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CIS太阳能电池的表征

在第二代太阳能电池中,二硫化铜铟(CuInS 2或CIS)是最有前途的材料之一。自90年代初以来,它已经表现出超过10%的效率[1],一直属于光伏领域的科学家研究范围。它的高吸收系数,直接带隙(1.52 eV)[2]和无毒性使其成为薄膜和量子点敏化太阳能电池的理想选择。但是,CIS效率似乎已达到平稳状态。为了不断改进下一代CIS电池并超越此限制,必须清楚地了解制造方法对电池性能的影响。

考虑到这一点,IRDEP的研究人员 (光伏能量研究与发展研究所)使用光谱和空间分辨光致发光(PL)成像对多晶CuInS 电池进行了 表征。高光谱平台(IMA™)提供2 nm的光谱分辨率和低于2μm的空间分辨率。 在显微镜物镜下,该器件在整个视场中均被532 nm激光均匀激发。

图。图1示出了设备的集成PL图,而图2示出了设备的PL图。图2给出了研究区域中选定区域的PL光谱[3]。在全球成像方式迅速突出显示空间不均匀性。利用这项技术,研究人员能够在空间上监视多个属性。实际上,PL maxima提供了带隙和准费米能级分裂的波动的详细映射[4]。借助其获得专利的光谱和光度绝对校准方法(请参阅下文),IRDEP的研究人员可以提取其设备的光电特性图(例如:EQE,Voc等),
而与分光仪耦合的共聚焦显微镜可以提供类似的数据,我们可以证明这种替代的耗时技术是不切实际的(图3)。在这种情况下532 纳米激光聚焦到细胞前接触上,一次获得PL图。比较全局高光谱和共聚焦显微镜这两种方法的采集时间,我们看到, 以10 7  W /m²的分辨率绘制150x150 µm²的图仅需8分钟即可完成,而使用共聚焦显微镜则需要数百小时[3]。 


[1] Scheer R., Walter T., Schock H. W., Fearheiley M. L., Lewerenz H. J., CuInS2 based thin film solar cell with 10.2% efficiency, Applied Physics Letters, 63, (1993).
[2] Suriakarthick R. et al., Photochemically deposited and post annealed copper indium disulfide thin films, Superlattices and Microstructures, (2014).
[3] Delamarre A. et al., Characterisation of solar cells using hyperspectral imager, IRDEP.
[4] 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).