CIGS Thin Film PV - Discussion sur l'application

NOTE D'APPLICATION

Cu (In, Ga) Se2 (CIGS) couche mince PV est une couche mince Technologie PV à ses débuts de commercialisation à grande échelle. CIGS présente l'avantage d'une efficacité de cellule élevée (proche de 20%) et d'une efficacité de module (~ 13%), d'une bande interdite directe, d'un coefficient d'absorption élevé et de processus pouvant fonctionner pour une fabrication à faible coût, à grande échelle, y compris le roll-to- enrouler des substrats en polymère ou en acier inoxydable. Les propriétés électroniques de la cellule sont très tolérantes à la variance compositionnelle de la teneur en Cu. La cuInSe2 peut être allié avec Ga (commun), Al et S pour créer une bande interdite sur une large plage afin d’améliorer les performances.

Le domaine principal d'amélioration du PV sur couche mince CIGS est la fiabilité et l'uniformité des performances à mesure que la fabrication augmente.

Caractérisation des matériaux en utilisant analyse de surface des méthodes peuvent être utilisées pour soutenir l'analyse des performances et la R&D sur l'amélioration de l'efficacité.

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

Le schéma de la structure du dispositif PV à couche mince CIGS présenté ci-dessus illustre certaines des façons dont l'analyse de surface peut aider.

À gauche du schéma, nous voyons la structure en couches. Le substrat dans ce cas est du verre sodocalcique, une source de Na nécessaire dans le dispositif, mais des substrats alternatifs tels qu'une feuille d'acier inoxydable ou une feuille de polyimide sont également utilisés, auquel cas une autre méthode pour ajouter du Na est nécessaire. Dans le schéma, un métal (Mo dans ce cas) est déposé sur le substrat de verre avec une épaisseur de l'ordre de 0.5 µm. La couche CIGS est ensuite déposée avec une épaisseur de l’ordre de 2 µm et une couche mince (~ 50 nm) CdS est déposée à la surface du CIGS. Les alternatives au CdS incluent CdZnS, Zn (S, O, OH), ZnSe, ZnIn2Se4, Dans2S3et ZnMgO.

Enfin, un oxyde conducteur transparent (TCO) tel que ZnO / ZnO: Al ou ZnO / ITO d'épaisseur 0.2 µm à 0.5 µm est déposé. La lumière entre par le côté TCO et est absorbée par la couche CIGS où sont formées des paires électron-trou. La jonction p / n de l’hétérojonction CdS / CIGS, ou une homojonction formée par une région de surface dopée au Cd du CIGS à l’interface CdS, crée une région d’appauvrissement qui sépare l’électron et les trous et permet de les collecter, générant ainsi le courant de la cellule solaire. Deux des étapes clés de la conception et de la fabrication de la cellule solaire CIGS sont le processus d’introduction d’un profil contrôlé du Ga dans la couche CIGS et le processus d’introduction de ~ 0.1% Na dans l’appareil. La couche de CIGS doit être déficiente en Cu, et la stabilité de la cellule est attribuée à la formation stable d'une paire de défauts électriquement inactive. Chacune des couches est multi-cristalline.

Sur le côté droit du schéma sont montrés quelques exemples d'analyse de matériaux. En commençant par le bas, ou le début de la formation de cellules, nous avons la couche de métal sur le substrat de verre. Cette couche de métal est le plus souvent du Mo pulvérisé qui possède une résistivité cible et permet au Na de diffuser du substrat de verre aux couches supérieures de CdS et de CIGS. L'épaisseur et la micro-structure du film de Mo sont essentielles à la fois à la résistivité et à la capacité de diffusion du Na. L'épaisseur peut être mesurée par XRR. La microstructure peut être caractérisée par XRD (identifiant de phase), SEMet AFM. La porosité peut être caractérisée par TEM. L'oxygène dans le film de Mo peut affecter les propriétés, ce qui peut être déterminé par XPS et de la RBS. SIMS peut être utilisé pour profiler le Na à travers le Mo dans les couches supérieures. Si le substrat de verre est remplacé par une feuille métallique telle que l’acier inoxydable, les défauts de la feuille peuvent être caractérisés par AFM et vrille.

La couche de CIGS déposée sur le contact métallique peut être caractérisée par de nombreuses techniques. La section transversale SEM donne la morphologie du grain et du vide. TEM donne des informations sur les défauts, y compris les nanodomaines. VOIX/ EDS fournit des informations sur les fluctuations du rapport des composants en alliage. SIMS donne le profil des principaux constituants (Cu, In, Ga, Se) ainsi que des impuretés telles que les contaminants O et C et le Na souhaité. Auger peut également profiler les principaux composants. XRD et GIXRD donnent l'identifiant de phase CIGS et XPS fournit la variance de stoechiométrie de surface avant le dépôt de la couche CdS.

L'épaisseur et la composition de la couche de CdS peuvent être obtenues par XRR et RBS. La composition et l'épaisseur de la couche de TCO peuvent être déterminées par XRR et RBS, tandis que XRD peut entraîner une dégradation de phase lors d'essais de vieillissement accéléré dans l'environnement.

De plus, la contamination organique pouvant pénétrer dans le processus à n'importe quelle étape, y compris la formation du module, peut être déterminée par FTIR, SMGC, XPS, Ramanou TOF-SIMS.

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