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.
Stabil, vielseitig, flexibel und effizient Das CIQTEK SEM4000X ist ein stabiles, vielseitiges, flexibles und effizientes Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM). Es erreicht eine Auflösung von 1,9 nm bei 1,0 kV und meistert problemlos hochauflösende Bildgebungsherausforderungen für verschiedene Arten von Proben. Es kann mit einem Ultrastrahl-Verzögerungsmodus aufgerüstet werden, um die Niederspannungsauflösung noch weiter zu verbessern. Das Mikroskop nutzt Multi-Detektor-Technologie mit einem säuleninternen Elektronendetektor (UD), der SE- und BSE-Signale erkennen kann und gleichzeitig eine hochauflösende Leistung bietet. Der in der Kammer montierte Elektronendetektor (LD) enthält Kristallszintillator- und Photomultiplierröhren und bietet eine höhere Empfindlichkeit und Effizienz, was zu stereoskopischen Bildern mit hervorragender Qualität führt. Die grafische Benutzeroberfläche ist benutzerfreundlich und verfügt über Automatisierungsfunktionen wie automatische Helligkeit und Kontrast, Autofokus, automatische Stigmierung und automatische Ausrichtung, die eine schnelle Aufnahme von Bildern mit ultrahoher Auflösung ermöglichen.
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.
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Erfahren Sie mehrLeistungsstarkes und universelles Wolframfilament-REM-Mikroskop Das CIQTEK SEM3200 REM-Mikroskop ist ein hervorragendes Allzweck-Rasterelektronenmikroskop (REM) mit Wolframfilamenten und herausragenden Gesamtfunktionen. Seine einzigartige Doppelanoden-Elektronenkanonenstruktur gewährleistet eine hohe Auflösung und verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis des Bildes bei niedrigen Anregungsspannungen. Darüber hinaus bietet es eine große Auswahl an optionalem Zubehör, was das SEM3200 zu einem vielseitigen Analysegerät mit hervorragenden Erweiterbarkeiten macht.
Erfahren Sie mehrHohe Auflösung bei geringer Anregung Das CIQTEK SEM5000Pro ist ein Schottky Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM), das auf hohe Auflösung auch bei niedriger Anregungsspannung spezialisiert ist. Der Einsatz einer fortschrittlichen „Super-Tunnel“-Elektronenoptik-Technologie ermöglicht einen kreuzungsfreien Strahlengang zusammen mit einem elektrostatisch-elektromagnetischen Verbundlinsendesign. Diese Fortschritte reduzieren den räumlichen Aufladungseffekt, minimieren Linsenaberrationen, verbessern die Bildauflösung bei niedriger Spannung und erreichen eine Auflösung von 1,2 nm bei 1 kV, was die direkte Beobachtung nichtleitender oder halbleitender Proben ermöglicht und so die Probenmenge effektiv reduziert Strahlenschäden.
Erfahren Sie mehrHochgeschwindigkeits-Rasterelektronenmikroskop für die skalenübergreifende Abbildung von großvolumigen Proben CIQTEK HEM6000 verfügt über Technologien wie die hochhelle Großstrahl-Stromelektronenkanone, ein Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrahl-Ablenksystem, eine Hochspannungs-Probentischverzögerung, eine dynamische optische Achse und ein elektromagnetisches und elektrostatisches Immersions-Kombinationsobjektiv um eine schnelle Bildaufnahme zu erreichen und gleichzeitig eine Auflösung im Nanomaßstab sicherzustellen. Der automatisierte Betriebsprozess ist für Anwendungen wie einen effizienteren und intelligenteren großflächigen hochauflösenden Bildgebungsworkflow konzipiert. Die Abbildungsgeschwindigkeit kann mehr als fünfmal schneller sein als bei einem herkömmlichen Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FESEM).
Erfahren Sie mehrAnalytisches Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FESEM) mit großem Strahl I CIQTEK SEM4000Pro ist ein analytisches Modell des FE-SEM, ausgestattet mit einer hochhellen und langlebigen Schottky-Feldemissions-Elektronenkanone. Das dreistufige elektromagnetische Linsendesign bietet erhebliche Vorteile bei analytischen Anwendungen wie EDS/EDX, EBSD, WDS und mehr. Es ist standardmäßig mit einem Niedervakuummodus und einem leistungsstarken Niedervakuum-Sekundärelektronendetektor sowie einem einziehbaren Rückstreuelektronendetektor ausgestattet, der die Beobachtung schlecht leitender oder nicht leitender Proben erleichtert.
Erfahren Sie mehrUltrahohe-Auflösungs-Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM)Der CIQTEK SEM5000X ist ein ultrahohes Auflösungsfesem mit optimiertem Säulendesign der Elektronenoptik, wodurch die Gesamtaberrationen um 30%reduziert werden und eine ultrahohe Auflösung von 0,6 nm bei 15 kV und 1,0 nm@1 kV erreicht werden Seine hohe Auflösung und Stabilität machen es in fortschrittlicher Forschung für fortgeschrittene Nanostrukturmaterialien sowie die Entwicklung und Herstellung von hochtechnologischen Knoten-Halbleiter-IC-Chips vorteilhaft.
Erfahren Sie mehrWolframfilament-Rasterelektronenmikroskop der nächsten Generation Das CIQTEK SEM3300 Rasterelektronenmikroskop (REM) beinhaltet Technologien wie „Super-Tunnel“-Elektronenoptik, Inlens-Elektronendetektoren und elektrostatische und elektromagnetische Verbundobjektive. Durch die Anwendung dieser Technologien im Wolfram-Filament-Mikroskop wird die seit langem bestehende Auflösungsgrenze solcher REM übertroffen, sodass das Wolfram-Filament-REM Analyseaufgaben bei niedriger Spannung ausführen kann, die zuvor nur mit Feldemissions-REM möglich waren.
Erfahren Sie mehrFeldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM) mit Focused Ion Beam (FIB)-Säulen Das CIQTEK DB550 Focused Ion Beam Scanning Electron Microscope (FIB-SEM) verfügt über eine fokussierte Ionenstrahlsäule für die Nanoanalyse und Probenvorbereitung. Es nutzt die „Supertunnel“-Elektronenoptiktechnologie, geringe Aberration und ein nichtmagnetisches Objektivdesign und verfügt über die Funktion „Niederspannung, hohe Auflösung“, um seine Analysefähigkeiten im Nanomaßstab sicherzustellen. Die Ionensäulen ermöglichen eine Ga+-Flüssigmetall-Ionenquelle mit äußerst stabilen und qualitativ hochwertigen Ionenstrahlen, um die Fähigkeit zur Nanofabrikation sicherzustellen. Der DB550 ist eine All-in-one-Nanoanalyse- und Fertigungs-Workstation mit integriertem Nanomanipulator, Gasinjektionssystem und benutzerfreundlicher GUI-Software.
Erfahren Sie mehr120-kV-Feldemissions-Transmissionselektronenmikroskop (TEM) 1. Geteilte Arbeitsbereiche: Benutzer bedienen TEM in einem getrennten Raum mit Komfort, der Umwelteinflüsse auf TEM reduziert. 2. Hohe betriebliche Effizienz: Spezielle Software integriert hochautomatisierte Prozesse und ermöglicht eine effiziente TEM-Interaktion mit Echtzeitüberwachung. 3. Verbesserte Betriebserfahrung: Ausgestattet mit einer Feldemissions-Elektronenkanone mit einem hochautomatisierten System. 4. Hohe Erweiterbarkeit: Es sind ausreichend Schnittstellen reserviert, damit Benutzer auf eine höhere Konfiguration upgraden können, die den unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht wird.
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