest ineffektiva subcell bestämmer den sammanlagda effektiviteten av en MJ-SC. som Bestämmer de bestånds- lagrarna av denna sort av den sammansatt apparaten är möjligheten med indirekta, integralmätningsmetoder och matematiska simuleringar. Information erhållande thus är inte alltid otvetydig, som den kräver lösningen av multivariats- omvändningproblem.

En ska otvetydig beslutsamhet kräver separat övervakning av funktionen allra de bestånds- subcellsna.

Experimentella Resultat och Diskussion

Ett exempel är specificerat nedanfört om hur Sonden NanoLaboratory för fluorescence för NTEGRA-SpectraAFM den confocal Raman (PNL) används i studien av MJ SCs som baseras på en GaInP2/GaAs/Ge heterostructure som har tre p--nföreningspunkter. Slutsumman numrerar av lagrar är mer, än 20 och individlagrar är mindre än 20 nm tjockt, som visat in Figurera 1.

Figurera 1. Schematiskt av en MJ-SC med tre subcells. Beteckningar: olikt tonar av rosa färg, p-typ lagrar av heterostructuren; ljust - blått tonar, n-typ lagrar; och gulna och högt att föra lagrar av tunneldioder och kontaktlagrar. Siffrorna p--nföreningspunkterna i subcellsna som baseras på (1) Ge, (visar de 2) GaAs, och (3) GaInP2.

Tekniken för microscopy för Kelvin sond (KPFM)styrka var van vid bestämmer den potentiella ytbehandla profilerar variationer av enkluven SC med hänsyn till styrkan, våglängd och strålar placerar av en laser-magnetiseringskälla. Baserat på det schematiskt av lagrarna Figurera in 1, distansera mellan p--nföreningspunkterna av neighboring subcells som baseras på GaAs, och GaInP2 är mindre än en mikrometer.

Svarsövervakning av svaret, ytbehandlar potentiell variation, av ett separat subcell möjliggjordes, genom att fokusera magnetiseringslaseren in i en submicrometerfläck. Ett mål som har en numerisk öppning av 0,7 och löser, driver av 400 som nm användes i det confocal laser-mikroskopet som integrerades i NTEGRA-Spectrana PNL. En AFM-cantilever är ordnat nedanfört mål låta samtidig optisk magnetisering och AFM-mätningar, som visat in Figurera 2b. Det är viktigt att notera, att instrumentera möjliggör oberoende och den synkroniseringsscanningen för laser-fläcken och tar prov scanningen som använder ett piezo drivande, avspeglar och tar prov piezo-bildläsaren respektive.

Figurera 2. (a) Schematiskt av lagrar i en MJ-SC med samma färga beteckningar som de i Fig. 1. De tre p--nföreningspunkterna visas av pilar. (b) Schematiskt av experiment. Optiska micrographs av kanta av kluven ytbehandlar av en SC under ett KPFM-experiment under fokuserad photoexcitation av (c) p--nföreningspunkten i Ge med för blått en föreningspunkt för laser (473 nm) och (D) p--ni GaAs med en röd laser (785 nm). Latinska tal designerar: (I) Ge-substrate, (II) III--Vlagrar (GaAs och GaInP2 ), (III) fritt utrymme, och (DROPPEN) KPFM-cantilever. Det optiska mikroskopet fokuseras på Ge-substraten i Fig. 2c och på III--Vlagrarna i Fig. 2d.

Topologi av PV-Halvledaren Ytbehandlar

Några av resultaten erhållande i den första Fallstudien är listat nedanfört:

  • Det observeras, som visat in Figurerar 2c, och 2d, nära kluven ytbehandlar kantar ljusa fläckar från röda och blåttlaser fokuserade på p--nföreningspunkterna i subcellsna av Ge och GeAs respektive.
  • Det finns en korändring i ytbehandlatopologin i den lämnade halvan av det topographic avbildar visat in Figurerar 3a. I denna särskilda region slätar Ge-substrate'sen lättnadsändringar till en striated topologi av III--IVlagrarna.
  • Figurerar 2b, och showen 2c, att III-V som crystal material klyvas lätt för att bilda atomically slätar och perfekt planar ytbehandlar endast längs grundläggande 110 hyvlar.
  • Ge- och Si-kristaller klyver längs en olik kristall hyvlar.
  • Ge-substraten är två tider mer tjock, än alla andra MJ-SC-lagrar och hence cleavageförökningriktningar baseras huvudsakligen på substraten
  • Den potentiella skillnaden för kontakten (CPD) kartlägger Figurerar shows in 3b som särdrag som är justerade med förväntade inbyggda potentiella skillnader i den bulk heterostructuren under sammanlagt mörker, villkorar.
  • CPDEN kartlägger bevisar att nära p--nföreningspunkten på den subcell GaAsen ytbehandla där är en minskning i CPDEN signalerar i stället för det maximalt, som visat in Figurera 3c
  • Den ljusa musikbandregionen motsvarar för att välla fram dopade övergångslagrar mellan subcell Ge och GaAs
  • Dessa diskrepanser ses, därför att halvledaren strukturerar ytbehandlar materiellt varierar från den potentiella ien stora partier near-ytbehandlar by musikbandet som böjer inte bekant för som klyvas godtyckligt, tar prov.

Figurera 3. KPFM-studien av kluven ytbehandlar av en MJ-SC i mörkret. Under mätningar blev båda kontakter till MJ-SCEN jordninda. (a) Topographic avbilda av kluven ytbehandlar profilerar, mätt i halvt-contactmode (färga-fjäll kontrasten spänner över höjdvariationerna av 0,85 μm). (b) Kartlägga av CPDEN signalerar mätt i understödja passerar i frånvaroen av en yttre photoexcitation (färga-fjäll kontrasten spänner över CPD-variationerna av 1,05 V). (c) Slätad equilibrium profilerar av det inbyggde potentiellt (från modellera). Schematiskt av lagrarna: pilar med siffrashow som p--nföreningspunkten placerar i subcellsna (se också för att färga beteckningar i Fig. 1). Mätningsparametrar: AFM-laser med en våglängd av 650 nm som används i systemet för cantileveravböjningsupptäckt, den noncontact VIT_P-sonden, resonans på 257 kHz, ytbehandlar potentiellt signalerar mättes på 100 nm-elevatorhöjd och Uac=2 V.

Observationer Under Photoexcitation

När halvledaren ytbehandlar är utsatt att tända med en fotonenergi mer än, sätter in musikbandmellanrummet av det materiellt, det mer photocarrier avskiljandet vid near-ytbehandla resultat i minoritetbärare som dyker upp på ytbehandla, som gör böja för musikband mindre. Denna mekanism appliceras för halvledare med ytbehandlar uttömt av majoritetsbärare, som ytbehandlaphotovoltagen har motsatsen att underteckna i av det av majoritetsbärare. I ett invecklat strukturera, kan photocarriers avskiljas inte endast i near-ytbehandla sätter in, men också i ien stora partier tack vare sätta in av inbyggde barriärer. För anföra som exempel, det är möjligheten som förutsäger ändringar i ytbehandla som är potentiell på belysning av en singelp--nföreningspunkt. Tack vare sätter in det mer photocarrier avskiljandet i near-ytbehandla, laddas p-sidan negativt, och n-sidan positivt. I kontrast laddar avskiljandet av photocarriers i bulk materiellt från sätta in av p--nföreningspunkten p-sidan positivt och n-sidan negativt.

Några av observationerna är listat nedanfört:

  • Om numrera av photocarriers som avskiljs i sätta in av p--nföreningspunkten, överskrider, sätter in de som avskiljs i near-ytbehandla, då ska minskningen för ytbehandla som den photovoltage passerar från p-sidan till n-sidan.
  • Om kontakterna till pet och n-sidor kortslutas, då avlägsnas bidraget från det bulk avskiljandet, och ytbehandlaphotovoltagen ska en sådan övergång för förhöjning på.
  • Figurera 4 shows två uppsättningar av simulerat, och mätt photovoltage profilerar från kluven ytbehandlar i omväxlande photoexcitation av p--nföreningspunkter i tre subcells av MJ SCs.
  • Den första uppsättningen av profilerar, Figs. 4a-4c erhölls med blåttlaser-magnetiseringen (våglängdλ= 473 nm) och understödja, Figs. 4d-4f med den röda laser-magnetiseringen (λ = 785 nm). Photoexcitationtätheterna var ungefärligt samma i båda fall, 2-3 mW/M. Den fokal- fläckdiametern D beräknades genom att använda det Rayleigh kriteriet D = /NA 1,22, var λ är laser-våglängden, och NA = 0,7 är den numeriska öppningen av mål.
  • Beslutsamhet av ytbehandlaphotovoltagen profilerar var vid skillnaden av PD värderar beslutsam under photoexcitation och i mörkret.

Den processaa simuleringen gjordes med villkorar efter:

  • Kontakterna till MJ-SCEN kortslutas
  • Photovoltagen som verkar i ien stora partier av en utsatt p--nföreningspunkt att tända, är utdelad bland barriärerna av två nonilluminated p--nföreningspunkter.
  • Också är kapacitenserna av dessa två föreningspunkter ansedda att vara likvärdigt.
  • Det ljust från blåttlaseren absorberas av alla lagrar i MJ-SCEN, och ljust från den röda laseren absorberas inte av de breda musikbandmellanrumsGaInP2 lagrarna.
  • I den experimentella photovoltagen profilerar, pilshowen ett dopp i Fig. 4b och ett maximalt i Fig. 4c. Simuleringen förutsäger dessa specifika särdrag.
  • Den subcell GaAsen isoleras från kontakterna till MJ-SCEN av de potentiella barriärerna på p--nföreningspunkterna av de neighboring subcellsna. I fall att är den utsatt att slösa lätt, avskiljandet av photocarriers i sätta in av p--nföreningspunkten orsakar elektroner för att få skjutet ut in i n-lagrarna av detta som är subcell. Hence visas en potentiell negation i ien stora partier av dessa n-lagrar och i p-lagrarna av den subcell2 GaInPen. Tack vare sätter in det mer photocarrier avskiljandet i near-ytbehandla, ytbehandla av p-lagrarna är också negativt - laddat i förhållande till ien stora partier.
  • Det gemensamt verkställer av båda bearbetar bildar ett djupt dopp i ytbehandlaphotovoltagen profilerar, när den passerar över p-lagrarna av den subcell2 GaInPen, som sett i Fig. 4b. Om rött ljus används, frambrings inga photocarriers i de sned boll-bandgapGaInP2 lagrarna. Därför bör doppet mindre uttalas, som observeras sannerligen in Figurerar. 4e. När den subcell2 GaInPen är utsatt att slösa lätt, visas överförs en potentiell realitet i ien stora partier av dess p-lagrar och till n-lagrarna av den subcell GaAsen.
  • Photoeffecten på ytbehandla av n-lagrarna är också realiteten, och maximalt motsvara till dessa lagrar visas i photovoltagen profilerar

Figurera 4. Jämförelse av experimentella och simulerade data. (A.C.) Photoexcitation med ljust för laser (λ = 473 nm) fokuserat på p--nföreningspunkterna i (a) Ge, (b) GaAs, och (c) GaInP2 . (d-f) Photoexcitation med ljust för laser (λ = 785 nm) fokuserat på p--nföreningspunkterna i (D) Ge, (e) GaAs, och (f) GaInP2 . Beteckningar: SPV som är experimentella ytbehandlar photovoltage profilerar. Simulerad profilerar ger sig också ovanför varje täppa. Nedanföra under visas alla täppor scheman av lagrar i MJ SCs (med samma färga beteckningar som de i Figs. 1-3) .omparison av de experimentella och simulerade datan. (A.C.) Photoexcitation med ljust för laser (λ = 473 nm) fokuserat.

Avslutningar

Avslutningarna från studien är listat nedanfört:

  • Studien av en sol- cell med tre subcells som baserades på Ge, GaAs och GaInP2 i Spectra PNL för en NTEGRA, visade att det är möjligheten som separat övervakar funktionen av varje som är subcell.
  • Det experimentellt ytbehandlar photovoltage profilerar erhållande uppfyller med resultaten av den kvalitativa simuleringen.
  • Denna överenskommelse mellan de experimentella datan och simuleringsresultaten visar att det inte finns några parasitic barriärer i den sol- cellen för multijunctionen under studien för de valda photoexitationtätheterna.
  • Det bör noteras att NTEGRA-Spectrana PNL som integrerar AFM med optiska spektroskopitekniker erbjuder en markant mer bred uppsättning av kapaciteter för sol- celldiagnostik än det som är ansedd i den närvarande kommunikationen.
  • Efter mätningsteknikerna med rumslig upplösning för submicrometer och för nanometer, som inkluderar efter, är möjligheten:
    • ytbehandla topografi
    • lokalconductivity
    • variationer av spänningar och laddningar
    • inbyggt eller framkallat av yttre snedhet eller photoexcitation
    • utvärderingen av compositional enhetlighet och materiellt hoppar av
    • rumsliga och spektral- variationer av transmittance, reflexionen och annan optisk rekvisita
    • localization av nonradiative återkombinationsregioner
    • övervakning av p--nföreningspunkten placerar
    • övervakning av heterointerfaceövergångar
    • kartlägga av mekaniska spänningar

Alla dessa mätningsbildläsningen är van vid optimerar den sol- cellteknologin. Till exempel kan varvar profilerar hoppar av den inre designen av sol- celler optimeras till och med korrelation av regioner som har maximat photovoltaic omvandlingseffektivitet med data på variation av den kemiska sammansättningen, tjocklek, och optiska parametrar.

Om NT-MDT

NT-MDT har 550 anställda, inklusive Ph.D.-forskare, många av, vem är ledare i deras sätter in. Företaget har mer än 600 installationer i 39 länder och har fungerat i APMEN marknadsför för mer än 15 år och att uppnå världsomspännande fördelning av deras apparater. NTS-MDTS beställare inkluderar Universitetar, och högskolar, laboratorium, regeringar, forskningscentra och vetenskapliga företag storleksanpassar allra i nanotechnologyen sätter in.

Denna information har varit sourced, granskad och anpassad från material förutsatt att av NT-MDT Co.

Behaga besök NT-MDT Co. För mer information på denna källa

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

Last Update: 15. July 2013 16:40

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit