Solarzellenanalyse – Anwendungen der Rasterelektronenmikroskopie (REM).
In jüngster Zeit sind die weltweiten Ölpreise stark gestiegen und die Branche der erneuerbaren Energien, die durch die Stromerzeugung aus Solar-Photovoltaik (PV) repräsentiert wird, hat große Aufmerksamkeit erregt. Als Kernkomponente der PV-Stromerzeugung stehen die Entwicklungsaussichten und Marktwerte von Solar-PV-Zellen im Mittelpunkt. Auf dem weltweiten Batteriemarkt machen PV-Zellen etwa 27 % aus[1]. Das Rasterelektronenmikroskop spielt eine große Rolle bei der Verbesserung des Produktionsprozesses und der damit verbundenen Forschung von PV-Zellen.
Eine PV-Zelle ist eine dünne Schicht optoelektronischen Halbleiters, die Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umwandelt. Bei den derzeit kommerziell in Massenproduktion hergestellten PV-Zellen handelt es sich hauptsächlich um Siliziumzellen, die in monokristalline Siliziumzellen, polykristalline Siliziumzellen und amorphe Siliziumzellen unterteilt werden.
Oberflächentexturierungsmethoden zur Steigerung der Solarzelleneffizienz
Im eigentlichen Produktionsprozess von Photovoltaikzellen wird zur weiteren Verbesserung der Energieumwandlungseffizienz üblicherweise eine spezielle Texturstruktur auf der Oberfläche der Zelle angebracht. Solche Zellen werden als „nicht reflektierende“ Zellen bezeichnet. Insbesondere verbessert die strukturierte Struktur auf der Oberfläche dieser Solarzellen die Lichtabsorption, indem sie die Anzahl der Reflexionen des eingestrahlten Lichts auf der Oberfläche des Siliziumwafers erhöht, was nicht nur das Reflexionsvermögen der Oberfläche verringert, sondern auch Lichtfallen im Inneren erzeugt Dadurch wird die Umwandlungseffizienz von Solarzellen deutlich erhöht, was wichtig ist, um die Effizienz zu verbessern und die Kosten bestehender Silizium-PV-Zellen zu senken[2].
Vergleich der flachen Oberfläche und der Pyramidenstrukturoberfläche
Im Vergleich zu einer flachen Oberfläche besteht bei einem Siliziumwafer mit Pyramidenstruktur eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass das reflektierte Licht des einfallenden Lichts wieder auf die Oberfläche des Wafers einwirkt und nicht direkt in die Luft zurückreflektiert wird, wodurch die Anzahl der Lichtstreuungen zunimmt und an der Oberfläche der Struktur reflektiert, wodurch mehr Photonen absorbiert werden können und mehr Elektron-Loch-Paare entstehen.
Lichtwege für unterschiedliche Einfallswinkel des Lichts, das auf die Pyramidenstruktur trifft
Zu den häufig verwendeten Methoden zur Oberflächentexturierung gehören chemisches Ätzen, reaktives Ionenätzen, Fotolithographie und mechanisches Rillen. Unter diesen ist das chemische Ätzverfahren aufgrund seiner geringen Kosten, hohen Produktivität und einfachen Methode in der Industrie weit verbreitet [3] . Bei monokristallinen Silizium-PV-Zellen wird normalerweise das anisotrope Ätzen, das durch alkalische Lösung auf verschiedenen Kristallschichten aus kristallinem Silizium erzeugt wird, verwendet, um eine Struktur zu bilden, die der „Pyramide“ ähnelt. Die Bildung ist das Ergebnis der Anisotropie alkalischer Lösung auf verschiedenen Kristallschichten aus kristallinem Silizium. Die Bildung der Pyramidenstruktur wird durch die anisotrope Reaktion von Alkali mit Silizium verursacht [4] . In einer bestimmten Konzentration einer Alkalilösung ist die Reaktionsgeschwindigkeit von OH- mit der Oberfläche von Si(100) um ein Vielfaches oder sogar ein Dutzend Mal höher als die der Oberfläche von Si(111), und das ist dieser Unterschied in der Reaktionsgeschwindigkeit Das führt zur Bildung der Pyramidenstruktur.
Rasterelektronenmikroskope helfen bei der Verbesserung der Solarzellenqualität
Beim chemischen Ätzen beeinflussen die Konzentration der Ätzlösung, die Temperatur, die Reaktionszeit und andere Faktoren die Vorbereitung der Vliesoberfläche der Siliziumkristallzelle, was zu einem unterschiedlichen Reflexionsvermögen führt. Mit dem Wolframfilament-Rasterelektronenmikroskop CIQTEK SEM3100 können Sie die Größe des geätzten Bereichs und die Pyramidenstruktur der Oberfläche während des Herstellungsprozesses effektiv beobachten.
Dank der Vorteile des Probenfachs mit großem Fassungsvermögen des Elektronenmikroskops CIQTEK SEM3100 können Benutzer Proben mit einem Durchmesser von bis zu 370 mm ohne Schneiden einlegen, und der vollautomatische Fünf-Achsen-Probentisch des Elektronenmikroskops kann von -10° bis 75° geneigt werden °, was die Beobachtung verschiedener Positionen der Probe aus mehreren Winkeln ermöglicht.
Probentisch um 45° geneigt
Probentisch um 30° geneigt
Probe horizontal platziert
Die niedrigere Beschleunigungsspannung von 3 bis 5 kV wird zur Beobachtung der Oberflächenpyramidenstruktur von PV-Zellen im Elektronenmikroskop SEM3100 verwendet, wodurch die Eindringtiefe des Elektronenstrahls auf die Probenoberfläche verringert, die beobachteten Oberflächendetails reicher gemacht und die Oberfläche besser charakterisiert werden können Fehler und Strukturformen und helfen so den Benutzern, die verschiedenen Samtproduktionsprozesse zu vergleichen und zu analysieren.
Nach Angaben von GIR (Global Info Research) wird der weltweite Umsatz mit Solarzellen (PV)-Geräten im Jahr 2021 etwa 44,7 Milliarden US-Dollar betragen und im Jahr 2028 voraussichtlich eine Größe von 55,57 Milliarden US-Dollar erreichen. Unter den Produkttypen wird monokristallines Silizium weiterhin einen Platz einnehmen wichtige Stellung. Als leistungsstarkes Werkzeug für die mikroskopische Analyse wird das CIQTEK SEM3100 ein leistungsstarkes Werkzeug zur Verbesserung des Produktionsprozesses von PV-Zellen und der damit verbundenen Forschung sein.
Verweise:
[1]Wu Jiejie et al. Forschung und Ausblick für die Batterieindustrie[J]. Modern Chemical, 2017, 37(9):5.
[2]Li Jiayuan. Untersuchung der Vliesoberfläche von Solarzellen [D]. Technische Universität Dalian, 2009.
[3] Li HL, Zhao L, Diao HW, et al. Analyse der Faktoren, die die Pyramidenstruktur bei der Herstellung von monokristallinem Siliziumflussmittel beeinflussen[J]. Journal of Artificial Crystals, 2010, 39(4):5.
[4]Nishimoto Y, Namba K. Untersuchung der Texturierung für kristalline Siliziumsolarzellen mit Natriumcarbonatlösungen[J]. Solar Energy Material & Solar Cells, 2000, 61(4):393-402.
CIQTEK SEM5000 ist ein Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop mit hochauflösender Bildgebung und Analysefähigkeit, unterstützt durch zahlreiche Funktionen, profitiert vom fortschrittlichen Elektronenoptik-Säulendesign, mit Hochdruck-Elektronenstrahl-Tunneltechnologie (SuperTunnel), geringer Aberration und Nicht-Eintauchen Die Objektivlinse ermöglicht eine hochauflösende Bildgebung bei niedriger Spannung und die magnetische Probe kann ebenfalls analysiert werden. Mit optischer Navigation, automatisierten Funktionen, einer sorgfältig gestalteten Benutzeroberfläche für die Mensch-Computer-Interaktion und einem optimierten Betriebs- und Nutzungsprozess können Sie unabhängig davon, ob Sie ein Experte sind oder nicht, schnell loslegen und hochauflösende Bildgebungs- und Analysearbeiten abschließen.
Erfahren Sie mehrCIQTEK SEM5000 ist ein Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop mit hochauflösender Bildgebung und Analysefähigkeit, unterstützt durch zahlreiche Funktionen, profitiert vom fortschrittlichen Elektronenoptik-Säulendesign, mit Hochdruck-Elektronenstrahl-Tunneltechnologie (SuperTunnel), geringer Aberration und Nicht-Eintauchen Die Objektivlinse ermöglicht eine hochauflösende Bildgebung bei niedriger Spannung und die magnetische Probe kann ebenfalls analysiert werden. Mit optischer Navigation, automatisierten Funktionen, einer sorgfältig gestalteten Benutzeroberfläche für die Mensch-Computer-Interaktion und einem optimierten Betriebs- und Nutzungsprozess können Sie unabhängig davon, ob Sie ein Experte sind oder nicht, schnell loslegen und hochauflösende Bildgebungs- und Analysearbeiten abschließen.
Erfahren Sie mehrCIQTEK SEM4000 ist ein analytisches thermisches Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop, das mit einer langlebigen Schottky-Feldemissionselektronenkanone mit hoher Helligkeit ausgestattet ist. Das dreistufige magnetische Linsendesign mit großem und stufenlos einstellbarem Strahlstrom bietet offensichtliche Vorteile bei EDS, EBSD, WDS und anderen Anwendungen. Unterstützt den Niedrigvakuummodus und kann die Leitfähigkeit schwacher oder nicht leitender Proben direkt beobachten. Der standardmäßige optische Navigationsmodus sowie eine intuitive Bedienoberfläche erleichtern Ihre Analysearbeit.
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Erfahren Sie mehrCIQTEK SEM3200 ist ein Hochleistungs-Wolframfilament-Rasterelektronenmikroskop. Es verfügt sowohl im Hoch- als auch im Niedrigvakuummodus über eine hervorragende Bildqualität. Es verfügt außerdem über eine große Tiefenschärfe und eine benutzerfreundliche Umgebung zur Charakterisierung von Proben. Darüber hinaus hilft die umfassende Skalierbarkeit den Benutzern, die Welt der mikroskopischen Bildgebung zu erkunden.
Erfahren Sie mehrCIQTEK DB500 ist ein Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop mit einer fokussierten Ionenstrahlsäule für die Nanoanalyse und Probenvorbereitung, das mit „SuperTunnel“-Technologie, geringer Aberration und magnetfreiem Objektivdesign, niedriger Spannung und hoher Auflösung ausgestattet ist Fähigkeit, die seine analytische Fähigkeit im Nanomaßstab gewährleistet. Die Ionensäule ermöglicht eine Ga+-Flüssigmetall-Ionenquelle mit einem äußerst stabilen und hochwertigen Ionenstrahl, um die Fähigkeit zur Nanofertigung sicherzustellen. DB500 ist mit einem integrierten Nanomanipulator, einem Gasinjektionssystem, einem elektrischen Antikontaminationsmechanismus für die Objektivlinse und 24 Erweiterungsanschlüssen ausgestattet, was es zu einer umfassenden Nanoanalyse- und Fertigungsplattform mit umfassenden Konfigurationen und Erweiterbarkeit macht.
Erfahren Sie mehrCIQTEK SEM5000X ist ein ultrahochauflösendes Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM) mit einer bahnbrechenden Auflösung von 0,6 nm bei 15 kV und 1,0 nm bei 1 kV. Dank des verbesserten Säulenentwicklungsprozesses, der „SuperTunnel“-Technologie und des hochauflösenden Objektivlinsendesigns kann SEM5000X weitere Verbesserungen bei der Auflösung der Niederspannungsbildgebung erzielen. Die Probenkammeranschlüsse sind auf 16 erweitert, und die Probenwechsel-Ladeschleuse unterstützt bis zu 8-Zoll-Wafergrößen (maximaler Durchmesser 208 mm), was die Anwendungsmöglichkeiten erheblich erweitert. Abdeckung. Die erweiterten Scanmodi und erweiterten automatisierten Funktionen sorgen für eine stärkere Leistung und ein noch optimierteres Erlebnis.
Erfahren Sie mehrCIQTEK SEM4000Pro ist ein analytisches Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop, das mit einer langlebigen Schottky-Feldemissionselektronenkanone mit hoher Helligkeit ausgestattet ist. Mit dem dreistufigen Kondensator-Elektronenoptik-Säulendesign für Strahlströme bis zu 200 nA bietet SEM4000Pro Vorteile bei EDS, EBSD, WDS und anderen analytischen Anwendungen. Das System unterstützt den Niedrigvakuummodus sowie einen leistungsstarken Niedrigvakuum-Sekundärelektronendetektor und einen einziehbaren Rückstreuelektronendetektor, der bei der direkten Beobachtung schlecht leitender oder sogar nicht leitender Proben helfen kann. Der standardmäßige optische Navigationsmodus und eine intuitive Benutzeroberfläche erleichtern Ihre Analysearbeit.
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