多连接点太阳能电池的描述特性使用联合的基本强制显微学和共焦的光学分光学的

AZoNano

目录

简介
问题的公式化
实验结果和论述
PV 半导体表面的 Topoplogy
在 Photoexcitation 下的观察
结论
关于 NT-MDT

简介

这个星期日是目前被未充分利用和很可能在不久的将来是电力的唯一的选择的一个丰富,容易访问的电源。 相信太阳能发电最佳的方法使用在太阳能电池的这个光电使用的方法 (SCs)。由欧盟构想至少 3% 电力从太阳安装将提供至 2020年。

问题的公式化

目前,高效率由 MJ 在半导体 nanoheterostructures 基础上的 SCs 陈列。 MJ SCs 包括与 p-n 连接点的一定数量的子细胞和阻挡层一定数量的半导体材料。 这些 subcells 的排列按从光敏表面的越来越少的能源 bandgap 的顺序到相反被连接的隧道二极管连接的这个基体。 因此被分割并且收集导致高效率的整个太阳光谱能源。 了解是重要的最效率低次单元确定确定这种的构成层 MJ SC. 的总效率综合设备对间接,集成评定方法和数学模拟是可能的。 因为它要求多维分布的倒数问题的解决方法,因而得到的信息总是不是毫不含糊的。

一个毫不含糊的确定将要求所有构成 subcells 的运算的单独监控。

实验结果和论述

示例在大约下是详细的 NTEGRA 光谱 AFM 共焦的喇曼荧光探测 NanoLaboratory (PNL) 如何用于在 GaInP/GaAs/Ge 异质结构基础上的 MJ2 SCs 的研究有三个 p-n 连接点。 层的总数是如图 1. 所显示,超过 20 和各自的层浓厚少于 20 毫微米。

MJ SC 的图 1. 概要与三 subcells 的。 标识: 异质结构的桃红色, p 型的层多种色彩; 浅兰的色彩, n 型的层; 并且隧道二极管和联络层黄色,高度执行的层。 数字在 (1) Ge 基础上的 subcells 显示 p-n 连接点, (2) GaAs 和 (3) GaInP2

凯尔文探测强制显微学 (KPFM)技术用于确定跨部分被劈开的 SC 的表面潜在的配置文件差异关于激光励磁来源的强度、波长和束流位置。 基于层的概要在表 1,在 GaAs 基础上的相邻的 subcells 的 p-n 连接点的之间距离和 GaInP2 比测微表是较少。

这种回应的回应监控,表面潜在的差异,一单独次单元通过集中励磁激光启用到 submicrometer 地点。 有的目的一个数值口径 0.7 和分辨能力的 400 毫微米用于在 NTEGRA 光谱集成的共焦的激光显微镜 PNL。 AFM 悬臂在这个目的允许同时光学励磁和 AFM 评定下被安排如图 2b 所显示。 注意到是重要的,仪器启用独立和同步的激光地点扫描和范例扫描使用各自一个压力被驱动的镜子和范例压力扫描程序。

图 2. (a) 层概要在 MJ SC 的与颜色标识和那些一样在图 1。 三个 p-n 连接点由箭头显示。 (b) 实验概要。 SC 的被劈开的表面的边缘的光学微写器在 KPFM 期间的在 Ge 中试验在 (c) p-n 连接点蓝色激光 (473 毫微米) 和 (d) 在 GaAs 的 p-n 连接点的集中的 photoexcitation 下红色激光 (785 毫微米)。 拉丁数字选定: (i) Ge 基体, (ii) III-V 层 (GaAs 和 GaInP2 ), (iii) 空位和 (iv) KPFM 悬臂。 光学显微镜集中在图 2c 的 Ge 基体和于在图第 2 的 III-V 层。

PV 半导体表面的拓扑

在第一个案例分析中得到的某些结果如下是列出的:

  • 如在被劈开的表面跑光地点附近的图 2c 和第 2 所显示,被观察,从于在各自 Ge 和 GeAs subcells 的 p-n 连接点集中的红色和蓝色激光。
  • 有在表面拓扑上的一个锋利的变化在图显示的这个地形学图象的左一半 3a 上。 在此特殊区域, Ge 基体的平稳的替补变成 III-IV 层的条纹的拓扑。
  • 图 2b 和 2c 向显示 III-V 水晶材料容易地被劈开形成基本平稳和完全平面仅表面沿 110 架基础飞机。
  • Ge 和 Si 水晶沿劈开不同的晶面。
  • Ge 基体比其他 MJ SC 层并且分裂传送方向在这个基体基础上二次更加浓厚是主要地
  • 在图 3b 的 (CPD)接触电位差映射显示功能与期望的集成电位差成直线在批量异质结构在完全黑暗情况下。
  • CPD 映射证明如图 3c 所显示,在 GaAs 次单元的表面的 p-n 连接点附近有在 CPD 信号的减少而不是这个峰顶
  • 光带区域对应于在次单元的 Ge 和的 GaAs 之间的很好被掺杂的转变层
  • 因为半导体结构表面材料从为一个任意地被劈开的范例,由接近表面的范围弯曲没已知的批量潜在变化这些差异被看到。

图 3. MJ SC 的被劈开的表面的 KPFM 研究在黑暗的。 在评定期间对 MJ SC 的两联络被接地。 (a) 被劈开的表面配置文件的地形学图象,评定在半contactmode (颜色缩放比例对比跨过 0.85 μm 的高度差异)。 (b) 在第二通过评定的 CPD 信号的映射在没有外部 photoexcitation 时 (颜色缩放比例对比跨过 1.05 V) 的 CPD 差异。 (c) 固定潜在的使光滑的平衡配置文件 (从设计)。 层的概要: 与 p-n 连接点在 subcells 确定的数字显示的箭头 (也参见在图 1) 的颜色标识。 评定参数: 有在这个系统毫微米的波长的 AFM 激光 650 用于悬臂式偏折检测,没有接触的 VIT_P 探测,在 257 kHz 的共鸣,表面潜在的信号被评定了在 100 个毫微米推力高度和 Uac=2 V。

在 Photoexcitation 下的观察

当半导体表面比材料的带隙时显示在与光子能源的光更多,由这个接近表面的域的 photocarrier 分隔导致涌现在表面的少数载流子,使范围弯曲更小。 此结构为与表面的半导体是应用的被耗尽多数载流子,表面光电压有那的相反的符号多数载流子。 在一个复杂结构, photocarriers 可以分隔不仅在这个接近表面的域,而且在批量项目货签由于固定障碍的域。 例如,预测在表面潜在上的变化在一个唯一 p-n 连接点的照明是可能的。 由于在这个接近表面的域的 photocarrier 分隔, p 端确实地负被充电和 n 端。 相反, photocarriers 的分隔在粒状材料的从 p-n 连接点的域负确实地充电 p 端和 n 端。

某些观察如下是列出的:

  • 如果在分隔的 photocarriers 的数量 p-n 连接点领域超出在这个接近表面的域分隔的那些,则表面光电压将减少,通过从 p 端到 n 端。
  • 如果对这个 p 的联络和 n 端短缺,则消灭从批量分隔的摊缴,并且表面光电压在这样转移将增加。
  • 图 4 在 p-n 连接点的备选 photoexcitation 显示二套从被劈开的表面的被模拟的和被评定的光电压配置文件在 MJ SCs 三 subcells 的。
  • 第一套配置文件, Figs. 4a-4c,获得了与蓝色激光励磁 (波长λ= 473 毫微米) 和第二,与红色激光励磁 (λ的 Figs. 4d-4f, = 785 毫微米)。 photoexcitation 密度在两种情况下近似是相同的, 2-3 兆瓦 M。 焦斑直径 D 被计算了使用 Rayleigh 标准 D = 1.22 /NA,其中λ是激光波长,并且 NA = 0.7 是这个目的数值口径。
  • 表面光电压配置文件的确定是由 PD 值区别在黑暗确定的在 photoexcitation 下和。

模拟进程完成以下列条件:

  • 对 MJ SC 的联络短缺
  • 出现于 p-n 连接点的大多数的光电压显示在光在二个 nonilluminated p-n 连接点中障碍被分配。
  • 并且,这两个连接点电容认为等同的。
  • 从蓝色激光的光由在 MJ SC 的所有层吸收,并且从红色激光的光没有由宽带隙 GaInP 层2 吸收。
  • 在实验光电压配置文件,箭头在图 4c 的图 4b 和峰顶显示一个垂度。 模拟预测这些特定功能。
  • 次单元的 GaAs 从联络被绝缘到 MJ SC 由在相邻的 subcells 的 p-n 连接点的位垒。 万一它显示在蓝色光, photocarriers 的分隔在 p-n 连接点领域造成电子获得抛出到次单元的此的 n 层。 因此,一个负电位出现于大多数这些 n 层和于次单元的 GaInP 的 p 层2 。 由于在这个接近表面的域的 photocarrier 分隔, p 层的表面关于批量项目货签也是带负电荷。
  • 两个进程的联合作用如在图 4b 中看到形成在表面光电压配置文件的一个深刻的垂度,当它通过在次单元时的 GaInP 的2 p 层间。 如果使用红灯, photocarriers 在范围内的 bandgap GaInP 层2 没有被生成。 结果,垂度应该是较不显著的,在图的确被观察。 4e. 当次单元2 的 GaInP 显示在蓝色光时,正潜在出现于大多数其 p 层和调用到次单元的 GaAs 的 n 层。
  • photoeffect 在 n 层的表面也是正的,并且与这些层相应的一个峰顶出现于光电压配置文件

图 4. 实验和被模拟的数据比较。 (A.c.) 与于 p-n 连接点 (λ的 Photoexcitation = 473 毫微米) 集中的激光在 (a) Ge 中, (b) GaAs 和 (c) GaInP2 。 (d-f) 与于 p-n 连接点 (λ的 Photoexcitation = 785 毫微米) 集中的激光在 (d) Ge 中, (e) GaAs 和 (f) GaInP2 。 标识: SPV,实验表面光电压配置文件。 一个被模拟的配置文件在每种剧情上也产生。 下面,在所有剧情下在 MJ SCs (与颜色标识和那些一样在 Figs. 1-3) .omparison 显示层概要实验和被模拟的数据。 (A.c.) 与 (λ的 Photoexcitation = 473 毫微米) 集中的激光。

结论

从这个研究的结论如下是列出的:

  • 太阳能电池的研究与在 Ge、 GaAs 和 GaInP 基础上的三 subcells 的2NTEGRA 光谱 PNL 向显示分别地监控次单元的其中每一的运算是可能的。
  • 获得的实验表面光电压配置文件遵照定性模拟的结果。
  • 在实验数据和模拟结果之间的此协议向显示没有在 multijunction 太阳能电池的寄生障碍在选择的 photoexitation 密度的研究下。
  • 值得注意的是, NTEGRA 光谱 PNL,与光学分光学技术的集成的 AFM 比在当前通信考虑的那提供显着更加清楚的套太阳能电池诊断的功能。
  • 包括下列与 submicrometer 和毫微米空间分辨率的下列计量技术是可能的:
    • 表面地势
    • 局部传导性
    • 潜在和充电的差异
    • 固定或导致由外部偏心或 photoexcitation
    • 作文同质性和物质缺陷的评估
    • 透射率、反射率和其他光学性能的空间和光谱差异
    • 非辐射的再结合地区的本地化
    • p-n 连接点位置监控
    • heterointerface 转移监控
    • 映射机械重点

所有这些评定扫描用于优选太阳能电池技术。 例如,太阳能电池内部设计可以通过有的地区的相关性被优选与数据的最大光致电压的换能效率关于化学成分、层厚度、配置文件、缺陷和光学参数的差异。

关于 NT-MDT

NT-MDT 有 550 位员工,包括 Ph.D 科学家,大多数是在他们的域的领导先锋。 这家公司在 APM 市场上有超过 600 安装在 39 个国家(地区) 和经营超过 15 年,达到他们的设备的世界分布。 NT-MDT 的客户机包括大学,并且学院、实验室、政府、研究中心和所有范围科学公司在这个纳米技术里调遣。

此信息是来源,复核和适应从 NT-MDT 提供的材料 Co。

关于此来源的更多信息,请参观 NT-MDT Co。

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

Last Update: 15. July 2013 15:46

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