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CIGS电池材料的高光谱表征

硒化铜铟镓(Cu(In,Ga)Se 2或CIGS)是薄膜太阳能电池最喜欢的候选材料之一。CIGS除了在长期光照下稳定外,还具有高吸光度和直接带隙。几个研究小组已反复将典型的多晶CIGS器件的效率提高到20%以上。即使令人鼓舞,该效率仍低于Shockley-Queisser理论极限。这可能部分归因于其多晶性质引起的电池不均匀性,这也模糊了整体性能和材料特性之间的关系。为了量化形态对细胞效率的影响,研究其不同性质的空间变化至关重要。

考虑到这一点,研究人员IRDEP(光伏能量研究与发展研究所)通过光谱和空间分辨光致发光(PL)和电致发光(EL)成像研究了CIGS微电池(直径为35μm)[1]。为了进行此类实验,他们使用了具有2 nm光谱分辨率和2μm以下空间分辨率 的高光谱成像仪(IMA™)。对于Vapp = 0.95 V的 EL,使用一个源计。对于PL(激发580个太阳),使用532 nm激光(Genesis激光,Coherent)。激发了显微镜物镜下的整个视野,并同时收集了来自一百万个点的PL信号(请参阅全局成像模式以下部分以获取更多详细信息)。
图1(a)和(b)显示了CIGS微细胞的PL和EL图像。通过组合它们的光谱和光度绝对校准 法(见下面部分)中,与所述广义普朗克定律,研究人员在IRDEP能够提取准费米能级分裂(Δμ EFF)(参见图1(c)和(d) )与电池的最大电压直接相关。借助太阳能电池和LED之间的互易关系,可以从EL图像推导出外部量子效率(EQE)。
这些结果表明,在样品的整个表面上,都可以在微米级获得微细胞的基本特性,例如准费米能级分裂以及潜在的外部量子效率。

[1] Delamarre A. , Paire M., Guillemoles J.-F.  and Lombez L., Quantitative luminescence mapping of Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells, Progress in Photovoltaics, 10, 1002, (2014).