Energy Dispersive Spectrometry Analysis of a CIGS Solar Cell
Aplikace | 2009 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
X-ray
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Tenkovrstvé CIGS (Cu(In,Ga)Se2) solární články dosahují vysokých účinností při nízkých výrobních nákladech a malé tloušťce, což je činí atraktivními pro průmyslovou výrobu a komerční aplikace. Kontrola chemického složení a prostorového rozložení prvků v jednotlivých vrstvách je klíčová pro optimalizaci jejich elektrických vlastností a dlouhodobé stability.Cíle a přehled studie
Tato aplikace popisuje použití energie rozptylové rentgenové spektrometrie (EDS) k analýze CIGS solární článku v pohledu na povrchu (planární pohled) a v řezu (příčný řez). Hlavním cílem je identifikovat složení vrstev, tloušťky filmů a přítomnost nečistot či kontaktních materiálů.Použitá metodika
Vzorek komerčního CIGS článku byl mechanicky rozebrán a fragment povrchu analyzován přímo v SEM. Příčný řez byl zalit epoxidem, vybrušován a leštěn. Planární analýza proběhla při 20 kV pro základní určení prvkového složení. Pro mapování příčného řezu bylo použito napětí 5 kV ke snížení objemu interakce a minimalizaci nabíjení polymerní podložky. Pro eliminaci driftu byla aplikována korekce pozice obrazu.Použitá instrumentace
- Skelné elektronové mikroskopie s wolframovou katodou
- EDS systém Thermo Scientific NORAN System 7
- Detektor NanoTrace SiLi pro X-ray signál
- Software Thermo Scientific COMPASS pro fázovou analýzu a kvantitativní mapování
Hlavní výsledky a diskuse
- Planární pohled: Top vrstva obsahuje převážně In a Se, doplněné menším množstvím Cu, Ga, Zn, O, Cd a S. Kontaktovaný povrch tvořila Ag barva a podkladový substrát Mo.
- Příčný řez (nízké zvětšení): Analýza odhalila silné polymerní vrstvy (C), hliníkové a železné podložky s celkovou tloušťkou ~0,3 mm.
- Příčný řez (vysoké zvětšení): Fázové mapy ukázaly podklad z Fe, na něm Mo vrstvu (~1 µm) a dvě separátní vrstvy Cu-Ga-Se (první ~3 µm s nízkým počtem rentgenových signálů, druhá ~1,5 µm bohatší na In). Recesní vzhled první vrstvy naznačuje odlišnou tvrdost a možnou preferentialní úpravu leštěním.
- Fáze CdS a ZnO nebyly detekovány, pravděpodobně kvůli jejich extrémní tenké povaze a limitům objemu generovaných X-paprsků.
Přínosy a praktické využití metody
- EDS analýza poskytuje rychlé a lokálně specifické informace o chemickém složení vrstev solárního článku.
- Mapování i bodové analýzy pomáhají při kontrole výroby a optimalizaci depozičních procesů.
- Identifikace nečistot a kontaktních materiálů umožňuje zefektivnit výrobní postupy a zlepšit celkovou kvalitu zařízení.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Rozvoj detektorů s vyšší citlivostí a vyšším rozlišením pro odhalení ultratenkých vrstev CdS/ZnO.
- Integrace EDS s 3D tomografickými technikami pro trojrozměrné zobrazení mikrostruktury.
- Automatizované fázové analýzy a strojové učení pro rychlejší interpretaci složitých dat.
Závěr
EDS systém Thermo Scientific NORAN System 7 v kombinaci se SEM umožňuje detailní charakterizaci tenkovrstvých solárních článků CIGS za nízkých napětí a proudů. Metoda poskytuje cenné informace o složení vrstev, jejich tloušťkách a integritě, což přispívá k optimalizaci výroby a zvýšení účinnosti solárních zařízení.Reference
D. Abou-Ras, et al. Elemental distribution profiles across Cu(In,Ga)Se2 solar-cell absorbers acquired by various techniques. Proceedings of EMC 2008, volume 1, p. 741.Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
K-Alpha: Compositional XPS Analysis of a Cu(In,Ga)Se2 Solar Cell
2011|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application Note: 52165 K-Alpha: Compositional XPS Analysis of a Cu(In,Ga)Se2 Solar Cell Tim Nunney, Thermo Fisher Scientific, East Grinstead, West Sussex, UK Key Words • K-Alpha The Thermo Scientific K-Alpha XPS was used to investigate the elemental and chemical structure…
Klíčová slova
cigs, cigsalpha, alphasolar, solardepth, depthlighting, lightinglayer, layerreflex, reflexprofiled, profiledthin, thinprofile, profilefilm, filmxps, xpscell, cellthermo, thermoafrica
Investigation of a CIGS solar cell with ARL EQUINOX 100 X-ray Diffractometer and ARL QUANT'X EDXRF Spectrometer
2020|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Investigation of a CIGS solar cell with ARL EQUINOX 100 X-ray Diffractometer and ARL QUANT'X EDXRF Spectrometer Authors: Dr. Simon Welzmiller, Ju Weicai, XRD Application Specialists Introduction Copper indium gallium selenide (CIGS) is one of three predominantly used materials for…
Klíčová slova
cigs, cigssolar, solaredxrf, edxrfarl, arlthin, thingixrd, gixrdfilm, filmquant’x, quant’xxrd, xrdcells, cellslayer, layercrystalline, crystallineperipheral, peripheralinvestigations, investigationslayers
Analysis of Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) Solar Cells with ARL QUANT’X EDXRF Spectrometer
2019|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
APPLICATION NOTE Author: Pascal Lemberge, Thermo Fisher Scientific Ecublens, Switzerland Keywords ARL QUANT’X, EDXRF, Copper Indium Gallium Selenide (CIGS), Solar cells, SDD Introduction Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) is a direct bandgap semiconductor used in the manufacturing of solar cells.…
Klíčová slova
cigs, cigslayer, layerquant’x, quant’xedxrf, edxrfarl, arlselenide, selenidethickness, thicknessgallium, galliumindium, indiumsolar, solarthick, thickspectrometer, spectrometerexcitation, excitationcopper, copperthin
K-Alpha: Mapping of the Work Function of a Damaged Solar Cell
2011|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application Note: 52078 K-Alpha: Mapping of the Work Function of a Damaged Solar Cell Paul Mack, Tim Nunney, John Wolstenholme, Thermo Fisher Scientific, East Grinstead, UK Key Words • K-Alpha • Mapping • PCA The Thermo Scientific K-Alpha XPS has…
Klíčová slova
alpha, alphawork, workfunction, functionxps, xpssolar, solardamaged, damagedpca, pcaphoton, photonindium, indiumenergy, energymaps, mapsmeasured, measuredafrica, africaposition, positionscientific