CdTe Thin Film PV - Discussion sur l'application

NOTE D'APPLICATION

CdTe PV film mince est l’un des principaux films minces Technologies PV en cours de commercialisation. Le CdTe présente l'avantage d'une bande interdite directe qui correspond bien au spectre solaire, d'un coefficient d'absorption élevé, de la capacité de dopage à la fois du type n et du type p, et de processus pouvant fonctionner pour une fabrication à faible coût et à grande échelle.

Les principaux domaines d’amélioration de la photovoltaïque à couche mince CdTe sont l’efficacité des cellules et des modules. Caractérisation des matériaux en utilisant analyse de surface des méthodes peuvent être utilisées pour soutenir la R&D d'amélioration de l'efficacité.

Structure de film mince

Le schéma représentatif de la structure du dispositif PV à couche mince CdTe présenté ci-dessus illustre certaines des manières dont l'analyse de surface peut être utile.

À gauche du schéma, nous voyons la structure en couches. La lumière pénètre à travers le substrat de verre (bas du schéma), à travers le film CdS mince (50-150 nm) TCO (oxyde conducteur transparent) et est absorbée par la couche plus épaisse (2-8µm) CdTe où des paires de trous sont formées. La jonction p / n formée par l'hétérojonction CdS / CdTe crée une région d'appauvrissement qui sépare l'électron et les trous qui sont ensuite collectés par le TCO et le contact métallique formé sur la surface du CdTe. Les couches CdS et CdTe sont constituées de grains multicristallins, ce qui donne des interfaces texturées ou rugueuses. Le traitement thermique peut provoquer une diffusion entre les couches (par exemple, S) ou introduire de nouveaux éléments (par exemple, Cl à partir d'une étape de recuit contenant du Cl, Cu à partir du contact métallique) pouvant ou non nuire aux performances du dispositif. Le contact métallique et son interface avec le CdTe sont particulièrement sensibles à la chimie de surface du CdTe avant l'ajout du contact métallique. En outre, il existe une large gamme de matériaux possibles utilisés pour le contact métallique, le TCO et le dopage du CdTe, tous pouvant être utilisés pour améliorer l'efficacité du dispositif.

Sur le côté droit du schéma, nous voyons que si un verre sodocalcique est utilisé pour le substrat de verre, des impuretés telles que Na ou Fe peuvent se diffuser dans le dispositif. Cette diffusion d'impuretés peut être mesurée par SIMS.

Le substrat de verre a une couche de TCO, telle que SnO2: F, ITO (dans2O3: Sn) ou ZnO: Al entre la surface du substrat et la couche de CdS. Le TCO peut inclure une couche tampon à haute résistivité, telle qu'un oxyde tel que SnO.2, Dans2O3, Ga2O3, ITO ou ZnO. La phase de ce matériau peut être mesurée avec XRD et l'épaisseur peut être mesurée avec XRR. La composition de ces couches peut être mesurée à l’aide de diverses techniques, telles que RBS et XPS. Des changements de phase ou de composition de ces couches dus à des tests environnementaux accélérés peuvent également être déterminés avec ces techniques. La texture de surface du TCO avant le dépôt de CdS peut être mesurée avec AFM.

La couche mince de CdS est normalement déposée par une étape de bain chimique. Les phases, la composition et l'épaisseur, ainsi que les impuretés, peuvent être déterminées par XRD, XPS, RBS, XRR et SIMS. La texture de surface peut être mesurée avec AFM. Les défauts peuvent être analysés par VOIX/ EDS.

La couche épaisse de CdTe est déposée par diverses méthodes, mais dans tous les cas, il s’agit d’une structure multi-grains. GDMS peut être utilisé pour mesurer quantitativement les impuretés dans la poudre ou les granulés de matière première de CdTe. Le GDMS peut également mesurer les impuretés dans les matières premières de Cd et de Te. Ces impuretés peuvent inclure des contre-dopants indésirables et des éléments provoquant une recombinaison électron-trou dans la région d'appauvrissement, ou des éléments pouvant contribuer à des défauts structurels gênant la collecte du courant. Le traitement thermique contenant du Cl modifie la structure du grain. La DRX peut déterminer les phases structurelles du CdTe et du CdS avant ou après le traitement thermique. SEM et TEM peut fournir des informations structurelles sur l'interface CdTe / CdS avant et après le traitement thermique. Le SIMS peut fournir une mesure quantitative des dopants et des impuretés dans la couche de CdTe. La surface du CdTe étant rugueuse (texturée), la précision des profils SIMS peut être améliorée par un polissage de la surface du CdTe avant d'obtenir le profil SIMS. Cela aide également à mesurer le profil de diffusion S du CdS au CdTe. La texture de surface de la couche de CdTe avant la formation du contact métallique peut être mesurée par AFM. La chimie de surface (par exemple, la liaison Te) du CdTe avant le contact du métal peut être mesurée par XPS, et TOF-SIMS peut également fournir une chimie de surface.

Le contact métallique contient normalement du Cu qui diffuse dans le dispositif. La quantité de Cu et son emplacement dans l'appareil peuvent être bénéfiques ou nuire aux performances de l'appareil. Le profil de Cu peut être mesuré par SIMS via l'appareil. L’interface entre le contact métallique et le CdTe peut être analysée par STEM / EDS et FE-AES (pour un profil traversant un seul grain de CdTe). Il existe une variété d'approches au contact, y compris par exemple, la pâte de graphite dopé au Cu, le Cu / Au, le Cu / Mo, le Cu / ITO et le ZnTe: Cu. La composition, l’épaisseur et les phases du contact métallique peuvent être analysées par diverses techniques, telles que RBS, XRR, XRD, XPS et AES.

Pour le module, on utilise généralement une sorte de matériau d’encapsulation qui peut être analysé par SMGC et FTIR.

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