可再生能源越來越受歡迎，太陽能產(chǎn)業(yè)正迅速發(fā)展。這種清潔的能源具備為世界供電的巨大潛力，并以驚人的速度增長。CIGS（銅銦鎵硒）太陽能電池是低成本薄膜面板的理想候選材料，其效率已取得顯著提升，目前已超過20%。

CIGS模塊中圖案化溝槽損耗的表征

實現(xiàn)如此高效率的一個關(guān)鍵特性是激光圖案化互連技術(shù)，該技術(shù)將尺寸較大的CIGS模塊分割成多個串聯(lián)的小型電池單元。然而，盡管這一工藝有助于提高整體效率，但也會引入能量損失。因此，研究人員正在努力尋找更優(yōu)的圖案化幾何結(jié)構(gòu)，以減少這些損耗。

在本項研究中，來自Nice Solar的研究團隊重點關(guān)注了激光刻蝕兩種標準圖案化溝槽（P1：用于背面接觸的圖案化；P2：用于串聯(lián)互連）所造成的損傷。這些損傷通過高光譜光致發(fā)光成像（hyperspectral photoluminescence imaging）進行分析。Photon etc.的全局高光譜平臺（IMA）由光學(xué)顯微鏡、CW 532 nm激光器以及基于體布拉格光柵（volume Bragg gratings）的高光譜濾波器組成。該平臺可在400 nm至1000 nm范圍內(nèi)工作，提供高的光譜分辨率（< 2 nm）和空間分辨率（~1 μm）。傳統(tǒng)的CIGS光致發(fā)光（PL）研究通常采用局部激發(fā)方式，導(dǎo)致電荷向較暗區(qū)域擴散。而全局照明所產(chǎn)生的等勢條件可減輕這種效應(yīng)，使測量結(jié)果更接近太陽能電池的實際運行模式。

圖1 - P1線邊緣處異常的PL觀測

a) P1和P2刻蝕線的光學(xué)顯微圖像（上圖），以及從同一位置獲取的高光譜顯微圖像中提取的PL強度圖（下圖）；

b) 在980 nm處的單色PL圖像（上圖），以及對P1和P2圖案化線跨過區(qū)域的PL線輪廓（在980 nm處）進行統(tǒng)計分析的結(jié)果（下圖），顯示了P1邊緣PL效應(yīng)的范圍。（僅顯示代表性輪廓；平均值基于25條輪廓計算。）

圖1展示了從高光譜數(shù)據(jù)中提取的P1和P2線附近的PL輪廓。PL圖像顯示，在P1線邊緣附近存在發(fā)射淬滅現(xiàn)象。進一步研究表明，該效應(yīng)導(dǎo)致PL強度下降約30%，且并非由成分變化引起。“這一觀察結(jié)果前所未見，為設(shè)計無P1圖案化線誘導(dǎo)寄生電學(xué)路徑的互連結(jié)構(gòu)提供了新的見解。"這項工作表明，高光譜成像是一種識別損耗并提高CIGS模塊效率的有力工具。

CIGS 微電池中不均勻性的研究

實現(xiàn) CIGS 太陽能電池更高效率的一個障礙，部分源于其多晶結(jié)構(gòu)帶來的電池內(nèi)部不均勻性。為了量化形態(tài)對電池效率的影響，研究其不同性質(zhì)的空間變化至關(guān)重要。

基于此，IPVF（原 IRDEP - 光伏能源研究與發(fā)展研究所）的研究人員通過光致發(fā)光（PL）和電致發(fā)光（EL）的光譜與空間分辨成像，研究了一個直徑為 35 μm 的 CIGS 微電池。為進行此類實驗，他們使用了一臺具有 2 nm 光譜分辨率、空間分辨率接近衍射極限（~μm）的高光譜成像儀（IMA）。在 EL 實驗中采用光源計，施加電壓 Vapp = 0.95 V；在 PL 實驗中使用 532 nm 激光器激發(fā)（激發(fā)波長為 580 nm）。顯微物鏡視場內(nèi)的整個區(qū)域被同時激發(fā)，并從一百萬個點同時收集 PL 信號。

圖 2a 和 b 展示了 CIGS 微電池的 PL 和 EL 圖像。通過結(jié)合其光譜分辨的 PL 和 EL 圖譜，并采用光度絕對校準方法，研究人員可以利用廣義普朗克定律提取準費米能級分裂（Δμeff）（見圖 1c 和 d），該參數(shù)直接與電池的電壓相關(guān)。借助太陽能電池與 LED 之間的互易關(guān)系，可從 EL 圖像推導(dǎo)出外部量子效率（EQE）。

能夠在樣品整個表面的微米尺度上獲取基本物理特性，有助于優(yōu)化制造工藝，從而提高電池效率。

圖 2 – 高光譜圖像：a) 積分 PL 發(fā)射，b) 積分 EL 發(fā)射。

利用廣義普朗克定律，可以推導(dǎo)出 c) 和 d) 中的 Δμeff 分布圖。改編自 [3]。

利用高光譜顯微鏡的強大功能：探索IMA

東隆科技總代理的IMA是一款高光譜顯微鏡，可在單一儀器中提供400 nm至1620 nm范圍內(nèi)的光譜和空間信息。通過將科學(xué)級可見光（VIS）、近紅外（NIR）和/或短波紅外（SWIR）顯微鏡與Photon etc.成像濾光片相結(jié)合，可對多種材料進行廣泛的光學(xué)表征。IMA高光譜成像顯微鏡能夠在單次快照中獲取數(shù)百萬個數(shù)據(jù)點，并快速繪制光致發(fā)光（PL）、電致發(fā)光（EL）、熒光、反射率和透射率等圖像。IMA具備靈活配置為明場或暗場高光譜顯微鏡的能力。此外，基于高通量成像濾光片，IMA比傳統(tǒng)的逐點掃描系統(tǒng)更快、更高效。

光伏分析變得簡單：幾分鐘內(nèi)完成PLQY和QFLS成像

隨著新型光伏材料的興起，僅依賴光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）成像已不足以全面評估性能。利用IMA高光譜顯微鏡采集的數(shù)據(jù)，IMA的新軟件模塊可讓您只需點擊幾下，即可生成關(guān)鍵的光伏表征圖譜——包括光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）、準費米能級分裂（QFLS）和帶隙能量（Eg），從而獲得更深入、更準確的分析結(jié)果。

無論您是剛剛開始研究還是深入材料優(yōu)化階段，這款工具都快速、可靠，可輕松集成到您的太陽能研究工作流程中。