Diese Arbeit wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) (Contract CH 943/2-1) gegründet. Die Autoren bedanken sich bei Wolfgang Dittus und Stefan Paetel vom Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg danke für die Herstellung der CIGS Absorberschicht für diese Arbeit.

Ein. CIGS Layer Deposition <ol><li> Sputter-Kaution von 500 nm Molybdän (Rückkontaktschicht) auf einer 3 mm dicken Kalk-Natron-Glas-Substrat (SLG). </li><li> Co-verdampfen 2 um der CIGS in einem mehrstufigen Inline CIGS-Prozess 24. Die erhaltenen CIGS-Schicht auf Mo Rückkontakt aufgebracht ist in Abbildung 1 dargestellt. </li><li> Messen Sie die integrale Zusammensetzung der CIGS-Schicht durch Röntgenfluoreszenz (RFA). Das erhaltene CIGS Zusammensetzung ist in Tabelle 1 gezeigt. </li></ol> 2. Ortsspezifische Samples Fabrication für APT Analysis <ol><li> Schneiden Sie ein TEM Mo Netz in zwei Hälften, um eine Reihe von mehreren Stiften erhalten, wobei die Unterstützung für den späteren Proben. Montieren Sie den TEM Halbrasters auf einen Halter und verjüngen die Enden der Stifte durch Elektropolieren in 5 Gew.. % NaOH bis zu einer Spitze Durchmesser &lt;2 um. Das Verfahren kann sinnvoll sein, gesteuert mit einem Stereoskop. Dann montieren electropolished Gitter auf einen anderen Halter tHut ist für sequentielle FIB, TEM, EBSD und APT Charakterisierung optimiert. </li><li> Mühle zwei Gräben in die CIGS-Dünnschicht mit FIB um einen Unterschnitt (Abbildung 2a). Bekommen Einen ersten frei Schnitt auf der linken Seite des Brocken. </li><li> Befestigen Sie die Mikromanipulators dem Brocken durch Aufbringen einer Pt Schweißnaht durch Ionenstrahl-induzierte chemische Gasphasenabscheidung. Dann machen Sie die letzte auf der gegenüberliegenden Seite und Lift-out der freistehende Brocken (Abbildung 2b) frei geschnitten. </li><li> Schneiden Sie jetzt die scharfen Pins des TEM Mo Halbrasters zu einem Keil (2-3 &amp;mgr; m im Durchmesser), die eine gute Verbindung für die extrahierte Brocken. Montieren Sie das Stück auf den Stiften mit Pt Abscheidung (Abbildung 2c). Machen Sie eine kostenlose-cut, um schließlich nur einen kleinen Teil der Brocken (ca. 2 um) auf der Oberseite des Mo-Stift. Anschließend montieren Sie die Raster-Halter auf den Kopf und füllen die Lücke zwischen dem Stift und dem Mo montiert Stück mit Pt. Verfolgen Sie die gleiche Prozedur mit dem verbleibenden Stück. Für weitere Informationen über den Lift-outVerfahren kann der Leser auf den folgenden Verweisen 18,25. </li><li> Legen Sie das Netz aufrecht und reinigen Sie den Querschnitt des Brocken (wählen Sie die Seite mit dünner Pt Schweißnaht) mit einer niedrigen Beschleunigungsspannung und Strahlstrom (5 kV und &lt;50 pA) in der FIB. So bekommt man eine glatte Oberfläche und weniger Verschmutzung durch Ga +-Implantation, die für EBSD Messungen erforderlich ist. </li><li> Von der EBSD Messung am Querschnitt durchgeführt wählen GB von Interesse. Die Orientierung der GB bevorzugt senkrecht in Bezug auf die Richtung, in der Analyse-Atom Sonde (z-Achse), um die lokale Vergrößerungseffekt 26, die mehr im einzelnen beschrieben wird in der Diskussion Teil zu reduzieren. Eine geeignete Fläche mit einem GB ist in Abbildung 2d hervorgehoben. </li><li> Durchführen eines ringförmigen Fräsen im Bereich der GB in Schritt 2.6) ausgewählt, um eine scharfe Spitze zu bilden. Der Radius der Krümmung sollte klein genug (&lt;100 nm) für die weitere TEM investigatIonen. Um dieses Ziel zu erreichen, reduziert den Innendurchmesser des ringförmigen Fräsbildes Schritt für Schritt (2e) und damit auch sichtbar die Spitze der Gestaltung von Sekundärelektronen (SE). So kann man korrigieren Strahl Verschiebungen oder passen Sie die Fräsbildes um Unregelmäßigkeiten an der Spitze wie Welligkeit oder Wiederablagerung Material von unterschiedlichen Ausbeuten Sputter Schatteneffekte usw. zu entfernen. </li><li> Lokalisieren Sie die genaue Position des GBs in Bezug auf den Scheitelpunkt der Spitze mit der TEM-Tool (siehe Abbildung 2f), wohl wissend, dass mit anderen Materialien (wie Superlegierungen) verglichen die CIGS GB sind nicht sichtbar in SEM. </li><li> Genau zu wissen, wo die GB im APT Spitze befindet, übertragen Sie die Probe zurück in die FIB und weiterhin Mühle die Probe auf die GB bei maximal 200 nm unter dem Scheitelpunkt der Spitze zu situieren. In diesem Stadium ist das Fräsen bei sehr niedrigen kV (5 kV) und Schwachstrom (&lt;50 Pa) durchgeführt. Tatsächlich ist das Ziel nicht nur zu lokalisieren GB näher to die Spitze der Spitze, sondern auch um die Ga + Beschädigung des APT Spitze während dieses Verfahrens zu minimieren. Begleitend zur Niederdruckseite kV Fräsen, visualisieren die Form der Spitze in APT SEM und Steuerung der Menge des Materials, das von dem Scheitelpunkt der Spitze (2g) entfernt werden sollten. </li><li> Übertragen Sie die Probe wieder auf die TEM und überprüfen Sie die Position des GB mit Bezug auf den Scheitelpunkt der Spitze. Machen Sie einen Überblick Bild der Probe (Abbildung 2h) eine genaue Kenntnis über die Position GB, die Evolution der Probe und dem halben Durchmesser Schaft-Winkel zu erhalten. Dies ist notwendig, um eine optimale Rekonstruktion der APT-Daten zu erreichen. Darüber hinaus nutzen niedrigen Vergrößerungen und reduzierte Belichtungszeiten um Elektronenstrahl-induzierten Schäden und C Kontamination, die zu einer höheren Ausfallrate in den APT-Messungen führen können zu minimieren. </li></ol> 3. APT-Analyse in einem CAMECA LEAP 3000X HR-System <ol><li> Montieren Sie die Probe in der APT haltenäh. Dann montieren Sie die Probe Puck in einem der vier Karussells zur Verfügung. </li><li> Legen Sie das Karussell mit der Probe Puck in der Schleuse und pumpen die Schleuse. Wenn das Vakuum im Inneren der Schleuse ~ 10 -7 Torr ist, legen Sie das Karussell im Aufnahmeraum. </li><li> Nach einer Wartezeit von ca. 1 Stunde, um das Vakuum in der Pufferkammer (~ 7x10 -9 Torr) wiederherzustellen, Die Probe wird aus der Pufferkammer zur Hauptanalyse Kammer. Dieser ist mit einer horizontalen Übertragungsstange, die ein manuell betätigtes Gerät durchgeführt wird. </li><li> Vor Beginn der Messung innerhalb der APT, abkühlen die Temperatur auf 60 K. Bei niedrigen Temperaturen wird die Diffusion der Atome an der Oberfläche der Probe während der Analyse zu vermeiden. Wir stellen fest, dass hier 60 K die eingestellte Temperatur und nicht die wirkliche Temperatur auf der APT Spitze gemessen, die höher sein aufgrund der Laser Wärme der Probe sollte. Wie von Kellog et al. 27, diese Temperatur kann unter Berücksichtigung der relativen Ladung-Zustand-Verhältnis abgeschätzt werden. Leider ist in dieser Arbeit die wirkliche Temperatur der Spitzen konnte nicht berechnet werden, da vor allem das Feld Verdampfen des CIGS Material ist unbekannt. </li><li> APT Versuche werden in der Laser-Modus durchgeführt unter Verwendung eines grünen Laser mit einer Wellenlänge von etwa 532 nm und 12 ps Impulslänge. </li></ol> 4. Rekonstruktion der APT Daten <ol><li> Öffnen Sie die Datei RHIT (Rohdaten direkt nach APT Messungen) mit integrierter Visualisierung CAMECA die Analyse-Software (IVAS 3.6.2) 28 allgemein verwendet, um die 3D-Karte zu rekonstruieren. </li><li> Führen Sie die Rekonstruktion der 3D-Karte mit den folgenden acht Schritten 28: <ol><li> Schritt 1 - Installation, die eine Nur-Lese-Bereich geben alle Details über die Art und den Inhalt des ausgewählten Studie ist. </li><li> Schritt 2 - wählen Sie ion Sequenz Bereich. Dieser Schritt definiert die Ionen-Sequenzbereich bezüglich der Probe-Spannung in den Rekonstruieren von Daten ausgewählt werden. </li><li> Schritt 3 - Wählen Detektor ROI. Dieser Schritt bietet die Möglichkeit, um die Ionen außerhalb des Detektors ROI (schwarze Ellipse auf dem Detektor Event-Histogramm) befindet zu entfernen. </li><li> Schritt 4 - TOF Korrekturen. Dieser Schritt berechnet die Spannung, die Time-of-Flight (TOF), und die Ebenheit des Detektors (&quot;Schüssel-Korrektur&quot;) Korrekturen für die Analyse. </li><li> Schritt 5 - Mass Kalibrierung. Die gemessene Peak-Position in der analysierten Massenspektrum wird mit bekannten Isotop / Ladezustände kalibriert. </li><li> Schritt 6 - Fernkampf Ionen Zuordnung. In diesem Schritt werden die Peaks im Massenspektrum sind Element Isotop Bereichen zugeordnet. </li><li> Schritt 7 - Wiederaufbau. Dieser Schritt gilt einer der drei Methoden zur Rekonstruktion der gewonnenen Daten: Spannung Verfahren, Schaft-Winkel-Methode oder tip-Profil-Methode. Der letzte ist in der aktuellen Studie verwendet, um unsere 3D-Karte zu rekonstruieren. Diese Methode erfordert eine SEM oder TEM Bild der tip, wie in Fig. 2G und 2H gezeigt. Der Radius der Spitze an irgendeinem Punkt in der Rekonstruktion wird durch eine lineare Interpolation zwischen einer Reihe von Punkten in dem SEM-Bild definiert ist. </li><li> Schritt 8 - Bestätigung. In diesem Schritt wird die Vorschau in der Registerkarte Wiederaufbau geschaffen, um eine gespeicherte Analyse umgewandelt. </li></ol></li></ol>

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<p class="jove_content"&gt; Die Autoren haben nichts zu offenbaren.</p&gt;

In der aktuellen Arbeit haben wir APT Ergebnisse auf einer zufälligen HAGB in CIGS, eine Verbindung Halbleitermaterial für Photovoltaik-Anwendung vorgestellt. Darüber hinaus haben wir auch gezeigt, dass APT in Verbindung mit komplementären Techniken, wie EBSD und TEM, ein leistungsfähiges Werkzeug, um die Struktur-Zusammensetzung Eigenschaften Beziehung für die CIGS-Solarzellen aufzuklären ist. Leider war die Korrelation zwischen APT und EDX / EELS in TEM nicht möglich, weil erstens hat EDX / EELS nicht ausreich...

<html> Dünnschicht-Solarzellen auf der Chalkopyrit-strukturierten Verbindungshalbleiter Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) als Absorbermaterial Basis haben in der Entwicklung für mehr als zwei Jahrzehnten wegen ihrer hohen Effizienz, Strahlungshärte, langfristig stabile gewesen Leistung und niedrigen Produktionskosten 1-3. Diese Solarzellen mit nur wenig Materialverbrauch aufgrund der guten optischen Eigenschaften des CIGS Absorberschicht, nämlich eine direkte Bandlücke und einen hohen Absorptionskoeffizienten 1,2 hergestellt werden. Absorber Filme von nur wenigen Mikrometern Dicke ausreichend sind, um eine hohe Photostrom zu erzeugen. Da die Diffusionswege photogenerierter Ladungsträger zu den Elektroden relativ kurz sind, kann CIGS-Absorber in polykristalliner Form hergestellt werden. Der maximale Wirkungsgrad einer Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) Solarzellen bisher erreichten 20,4% 4, das der höchste Wert unter allen Dünnschicht-Solarzellen. ove_content &quot;&gt; weiter zu etablieren die CIGS-Dünnschicht-Photovoltaik-Technologie, sowohl die Senkung der Produktionskosten und die Steigerung der Wirkungsgrad der Solarzellen sind unerlässlich. Letzteres ist stark abhängig von der Mikrostruktur und die chemische Zusammensetzung der CIGS-Absorberschicht. Interne Schnittstellen, insbesondere Korngrenzen (GBS) im Absorber, spielen eine zentrale Rolle, da sie den Transport von Ladungsträgern durch Licht beeinflusst. Eine der wichtigsten offenen Fragen in Bezug auf CIGS-Solarzellen ist die gutartige Natur des CIGS GB, Ausbeute dh polykristallinen CIGS-Absorber Filme herausragende Wirkungsgrade trotz einer hohen Dichte von GB und Gitterfehler. Mehrere Autoren untersuchten GBs in solar-grade CIGS Filme hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften 5,6, Charakter und Fehlorientierung 7-9 sowie 10-13 Verunreinigung Segregation. Jedoch keine klare Verbindung zwischen diesen properties könnte so weit aufgebaut werden. Insbesondere gibt es einen erheblichen Mangel an Informationen über die lokalen chemischen Zusammensetzung und Gehalt an Verunreinigungen der GB. In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat Atomsondentomographie (APT) als einer der vielversprechenden nano-analytischen Techniken 14-17 entstanden. Bis vor kurzem APT Studien von Solarzellen wurden weitgehend durch Schwierigkeiten bei der Probenvorbereitung und der begrenzten Fähigkeit zur Analyse von Halbleitermaterialien mit konventionellen gepulsten Spannung Atom Sonden beschränkt. Diese Beschränkungen wurden weitgehend von der Entwicklung der Überwindung der &quot;lift-out-Verfahren&quot; auf der Grundlage fokussierten Ionenstrahl (FIB) Fräsen 18 und die Einführung der gepulsten Laser APT 16. Mehrere Zeitungen über APT Charakterisierung von CIGS-Solarzellen wurden 19-23 veröffentlicht, welche stark ermutigend für weitere Untersuchungen. Dieser Beitrag gibt einen Leitfaden, wie man studieren internen iCHNITTSTELLEN in CIGS-Dünnschicht-Solarzellen durch die Atomsondentomographie Technik.

atom probe tomography studies on the cu(in,ga)se2 grain boundaries

Im Vergleich zu den existierenden Techniken ist Atomsondentomographie eine einzigartige Technik in der Lage, chemisch zu charakterisieren die internen Schnittstellen im Nanobereich und in drei Dimensionen. Tatsächlich besitzt APT hohe Empfindlichkeit (in der Größenordnung von ppm) und hohe räumliche Auflösung (sub nm). Erhebliche Anstrengungen wurden hier, um eine APT Spitze, die das gewünschte Korngrenzen mit einer bekannten Struktur enthält vorzubereiten getan. Tatsächlich ortsspezifische Probenvorbereitung mit kombinierten konzentriert-Ionen-, Elektronen Backscatter Beugung und Transmissions-Elektronenmikroskopie wird in dieser Arbeit vorgestellt. Diese Methode ermöglicht es ausgewählt Korngrenzen mit einer bekannten Struktur und Lage in Cu (In, Ga) Se 2-Dünnschichten durch Atomsondentomographie untersucht werden. Schließlich diskutieren wir die Vor-und Nachteile der Verwendung des Atomsondentomographie Technik, um die Korngrenzen in Cu (In, Ga) Se 2-Dünnschicht-Solarzellen zu studieren.

Abbildung 3 zeigt eine Seitenansicht (xz Scheibe) elementarem Karte der zufälligen high-angle GB (HAGB) 28,5 ° - &lt;511&gt; Cub in Abbildung 2 durch ortsspezifische Herstellungsverfahren ausgewählt. Co-Segregation von Na, K und O bei einer CIGS HAGB direkt abgebildet mit APT. Diese Verunreinigungen wahrscheinlich aus dem SLG Substrat in die Absorberschicht eindiffundiert während der Abscheidung der CIGS-Schicht bei ~ 600 ° C 4A</stro...

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Atom Probe Tomography Studies on the CuIn,GaSe2 Grain Boundaries

In dieser Arbeit beschreiben wir die Verwendung der Atom-Sonde Tomographie Technik für die Untersuchung der Korngrenzen der Absorberschicht in einer CIGS-Solarzelle. Ein neuartiger Ansatz, um die Atomsonde Tipps, die das gewünschte Korngrenzen mit einer bekannten Struktur vorzubereiten ist auch hier vorgestellt.

Atomsondentomographie Studien über die Cu (In, Ga) Se<sub&gt; 2</sub&gt; Grain Boundaries

Compared with the existent techniques, atom probe tomography is a unique technique able to chemically characterize the internal interfaces at the ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

Atom Probe Tomography Studies on the Cu(In,Ga)Se2 Grain Boundaries

12.6K Aufrufe.  Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH. In dieser Arbeit beschreiben wir die Verwendung der Atom-Sonde Tomographie Technik für die Untersuchung der Korngrenzen der Absorberschicht in einer CIGS-Solarzelle. Ein neuartiger Ansatz, um die Atomsonde Tipps, die das gewünschte Korngrenzen mit einer bekannten Struktur vorzubereiten ist auch hier vorgestellt.

Serie: Atom Probe Tomography Studies on the CuIn,GaSe2 Grain Boundaries

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the electronic quantum structure of small systems - including individual atomic dopants in semiconductors. Here we present a capacitance-based method, known as Subsurface Charge Accumulation (SCA) imaging, which is capable of resolving single-electron charging while achieving sufficient spatial resolution to image individual atomic dopants. The use of a capacitance technique enables observation of subsurface features, such as dopants buried many nanometers beneath the surface of a semiconductor material1,2,3. In principle, this technique can be applied to any system to resolve electron motion below an insulating surface.
As in other electric-field-sensitive scanned-probe techniques4, the lateral spatial resolution of the measurement depends in part on the radius of curvature of the probe tip. Using tips with a small radius of curvature can enable spatial resolution of a few tens of nanometers. This fine spatial resolution allows investigations of small numbers (down to one) of subsurface dopants1,2. The charge resolution depends greatly on the sensitivity of the charge detection circuitry; using high electron mobility transistors (HEMT) in such circuits at cryogenic temperatures enables a sensitivity of approximately 0.01 electrons/Hz&frac12; at 0.3 K 5.

Scanning-probe single-electron capacitance spectroscopy facilitates the study of single-electron motion in localized subsurface regions. A sensitive charge-detection circuit is incorporated into a cryogenic scanning probe microscope to investigate small systems of dopant atoms beneath the surface of semiconductor samples.

Scanning-Probe-Einzel-Elektronen-Spektroskopie Kapazität

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

Forschung

Ingenieurwesen

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various characteristic length scales can result in pressure fluctuations over a wide frequency range. This property of turbulence requires sensing devices to have sufficient sensitivity over a wide range of frequencies. Furthermore, the small characteristic length scales of turbulent structures require small sensing areas and the ability to place the sensors in very close proximity to each other. The complex geometries of the solid bodies, often including large surface curvatures or discontinuities, require the probe to have the ability to be set up in very limited spaces. The development of a remote microphone probe, which is inexpensive, consistent, and repeatable, is described in the present communication. It allows for the measurement of pressure fluctuations with high spatial resolution and dynamic response over a wide range of frequencies. The probe is small enough to be placed within the interior of typical wind tunnel models. The remote microphone probe includes a small, rigid, and hollow tube that penetrates the model surface to form the sensing area. This tube is connected to a standard microphone, at some distance away from the surface, using a "T" junction. An experimental method is introduced to determine the dynamic response of the remote microphone probe. In addition, an analytical method for determining the dynamic response is described. The analytical method can be applied in the design stage to determine the dimensions and properties of the RMP components.

Here, we present a protocol to measure, with high spatial resolution, the unsteady surface pressure in turbulent flows. This method demonstrates the construction of a remote microphone probe (RMP) and the determination of its frequency-dependent, complex transfer function. An analytical determination of the dynamic response is presented and validated.

Die Messung der Unsteady Flächenpressung eines Remote-Mikrofon-Sonde

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy (ATOM)

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the main trend in the advanced development of flow cytometry. Notably, adding high-resolution imaging capabilities allows for the complex morphological analysis of cellular/sub-cellular structures. This is not possible with standard flow cytometers. However, it is valuable for advancing our knowledge of cellular functions and can benefit life science research, clinical diagnostics, and environmental monitoring. Incorporating imaging capabilities into flow cytometry compromises the assay throughput, primarily due to the limitations on speed and sensitivity in the camera technologies. To overcome this speed or throughput challenge facing imaging flow cytometry while preserving the image quality, asymmetric-detection time-stretch optical microscopy (ATOM) has been demonstrated to enable high-contrast, single-cell imaging with sub-cellular resolution, at an imaging throughput as high as 100,000 cells/s. Based on the imaging concept of conventional time-stretch imaging, which relies on all-optical image encoding and retrieval through the use of ultrafast broadband laser pulses, ATOM further advances imaging performance by enhancing the image contrast of unlabeled/unstained cells. This is achieved by accessing the phase-gradient information of the cells, which is spectrally encoded into single-shot broadband pulses. Hence, ATOM is particularly advantageous in high-throughput measurements of single-cell morphology and texture &#8211; information indicative of cell types, states, and even functions. Ultimately, this could become a powerful imaging flow cytometry platform for the biophysical phenotyping of cells, complementing the current state-of-the-art biochemical-marker-based cellular assay. This work describes a protocol to establish the key modules of an ATOM system (from optical frontend to data processing and visualization backend), as well as the workflow of imaging flow cytometry based on ATOM, using human cells and micro-algae as the examples.

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy ATOM

This protocol describes the implementation of an asymmetric-detection time-stretch optical microscopy system for single-cell imaging in ultrafast microfluidic flow and its applications in imaging flow cytometry.

Mikrofluidische Imaging-Durchflusszytometrie durch asymmetrische Detektion Zeitstreck-Optische Mikroskopie (ATOM)

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction of degradation mechanisms and prevention of module field failure can consequently decrease investment risks as well as increase the electricity yield. An improved knowledge level can for these reasons significantly decrease the total costs of PV electricity. 
In order to better understand and minimize the degradation of PV modules, the occurring degradation mechanisms and conditions should be identified. This should preferably happen under combined stresses, since modules in the field are also simultaneously exposed to multiple stress factors. Therefore, two 'Combined Stress test with in situ measurement' setups have been designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, illumination, and electrical biases as independently controlled stress factors on solar cells and minimodules. The setups also allow real-time monitoring of the electrical properties of these samples. This protocol presents these setups and describes the experimental possibilities. Moreover, results obtained with these setups are also presented: various examples about the influence of both deposition and degradation conditions on the stability of thin film Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) as well as Cu2ZnSnSe4 (CZTS) solar cells are described. Results on the temperature dependency of CIGS solar cells are also presented.

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

Two &#39;Combined Stress test with in situ measurement&#39; setups, which allow real-time monitoring of accelerated degradation of solar cells and modules, were designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, electrical biases, and illumination as independently controlled stress factors. The setups and various experiments executed are presented.

In Situ Überwachung von der beschleunigten Leistungsabfall von Solarzellen und Modulen: eine Fallstudie für Cu (In, Ga) Se2 Solarzellen

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared on transparent membranes which are very fragile and difficult to manipulate. We present processes for the fabrication of samples with magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for Lorentz transmission electron microscopy and magnetic transmission x-ray microscopy studies. The samples are prepared on silicon nitride membranes and the fabrication consists of a spin coating, UV and electron-beam lithography, the chemical development of the resist, and the evaporation of the magnetic material followed by a lift-off process forming the final magnetic structures. The samples for the Lorentz transmission electron microscopy consist of magnetic nanodiscs prepared in a single lithography step. The samples for the magnetic x-ray transmission microscopy are used for time-resolved magnetization dynamic experiments, and magnetic nanodiscs are placed on a waveguide which is used for the generation of repeatable magnetic field pulses by passing an electric current through the waveguide. The waveguide is created in an extra lithography step.

A protocol for the fabrication of magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for transmission electron microscopy (TEM) and magnetic transmission x-ray microscopy (MTXM) studies is presented.

Herstellung von magnetische Nanostrukturen auf Silizium-Nitrid Membranen für magnetische Wirbel Studien mit Übertragungstechniken Mikroskopie

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

Fabrication of Robust Nanoscale Contact between a Silver Nanowire Electrode and CdS Buffer Layer in Cu(In,Ga)Se2 Thin-film Solar Cells

Silver nanowire transparent electrodes have been employed as window layers for Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. Bare silver nanowire electrodes normally result in very poor cell performance. Embedding or sandwiching silver nanowires using moderately conductive transparent materials, such as indium tin oxide or zinc oxide, can improve cell performance. However, the solution-processed matrix layers can cause a significant number of interfacial defects between transparent electrodes and the CdS buffer, which can eventually result in low cell performance. This manuscript describes how to fabricate robust electrical contact between a silver nanowire electrode and the underlying CdS buffer layer in a Cu(In,Ga)Se2 solar cell, enabling high cell performance using matrix-free silver nanowire transparent electrodes. The matrix-free silver nanowire electrode fabricated by our method proves that the charge-carrier collection capability of silver nanowire electrode-based cells is as good as that of standard cells with sputtered ZnO:Al/i-ZnO as long as the silver nanowires and CdS have high-quality electrical contact. The high-quality electrical contact was achieved by depositing an additional CdS layer as thin as 10 nm onto the silver nanowire surface.

Fabrication of Robust Nanoscale Contact between a Silver Nanowire Electrode and CdS Buffer Layer in CuIn,GaSe2 Thin-film Solar Cells

In this protocol, we describe the detailed experimental procedure for the fabrication of a robust nanoscale contact between a silver nanowire network and CdS buffer layer in a CIGS thin-film solar cell.

Herstellung eines robusten Nano-Kontakts zwischen einer Silber-Nanodrahtelektrode und einer CdS-Pufferschicht in Cu(In,Ga)Se2 Dünnschicht-Solarzellen

Silver nanowire transparent electrodes have been employed as window layers for Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. Bare silver nanowire electrodes ...

Visualization of Failure and the Associated Grain-Scale Mechanical Behavior of Granular Soils under Shear using Synchrotron X-Ray Micro-Tomography

The rapid development of X-ray imaging techniques with image processing and analysis skills has enabled the acquisition of CT images of granular soils with high-spatial resolutions. Based on such CT images, grain-scale mechanical behavior such as particle kinematics (i.e., particle translations and particle rotations), strain localization and inter-particle contact evolution of granular soils can be quantitatively investigated. However, this is inaccessible using conventional experimental methods. This study demonstrates the exploration of the grain-scale mechanical behavior of a granular soil sample under triaxial compression using synchrotron X-ray micro-tomography (&#956;CT). With this method, a specially fabricated miniature loading apparatus is used to apply confining and axial stresses to the sample during the triaxial test. The apparatus is fitted into a synchrotron X-ray tomography setup so that high-spatial resolution CT images of the sample can be collected at different loading stages of the test without any disturbance to the sample. With the capability of extracting information at the macro scale (e.g., sample boundary stresses and strains from the triaxial apparatus setup) and the grain scale (e.g., grain movements and contact interactions from the CT images), this procedure provides an effective methodology to investigate the multi-scale mechanics of granular soils.

The protocol describes procedures to acquire high-spatial resolution computed tomography (CT) images of a granular soil during triaxial compression, and to apply image processing techniques to these CT images to explore the grain-scale mechanical behavior of the soil under loading.

Visualisierung von Versagen und dem damit verbundenen mechanischen Verhalten von granularen Böden unter Scherung mit Synchrotron-Röntgen-Mikrotomographie

The rapid development of X-ray imaging techniques with image processing and analysis skills has enabled the acquisition of CT images of granular soils ...

Improving the Combustion Performance of a Hybrid Rocket Engine using a Novel Fuel Grain with a Nested Helical Structure

A technique to improve the combustion performance of a hybrid rocket engine using a novel fuel grain structure is presented. This technique utilizes the different regression rates of acrylonitrile butadiene styrene and paraffin-based fuels, which increase the exchanges of both matter and energy by swirl flow and recirculation zones formed at the grooves between the adjacent vanes. The centrifugal casting technique is used to cast the paraffin-based fuel into an acrylonitrile butadiene styrene substrate made by three-dimensional printing. Using oxygen as the oxidizer, a series of tests were conducted to investigate the combustion performance of the novel fuel grain. In comparison to paraffin-based fuel grains, the fuel grain with a nested helical structure, which can be maintained throughout the combustion process, showed significant improvement in the regression rate and great potential in improvement of combustion efficiency.

A technique utilizing a solid fuel grain with a novel nested helical structure to improve the combustion performance of a hybrid rocket engine is presented.

Verbesserung der Verbrennungsleistung eines Hybrid-Raketenmotors mit einem neuartigen Kraftstoffkorn mit einer verschachtelten Helical-Struktur

A technique to improve the combustion performance of a hybrid rocket engine using a novel fuel grain structure is presented. This technique utilizes the ...

Co-localizing Kelvin Probe Force Microscopy with Other Microscopies and Spectroscopies: Selected Applications in Corrosion Characterization of Alloys

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin probe, both of which measure the Volta potential difference (VPD) between an oscillating probe tip and a sample surface by applying a nulling voltage equal in magnitude but opposite in sign to the tip-sample potential difference. By scanning a conductive KPFM probe over a sample surface, nanoscale variations in surface topography and potential can be mapped, identifying likely anodic and cathodic regions, as well as quantifying the inherent material driving force for galvanic corrosion.
Subsequent co-localization of KPFM Volta potential maps with advanced scanning electron microscopy (SEM) techniques, including back scattered electron (BSE) images, energy dispersive spectroscopy (EDS) elemental composition maps, and electron backscattered diffraction (EBSD) inverse pole figures can provide further insight into structure-property-performance relationships. Here, the results of several studies co-localizing KPFM with SEM on a wide variety of alloys of technological interest are presented, demonstrating the utility of combining these techniques at the nanoscale to elucidate corrosion initiation and propagation.
Important points to consider and potential pitfalls to avoid in such investigations are also highlighted: in particular, probe calibration and the potential confounding effects on the measured VPDs of the testing environment and sample surface, including ambient humidity (i.e., adsorbed water), surface reactions/oxidation, and polishing debris or other contaminants. Additionally, an example is provided of co-localizing a third technique, scanning confocal Raman microscopy, to demonstrate the general applicability and utility of the co-localization method to provide further structural insight beyond that afforded by electron microscopy-based techniques.

Kelvin probe force microscopy (KPFM) measures surface topography and differences in surface potential, while scanning electron microscopy (SEM) and associated spectroscopies can elucidate surface morphology, composition, crystallinity, and crystallographic orientation. Accordingly, the co-localization of SEM with KPFM can provide insight into the effects of nanoscale composition and surface structure on corrosion.

Kolokalisierung der Kelvin-Sondenkraftmikroskopie mit anderen Mikroskopien und Spektroskopien: Ausgewählte Anwendungen in der Korrosionscharakterisierung von Legierungen

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin ...

Application of Deep Learning-Based Medical Image Segmentation via Orbital Computed Tomography

Recently, deep learning-based segmentation models have been widely applied in the ophthalmic field. This study presents the complete process of constructing an orbital computed tomography (CT) segmentation model based on U-Net. For supervised learning, a labor-intensive and time-consuming process is required. The method of labeling with super-resolution to efficiently mask the ground truth on orbital CT images is introduced. Also, the volume of interest is cropped as part of the pre-processing of the dataset. Then, after extracting the volumes of interest of the orbital structures, the model for segmenting the key structures of the orbital CT is constructed using U-Net, with sequential 2D slices that are used as inputs and two bi-directional convolutional long-term short memories for conserving the inter-slice correlations. This study primarily focuses on the segmentation of the eyeball, optic nerve, and extraocular muscles. The evaluation of the segmentation reveals the potential application of segmentation to orbital CT images using deep learning methods.

Application of Deep Learning-Based Medical Image Segmentation via Orbital Computed Tomography

An object segmentation protocol for orbital computed tomography (CT) images is introduced. The methods of labeling the ground truth of orbital structures by using super-resolution, extracting the volume of interest from CT images, and modeling multi-label segmentation using 2D sequential U-Net for orbital CT images are explained for supervised learning.