定量的光致发光的太阳能电池吸收器和photo-excited的质量状态

新型薄膜太阳能电池的研究一直是出于所需的物质和能量消耗低的处理这种类型的设备。这种方法似乎很有希望建立更加可持续技术和能源回报达到短时间比成熟的晶体硅技术。大多数薄膜方法是基于异质结构的设计,其中包括材料的晶格常数,带隙、电子亲和力等大大不同。这导致激烈的乐队不连续和障碍可能会妨碍一个好的p-n-structure的形成。对一种改进的异质结构额外薄半导体层中引入一些技术,这是通常被称为缓冲层。CIGSSe和CZTSSe技术,包含成分相对低毒性的潜力,而有毒的cd化合物一直是传统上用作最宽容和多才多艺的缓冲材料。在过去的几年里重要的研究工作进行了为了寻找替代无毒缓冲材料和改善异质结构的质量。在这些InS和锌(O, S)是最著名的。

在这个应用程序中注意我们分析CZTSSe样品用不同的缓冲层的上下文中提供的一个最近的研究项目。除了提到的标准cd缓冲区,另一种锌基缓冲和一个混合的方式进行测试,将一层薄薄的cd与锌基缓冲区。我们应用的方法校准光致发光(PL)中提取的分割的准费米水平,决定了可获得的开路电压(V_oc)设备。这种表征技术也有一个好处,那就是它可以预测的效果调查修改已经在生产过程的早期阶段,而无需制作完整的太阳能电池。

实验装置

PL光谱测量在Labram Horiba阿拉米斯,这是一个共焦拉曼显微镜设置。PL测量的系统修改添加二向色分束器的光束线,它允许我们保持原系统的功能。收集到的PL信号集中成纤维和引导检测单元包含一个三叶草sr - 193 - i - b1 - sil摄谱仪标准SMA纤维InGaAs安装端口和一个512像素摄像头iDus InGaAs du490a - 1.7和或技术。

检测单位分开控制Labram阿拉米斯在另一个计算机系统。然而,如同步两个系统同时拉曼和PL映射在相同的位置可以通过外部TTL两个单元之间的连接。

光致发光光谱测量与缓冲层CZTSSe吸收器。激励是由一个532纳米半导体激光器的激光功率< 3兆瓦,而激光功率测量期间减少排除可能漂白/退化对样品的影响,同时它对获得良好的信噪比足够高。获得幽灵似地校准测量,白光的光谱校正灯前测量PL获取数据记录的PL光谱校正函数。值得注意的是,这种校准光谱必须获得所有配置/设置的系统,即不同中心波长的谱仪/探测器、光学过滤器、目标等。为此校准灯放置在样品阶段和白色反射标准放置,而不是样品。

结果

一组测量PL光谱绘制在图1。故事情节显示主要的高能部分光谱,用于评估。根据普朗克广义定律(P。Wurfel期刊。15 3967加元(1982)]从半导体光发射是一个函数的分裂准费米水平,样品温度、吸光度,可以用一个简化的方式表达

一:吸收率,E_辐透:光子能量,QFLS:分裂的准费米水平。= - 1和E_辐透»kT表达式可以进一步简化和写成

在这种情况下这个表达式是有效光子能量> 1.05 eV,浸透在统一的,由于使用的高吸收系数和厚度测量CZTSSe吸收器。在图2中相同的光谱绘制在对数尺度除E²_辐透。

高能量光谱的一部分,然后相应地eqn遵循线性行为。2。光谱显示了一个明确的评价降低分割的准费米水平超过30兆电子伏的替代缓冲区相比,标准的cd缓冲区。这个结果表明一个更糟糕的吸收/缓冲界面的钝化替代或引入新的缺陷的缓冲区。混合结构的应用,另一方面显示了明显增强分割的准费米水平相比大约20兆电子伏的标准配置。这可以解释为一种改进的钝化状态的接口。更大的分裂准费米水平可以被看作是一个增强的总体质量photo-excited状态,正如前面提到的可能会导致更高的V_oc在最后的太阳能电池。

最后,太阳能电池制造基于类似的吸收器,确认的定性趋势V_oc,提取的分裂趋势预测的PL的准费米水平测量。细节的差异,观察之间的定量数据从PL和电子测量设备,意味着选择的界面形成缓冲显然遭受比预测的PL更显著,表明额外的运输障碍的形成,显示只有在电子测量的影响最终的设备。预测的改进的V_oc证实了混合方法的测量设备,表明细胞产生的主要改进接口的一种改进的钝化状态,导致一个更大的分裂quasiFermi水平。

引用

大卫•Regesch Levent Gutay, […], Susanne Siebentritt,达成。理论物理。。101,112108 (2012),CuInSe2退化和钝化。

Levent Gutay大卫·Regesch […], Susanne Siebentritt,达成。理论物理。。99,151912(2011),铜过量吸收CuInSe2质量的影响。

托马斯•Unold Levent Gutay,威利,书11章:光致发光分析检测薄膜太阳能电池,书:先进的表征技术对薄膜太阳能电池