多連接點太陽能電池的描述特性使用聯合的基本強制顯微學和共焦的光學分光學的

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目錄

簡介
問題的公式化
實驗結果和論述
PV 半導體表面的 Topoplogy
在 Photoexcitation 下的觀察
結論
關於 NT-MDT

簡介

這個星期日是目前被未充分利用和很可能在不久的將來是電力的唯一的選擇的一個豐富,容易訪問的電源。 相信太陽能發電最佳的方法使用在太陽能電池的這個光電使用的方法 (SCs)。由歐盟構想至少 3% 電力從太陽安裝將提供至 2020年。

問題的公式化

目前,高效率由 MJ 在半導體 nanoheterostructures 基礎上的 SCs 陳列。 MJ SCs 包括與 p-n 連接點的一定數量的子細胞和阻擋層一定數量的半導體材料。 這些 subcells 的排列按從光敏表面的越來越少的能源 bandgap 的順序到相反被連接的隧道二極管連接的這個基體。 因此被分割并且收集導致高效率的整個太陽光譜能源。 瞭解是重要的最效率低次單元確定確定這種的構成層 MJ SC. 的總效率綜合設備對間接,集成評定方法和數學模擬是可能的。 因為它要求多維分佈的倒數問題的解決方法,因而得到的信息總是不是毫不含糊的。

一個毫不含糊的確定將要求所有構成 subcells 的運算的單獨監控。

實驗結果和論述

示例在大約下是詳細的 NTEGRA 光譜 AFM 共焦的喇曼熒光探測 NanoLaboratory (PNL) 如何用於在 GaInP/GaAs/Ge 異質結構基礎上的 MJ2 SCs 的研究有三個 p-n 連接點。 層的總數是如圖 1. 所顯示,超過 20 和各自的層濃厚少於 20 毫微米。

MJ SC 的圖 1. 概要與三 subcells 的。 標識: 異質結構的桃紅色, p 型的層多種色彩; 淺蘭的色彩, n 型的層; 并且隧道二極管和聯絡層黃色,高度執行的層。 數字在 (1) Ge 基礎上的 subcells 顯示 p-n 連接點, (2) GaAs 和 (3) GaInP2

凱爾文探測強制顯微學 (KPFM)技術用於確定跨部分被劈開的 SC 的表面潛在的配置文件差異關於激光勵磁來源的強度、波長和束流位置。 基於層的概要在表 1,在 GaAs 基礎上的相鄰的 subcells 的 p-n 連接點的之間距離和 GaInP2 比測微表是較少。

這種回應的回應監控,表面潛在的差異,一單獨次單元通過集中勵磁激光啟用到 submicrometer 地點。 有的目的一個數值口徑 0.7 和分辨能力的 400 毫微米用於在 NTEGRA 光譜集成的共焦的激光顯微鏡 PNL。 AFM 懸臂在這個目的允許同時光學勵磁和 AFM 評定下被安排如圖 2b 所顯示。 注意到是重要的,儀器啟用獨立和同步的激光地點掃描和範例掃描使用各自一個壓力被驅動的鏡子和範例壓力掃描程序。

圖 2. (a) 層概要在 MJ SC 的與顏色標識和那些一樣在圖 1。 三個 p-n 連接點由箭頭顯示。 (b) 實驗概要。 SC 的被劈開的表面的邊緣的光學微寫器在 KPFM 期間的在 Ge 中試驗在 (c) p-n 連接點藍色激光 (473 毫微米) 和 (d) 在 GaAs 的 p-n 連接點的集中的 photoexcitation 下紅色激光 (785 毫微米)。 拉丁數字選定: (i) Ge 基體, (ii) III-V 層 (GaAs 和 GaInP2 ), (iii) 空位和 (iv) KPFM 懸臂。 光學顯微鏡集中在圖 2c 的 Ge 基體和於在圖第 2 的 III-V 層。

PV 半導體表面的拓撲

在第一個案例分析中得到的某些結果如下是列出的:

  • 如在被劈開的表面跑光地點附近的圖 2c 和第 2 所顯示,被觀察,從於在各自 Ge 和 GeAs subcells 的 p-n 連接點集中的紅色和藍色激光。
  • 有在表面拓撲上的一個鋒利的變化在圖顯示的這個地形學圖像的左一半 3a 上。 在此特殊區域, Ge 基體的平穩的替補變成 III-IV 層的條紋的拓撲。
  • 圖 2b 和 2c 向顯示 III-V 水晶材料容易地被劈開形成基本平穩和完全平面仅表面沿 110 架基礎飛機。
  • Ge 和 Si 水晶沿劈開不同的晶面。
  • Ge 基體比其他 MJ SC 層並且分裂傳送方向在這個基體基礎上二次更加濃厚是主要地
  • 在圖 3b 的 (CPD)接觸電位差映射顯示功能與期望的集成電位差成直線在批量異質結構在完全黑暗情況下。
  • CPD 映射證明如圖 3c 所顯示,在 GaAs 次單元的表面的 p-n 連接點附近有在 CPD 信號的減少而不是這個峰頂
  • 光帶區域對應於在次單元的 Ge 和的 GaAs 之間的很好被摻雜的轉變層
  • 因為半導體結構表面材料從為一個任意地被劈開的範例,由接近表面的範圍彎曲沒已知的批量潛在變化這些差異被看到。

圖 3. MJ SC 的被劈開的表面的 KPFM 研究在黑暗的。 在評定期間對 MJ SC 的兩聯絡被接地。 (a) 被劈開的表面配置文件的地形學圖像,評定在半contactmode (顏色縮放比例對比跨過 0.85 μm 的高度差異)。 (b) 在第二通過評定的 CPD 信號的映射在沒有外部 photoexcitation 時 (顏色縮放比例對比跨過 1.05 V) 的 CPD 差異。 (c) 固定潛在的使光滑的平衡配置文件 (從設計)。 層的概要: 與 p-n 連接點在 subcells 確定的數字顯示的箭頭 (也參見在圖 1) 的顏色標識。 評定參數: 有在這個系統毫微米的波長的 AFM 激光 650 用於懸臂式偏折檢測,沒有接觸的 VIT_P 探測,在 257 kHz 的共鳴,表面潛在的信號被評定了在 100 个毫微米推力高度和 Uac=2 V。

在 Photoexcitation 下的觀察

當半導體表面比材料的帶隙時顯示在與光子能源的光更多,由這個接近表面的域的 photocarrier 分隔導致湧現在表面的少數載流子,使範圍彎曲更小。 此結構為與表面的半導體是應用的被耗盡多數載流子,表面光電壓有那的相反的符號多數載流子。 在一個複雜結構, photocarriers 可以分隔不僅在這個接近表面的域,而且在批量項目貨簽由於固定障礙的域。 例如,預測在表面潛在上的變化在一個唯一 p-n 連接點的照明是可能的。 由於在這個接近表面的域的 photocarrier 分隔, p 端確實地負被充電和 n 端。 相反, photocarriers 的分隔在粒狀材料的從 p-n 連接點的域負確實地充電 p 端和 n 端。

某些觀察如下是列出的:

  • 如果在分隔的 photocarriers 的數量 p-n 連接點領域超出在這個接近表面的域分隔的那些,則表面光電壓將減少,通過從 p 端到 n 端。
  • 如果對這个 p 的聯絡和 n 端短缺,則消滅從批量分隔的攤繳,并且表面光電壓在這樣轉移將增加。
  • 圖 4 在 p-n 連接點的備選 photoexcitation 顯示二套從被劈開的表面的被模擬的和被評定的光電壓配置文件在 MJ SCs 三 subcells 的。
  • 第一套配置文件, Figs. 4a-4c,獲得了與藍色激光勵磁 (波長λ= 473 毫微米) 和第二,與紅色激光勵磁 (λ的 Figs. 4d-4f, = 785 毫微米)。 photoexcitation 密度在兩種情況下近似是相同的, 2-3 兆瓦 M。 焦斑直徑 D 被計算了使用 Rayleigh 標準 D = 1.22 /NA,其中λ是激光波長,并且 NA = 0.7 是這個目的數值口徑。
  • 表面光電壓配置文件的確定是由 PD 值區別在黑暗確定的在 photoexcitation 下和。

模擬進程完成以下列條件:

  • 對 MJ SC 的聯絡短缺
  • 出現於 p-n 連接點的大多數的光電壓顯示在光在二個 nonilluminated p-n 連接點中障礙被分配。
  • 並且,這兩個連接點電容認為等同的。
  • 從藍色激光的光由在 MJ SC 的所有層吸收,并且從紅色激光的光沒有由寬帶隙 GaInP 層2 吸收。
  • 在實驗光電壓配置文件,箭頭在圖 4c 的圖 4b 和峰頂顯示一個垂度。 模擬預測這些特定功能。
  • 次單元的 GaAs 從聯絡被绝緣到 MJ SC 由在相鄰的 subcells 的 p-n 連接點的位壘。 萬一它顯示在藍色光, photocarriers 的分隔在 p-n 連接點領域造成電子獲得拋出到次單元的此的 n 層。 因此,一個負電位出現於大多數這些 n 層和於次單元的 GaInP 的 p 層2 。 由於在這個接近表面的域的 photocarrier 分隔, p 層的表面關於批量項目貨簽也是帶負電荷。
  • 兩個進程的聯合作用如在圖 4b 中看到形成在表面光電壓配置文件的一個深刻的垂度,當它通過在次單元時的 GaInP 的2 p 層間。 如果使用紅燈, photocarriers 在範圍內的 bandgap GaInP 層2 沒有被生成。 結果,垂度應該是較不顯著的,在圖的確被觀察。 4e. 當次單元2 的 GaInP 顯示在藍色光時,正潛在出現於大多數其 p 層和調用到次單元的 GaAs 的 n 層。
  • photoeffect 在 n 層的表面也是正的,并且與這些層相應的一個峰頂出現於光電壓配置文件

圖 4. 實驗和被模擬的數據比較。 (A.c.) 與於 p-n 連接點 (λ的 Photoexcitation = 473 毫微米) 集中的激光在 (a) Ge 中, (b) GaAs 和 (c) GaInP2 。 (d-f) 與於 p-n 連接點 (λ的 Photoexcitation = 785 毫微米) 集中的激光在 (d) Ge 中, (e) GaAs 和 (f) GaInP2 。 標識: SPV,實驗表面光電壓配置文件。 一個被模擬的配置文件在每種劇情上也產生。 下面,在所有劇情下在 MJ SCs (與顏色標識和那些一樣在 Figs. 1-3) .omparison 顯示層概要實驗和被模擬的數據。 (A.c.) 與 (λ的 Photoexcitation = 473 毫微米) 集中的激光。

結論

從這個研究的結論如下是列出的:

  • 太陽能電池的研究與在 Ge、 GaAs 和 GaInP 基礎上的三 subcells 的2NTEGRA 光譜 PNL 向顯示分別地監控次單元的其中每一的運算是可能的。
  • 獲得的實驗表面光電壓配置文件遵照定性模擬的結果。
  • 在實驗數據和模擬結果之間的此協議向顯示沒有在 multijunction 太陽能電池的寄生障礙在選擇的 photoexitation 密度的研究下。
  • 值得注意的是, NTEGRA 光譜 PNL,與光學分光學技術的集成的 AFM 比在當前通信考慮的那提供顯著更加清楚的套太陽能電池診斷的功能。
  • 包括下列與 submicrometer 和毫微米空間分辨率的下列計量技術是可能的:
    • 表面地勢
    • 局部傳導性
    • 潛在和充電的差異
    • 固定或導致由外部偏心或 photoexcitation
    • 作文同質性和物質缺陷的評估
    • 透射率、反射率和其他光學性能的空間和光譜差異
    • 非輻射的再結合地區的本地化
    • p-n 連接點位置監控
    • heterointerface 轉移監控
    • 映射機械重點

所有這些評定掃描用於優選太陽能電池技術。 例如,太陽能電池內部設計可以通過有的地區的相關性被優選與數據的最大光致電壓的換能效率關於化學成分、層厚度、配置文件、缺陷和光學參數的差異。

關於 NT-MDT

NT-MDT 有 550 位員工,包括 Ph.D 科學家,大多數是在他們的域的領導先鋒。 這家公司在 APM 市場上有超過 600 安裝在 39 個國家(地區) 和經營超過 15 年,達到他們的設備的世界分佈。 NT-MDT 的客戶機包括大學,并且學院、實驗室、政府、研究中心和所有範圍科學公司在這個納米技術裡調遣。

此信息是來源,覆核和適應從 NT-MDT 提供的材料 Co。

關於此來源的更多信息,请請參觀 NT-MDT Co。

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

Last Update: 15. July 2013 15:50

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