上海人和科學儀器有限公司
SPECTRUMA 輝光放電光譜儀對太陽能薄膜電池的分析
檢測樣品：薄膜電池
檢測項目：膜層成分
方案概述：在制造薄膜太陽能電池過程中的主要挑戰(zhàn)是控制膜層的成分。商品化所需要的膜層結構重復再現性和依靠膜層精確成分的電池的電學性質同樣重要。輝光放電發(fā)射光譜分析能夠適用于確定整個涂層系統(tǒng)的深度剖面元素含量分析。
薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池顧名思義就是將一層薄膜制備成太陽能電池，其用硅量極少，更容易降低成本，是緩解能源危機的新型光伏器件。薄膜太陽能電池可以使用在價格低廉的陶瓷、石墨、金屬片等不同材料當基板來制造，形成可產生電壓的薄膜厚度僅需數μm，目前轉換效率可以達13%。
圖1 CIGS薄膜太陽能電池
CIGS薄膜太陽能電池是基于銅、銦、鎵、硒[Cu(In，Ga)Se2]薄膜。這種太陽能電池已經展現了優(yōu)秀的效率，有替代制造成本更高尺寸更厚的硅基太陽能電池的潛能。CIGS薄膜太陽能電池通過在基體上成多層薄膜加工而成。Mo層和CdS/ZnO層形成電接觸電極。CIGS膜層作為陽光吸收層。最通常的制造方法是同時或者按照順序在基體上蒸發(fā)或濺射銅、銦、鎵。被蒸發(fā)上的硒和膜層反應從而確定最終的合成膜層。
在制造薄膜太陽能電池過程中的主要挑戰(zhàn)是控制膜層的成分。商品化所需要的膜層結構重復再現性和依靠膜層精確成分的電池的電學性質同樣重要。輝光放電發(fā)射光譜分析能夠適用于確定整個涂層系統(tǒng)的深度剖面元素含量分析。
GDOES 定義及原理簡介
輝光放電發(fā)射光譜（GDOES）是一種對金屬和非金屬固體材料進行定性和定量分析的光譜方法。GDOES可以用來研究樣品的元素組成、層厚和層結構。此外，也可以確定涂層重量。
將樣品置于輝光放電源中，作為陰極進行切換。輝光放電源在低壓下充滿氬氣。在空心陽極和陰極之間施加直流電壓。由于直流電壓的能量輸入，氬原子被電離，形成等離子體。氬離子向負樣品表面加速并擊落一些樣品原子（“濺射”）。被濺射出的樣品原子擴散到等離子體中，在那里它們與高能電子碰撞。在這些碰撞過程中，能量被傳遞給樣品原子，促使它們進入激發(fā)態(tài)，并很快回到基態(tài)?；氐交鶓B(tài)原子發(fā)射出具有特征波長光譜的光（圖2）。在光譜儀中，不同波長的光被光學系統(tǒng)色散，不同波長的特征光（譜線）由探測系統(tǒng)記錄。這些線的強度與等離子體中對應元素的濃度成正比。
圖2 輝光放電激發(fā)過程
采用SPECTRUMA GDA 750輝光放電光譜儀（圖3）快速監(jiān)測太陽能光伏電池中重要元素H、O、Cu、In、Ga、Se、Mo、Si、C、Ca、Zn、Cd、Te、Sn、Al等隨深度的濃度變化，直觀的分析太陽能光伏的鍍層結構。
圖3 SPECTRUMA GDA 750輝光放電光譜儀
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