Cu Atom Probe Tomografi Çalışmaları (In, Ga) Se<sub> 2</sub> Tahıl Sınırları
Summary
Bu çalışmada, bir cigs güneş pili en emici tabakanın tane sınırları eğitim için atom-prob tomografi tekniğinin kullanımını tanımlamak. Bilinen bir yapı ile istenilen tane sınırı içeren atomun prob ipuçları hazırlamak için yeni bir tedavi yaklaşımı da burada sunulmuştur.
Abstract
Mevcut tekniklerle karşılaştırıldığında, atom prob tomografi kimyasal nano de ve üç boyutlu iç arayüzleri karakterize etmek mümkün eşsiz bir tekniktir. Gerçekten de, APT yüksek hassasiyet (ppm sırasına göre) ve yüksek uzaysal çözünürlüğü (alt nm) sahip.
Önemli çabalar bilinen bir yapı ile istenilen tane sınırı içeren bir APT ucu hazırlamak için burada yapıldı. Gerçekten de, siteye özgü örnek hazırlama kullanarak odaklı-iyon ışını, elektron geri yansıma kırınımı ve transmisyon elektron mikroskobu birlikte bu çalışma sunulmuştur. Bu yöntem, Cu bilinen bir yapı ve konum (In, Ga) Se atomu prob tomografi için 2 ince-film ile seçilen tane sınırları sağlar.
Son olarak, Cu tane sınırları (Ga, In) Se 2 ince film güneş pilleri incelemek için atom prob tomografi tekniği kullanmanın avantajları ve dezavantajları tartışmak.
Introduction
Emici malzeme olarak kalkopirit-yapılandırılmış bileşik yarı iletken Cu (In, Ga) Se 2 (cigs) dayalı ince film güneş pilleri nedeniyle yüksek verimlilik, radyasyon sertlik, uzun vadeli istikrarlı fazla iki yıl için geliştiriliyor olmuştur performans ve düşük üretim maliyeti 1-3. Bu güneş hücreleri, yani CIGS emici tabaka arasında uygun optik özellikleri, doğrudan bir bant aralığı ve yüksek bir emme katsayısı 1,2 nedeniyle yalnızca çok az malzeme tüketimi ile imal edilebilir. Kalınlığı sadece bir kaç mikrometre Emici filmler, yüksek bir fotoakım oluşturmak için yeterlidir. Elektrotlara photogenerated yük taşıyıcıların difüzyon yolu nispeten kısa olduğu için, CIGS emiciler kristalli formda üretilebilir. Bir Cu maksimum verimlilik (Ga, In) Se 2 şimdiye kadar elde (cigs) güneş pili tüm ince film güneş pilleri arasında en yüksek değeri 20,4% 4 olduğunu.
ove_content "> daha fazla hem de üretim maliyetlerinin azaltılması ve güneş pili verimlilik geliştirme gereklidir. İkinci cigs emici tabakasının mikro ve kimyasal bileşimi sıkı bir şekilde bağlıdır. Dahili arayüzler, cigs ince-film fotovoltaik teknolojisi kurmak için, emici içinde özellikle tane sınırları (GB), onlar photogenerated yük taşıyıcılarının taşıma etkileyebilir gibi, çok önemli bir rol oynamaktadır.CIGS güneş pilleri ile ilgili olarak ana sorunlardan biri cigs GB selim doğasını, yani polikristal cigs emici film GB ve örgü kusurları bir yüksek yoğunluklu rağmen üstün hücre verimliliği verim.
Bazı yazarlar elektriksel özellikleri 5,6, karakter ve misorientation 7-9 gibi kirlilik ayrımı 10-13 göre güneş dereceli cigs filmlerde GB okudu. Bu properti arasında ise net bir bağlantıes bugüne kadar kurulabilir. Özellikle, lokal kimyasal bileşimi ve GB safsızlık içeriği ile ilgili bilgileri ve önemli bir eksikliği vardır.
Son yirmi yılda, Atom Probe Tomografi (APT) umut verici nano-analitik teknikler 14-17 biri olarak ortaya çıkmıştır. Yakın zamana kadar güneş hücreleri APT çalışmaları büyük ölçüde örnek hazırlama sürecinde zorluklar ve geleneksel darbeli gerilim atom problar kullanılarak yarı iletken malzemelerin analiz sınırlı kapasitesi ile sınırlı olmuştur. Bu kısıtlamalar büyük ölçüde geliştirilmesi ile üstesinden olan 'lift-out yöntemi' odaklı iyon demeti (FIB) freze 18 ve 16 APT darbeli lazer tanıtımı dayalı. Cigs güneş hücreleri APT karakterizasyonu hakkında birçok makale güçlü daha ileri araştırmalar için teşvik edildiği, 19-23 yayınlanmıştır.
Bu kağıt i iç çalışma nasıl bir kılavuz veriratom prob tomografi tekniği ile cigs içinde nterfaces ince film güneş pilleri.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mevcut çalışmada, cigs, fotovoltaik uygulama için kullanılan bir bileşik yarı iletken malzeme bir rastgele HAGB üzerinde APT sonuçları sunduk. Ayrıca, biz de EBSD ve TEM gibi tamamlayıcı teknikler ile birlikte APT cigs güneş hücreleri için yapı-kompozisyon özellikleri ilişkisi aydınlatmak için güçlü bir araç olduğunu göstermiştir. Öncelikle, EDX / EELS tane sınırı düşük Na ve O konsantrasyonlarının saptanması ve ikinci olarak, EDX / EELS özellikle, tüm unsurları duyarlı değild…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Alman Araştırma Vakfı (DFG) (Sözleşme CH 943/2-1) tarafından kurulmuştur. Yazarlar bu iş için cigs emici tabaka hazırlamak için Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg gelen Wolfgang Dittus ve Stefan Paetel teşekkür etmek istiyorum.
References
- Stanbery, B. J. Copper indium selenides and related materials for photovoltaic devices. Crit. Rev. Solid State. 27, 73-117 (2002).
- Kemell, M., Ritala, M., Leskelä, M. Thin film deposition methods for CuInSe2 solar cells. Crit. Rev. Solid State. 30, 1-31 (2005).
- Kazmerski, L. L. Solar photovoltaics R&D at the tipping point: a 2005 technology overview. J. Electron Spectrosc. 150 (2-3), 105-135 (2006).
- Sadewasser, S., Glatzel, T., Schuler, S., Nishiwaki, S., Kaigawa, R., Lux-Steiner, M. C. Kelvin probe force microscopy for the nano scale characterization of chalcopyrite solar cell materials and devices. Thin Solid Films. 431-432, 257-261 (2003).
- Jiang, C. S., Noufi, R., AbuShama, J. A., Ramanathan, K., Moutinho, H. R., Pankow, J., Al-Jassim, M. M. Local built-in potential on grain boundary of Cu(In,Ga)Se2 thin-films. Appl. Phys. Lett. 84, 3477-1-3477-3 (2004).
- Abou-Ras, D., Koch, C. T., Küstner, V., van Aken, P. A., Jahn, U., Contreras, M. A., Caballero, R., Kaufmann, C. A., Scheer, R., Unold, T., Schock, H. W. Grain-boundary types in chalcopyrite-type thin films and their correlations with film texture and electrical properties. Thin Solid Films. 517, 2545-2549 (2009).
- Nichterwitz, M., Abou-Ras, D., Sakurai, K., Bundesmann, J., Unold, T., Scheer, R., Schock, H. W. Influence of grain boundaries on current collection in Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. Thin Solid Films. 517, 2554-2557 (2009).
- Abou-Ras, D., Schorr, S., Schock, H. W. Grain sizes and grain boundaries in chalcopyrite-type thin films. J. Appl. Cryst. 40, 841-848 (2007).
- Niles, D. W., Al-Jassim, M., Ramanathan, K. Direct observation of Na and O impurities at grain surfaces of CuInSe2 thin films. J. Vac. Sci. Technol. A. 17, 291-296 (1998).
- Rockett, A., Granath, K., Asher, S., Al Jassim, M. M., Hasoon, F., Matson, R., Basol, B., Kapur, V., Britt, J. S., Gillespie, T., Marshall, C. Na incorporation in Mo and CuInSe2 from production processes. Sol. Energy. 59, 255-264 (1999).
- Heske, C., Eich, D., Fink, R., Umbach, E., Kakar, S., van Buuren, T., Bostedt, C., Terminello, L. J., Grush, M. M., Callcott, T. A., Himpsel, F. J., Ederer, D. L., Perera, R. C. C., Riedl, W., Karg, F. Localization of Na impurities at the buried CdS/Cu(In, Ga)Se2 heterojunction. Appl. Phys. Lett. 75, 2082-2084 (1999).
- Braunger, D., Hariskos, D., Bilger, G., Rau, U., Schock, H. W. Influence of Na on the growth of polycrystalline Cu(In,Ga)Se2 thin films. Thin Solid Films. 361, 161-166 (2000).
- Cerezo, A., Godfrey, T. J., Sijbrandij, S. J., Smith, G. D. W., Warren, P. J. Performance of an energy-compensated three-dimensional atom probe. Rev. Sci. Instrum. 69, 49-58 .
- Blavette, D., Bostel, A., Sarrau, J. M., Deconihout, B., Menand, A. An atom-probe for three dimensional tomography. Nature. 363, 432-435 (1993).
- Gault, B., Vurpillot, F., Vella, A., Gilbert, M., Menand, A., Blavette, D., Deconihout, B. Design of a femtosecond laser assisted tomographic atom probe. Rev. Sci. Instrum. 77, 043705-1-043705-8 (2006).
- Kelly, T. F., Miller, M. K. Atom probe tomography. Rev. Sci. Instrum. 78, 031101-1-031101-20 (2007).
- Thompson, K., Lawrence, D., Larson, D. J., Olson, J. D., Kelly, T. F., Gorman, B. In situ site-specific specimen preparation for atom probe tomography. Ultramicroscopy. 107 (2-3), 131-139 (2007).
- Cadel, E., Barreau, N., Kessler, J., Pareige, P. Atom probe study of sodium distribution in polycristalline Cu(In,Ga)Se2 thin film. Acta Material. 58, 2634-2637 (2010).
- Schlesiger, R., Oberdorfer, C., Würz, R., Greiwe, G., Stender, P., Artmeier, M., Pelka, P., Spaleck, F., Schmitz, G. Design of a laser-assisted tomographic atom probe at Münster University. Rev. Sci. Instr. 81, 043703 (2010).
- Cojocaru-Mirédin, O., Choi, P., Abou-Ras, D., Schmidt, S. S., Caballero, R., Raabe, D. Characterization of grain boundaries in Cu(In,Ga)Se2 films using atom-probe tomography. IEEE J. Photovolt. 1 (2), 207-212 (2011).
- Cojocaru-Mirédin, O., Choi, P., Wuerz, R., Raabe, D. Atomic-scale characterization of the CdS/CuInSe2 interface in thin-film solar cells. Appl. Phys. Lett. 98, 103504-1-103504-3 (2011).
- Couzinie-Devy, F., Cadel, E., Barreau, N., Arzel, L., Pareige, P. Atom probe study of Cu-poor to Cu-rich transition during Cu(In,Ga)Se2 growth. Appl. Phys. Lett. 99, 232108-1-232108-3 (2011).
- Voorwinden, G., Jackson, P., Kniese, R., Powalla, M. In-line Cu(In,Ga)Se2 co-evaporation process on 30 cm x 30 cm substrates with multiple deposition stages. , 2115-2118 (2007).
- Miller, M. K., Russell, K. F., Thompson, K., Alvis, R., Larson, D. J. Review of atom probe FIB-based specimen preparation methods. Microscopy Microanal. 13 (6), 428-436 (2007).
- J, D. Modeling image distortions in 3DAP. Microscopy and Microanalysis. 10 (3), 384-390 (2008).
- Kellog, G. L. Determining the field emitter temperature during laser irradiation in the pulsed laser atom probe. J. Appl. Phys. 52, 5320 (1981).
- . . IVASTM 3.6.2 User Guide 2012. , (2012).
- Persson, C., Zunger, A. Compositionally induced valence-band offset at the grain boundary of polycrystalline chalcopyrites creates a hole barrier. Appl. Phys. Lett. 87, 211904-1-211904-3 (2005).
- Zhang, S. B., Wei, S. -. H., Zunger, A., Katayama-Yoshida, H. Defect physics of the CuInSe2 chalcopyrite semiconductor. Phys. Rev. B. 57, 9642-9656 (1998).
- Cahn, J. W., Johnson, W. C., Blakely, J. M. . Interfacial Segregation. , 3-23 (1979).
- Miller, M. K., Jayaram, R. Some factors affecting analysis in atom probe. Surf. Sci. 266, 458-462 (1992).
- Wuerz, R., Eicke, A., Kessler, F., Paetel, S., Efimenko, S., Schlegel, C. CIGS thin-film solar cells and modules on enamelled steel substrates. Sol. Energy. 100, 132-137 (2012).
- De Geuser, F., Lefebvre, W., Danoix, F., Vurpillot, F., Forbord, B., Blavette, D. An improved reconstruction procedure for the correction of local magnification effects in three-dimensional atom-probe. Surf. Interf. Anal. 39, 268-272 (2007).
- Kingham, D. R. The post-ionization of field evaporated ions: A theoretical explanation of multiple charge states. Surf. Sci. 116, 273-301 (1982).
- Letellier, L. . Etude des joints de grains et interphases dans les superalliages Astroloy par microscopie electronique et tomographie atomique [dissertation]. , (1994).
- Hoummada, I., Mangelinck, K., Chow, D., Lee, J., Bernardini, Original methods for diffusion measurements in polycrystalline thin-films. Defect and Diffusion Forum. 322, 129-150 (2012).
