この方法は、光起電力の信頼性に関する重要な質問に答える助けとなり、照明、電気負荷、湿度、温度の組み合わせ効果について説明します。標準的な非ストレス信頼性試験と比較して、この方法には、複合応力への曝露、テスト時間の短縮、およびデバイスのリアルタイムパフォーマンス監視という利点があります。応力の組み合わせは、極地や砂漠の条件などの地域の気候をシミュレートするように調整できます。
電気的バイアスは、個人のシェーディングなどの効果をシミュレートするように調整できます。リアルタイムのパフォーマンス測定により、より迅速かつ簡単なテストが可能になります。それは私たちに劣化のプロセスについて多くのことを学び、デバイスで発生する劣化メカニズムのより良い予測または防止を可能にします。
この手順のデモンストレーションは、すべてソリシャス出身のハンク・シュタイバース、クラース・バッカー、カロリエン・サリウです。手順を開始するには、二重層スタックシーケンスで直流スパッタコーティングによって、0.5ミクロンのモリブデンをソーダライムガラス基板に堆積させる。次に、1モルの水酸化ナトリウムと0.3モルモルカリウムフェロシアン化物の溶液を使用して、1つの長い側の縁にあるモリブデンに6ミリメートル幅のストリップを電気化学的にエッチングする。
次に、銅、インジウム、ガリウム、セレン雰囲気下の真空チャンバにコエバポレーションにより、2ミクロンの厚いCIGS吸収剤層を堆積させる。その後、化学浴蒸着により試料に硫化カドミウム50ナノメートルを堆積する。無線周波スパッタリングを使用して、サンプルに50〜65ナノメートルの固有酸化亜鉛と80〜1,000ナノメートルのアルミニウムドープ酸化亜鉛を堆積させます。
次に、ブレードを使用して、サンプルの非エッチングされた長いエッジの14ミリメートル幅のストリップの上4つの層を取り除き、モリブデンの背中の接触をそのまま残します。サンプルにマスクを中央に置き、スパッタは60ナノメートルの金でサンプルエッジをコーティングして接点を形成し、ガラスカッターまたはダイヤモンドペンを使用してサンプルを7ミリメートル幅にカットし、7ミリメートル×5ミリメートルのセル表面でサンプルを形成します。あなたが信頼できる方法でそれらを連絡することができる限り、あなたが望む任意のデバイス、任意の太陽電池、任意のモジュールをテストすることができます。
これは、金のような安定した材料で作られた接点を必要とします。そうしないと、デバイスの代わりに連絡先の安定性をテストしている可能性があります。次に、4点プローブ構成で、サンプル太陽電池のexsitu電流電圧性能を標準条件で測定します。
次に、IR照明と15ミクロンのIRカメラレンズを備えた照明付きロックインサーモグラフィー装置の下にサンプルを置きます。サンプルを照らし、空間の違いを温度でマッピングします。これを使用して、有用なサンプルと不良なサンプルを特定します。
その後、高出力LEDを備えた光発光マッピング装置の下にサンプルを置き、空間光発光画像を記録します。また、エレクトロルミネッセンス、分光光発光、外部量子効率測定、顕微鏡検査など、他にもいくつかの解析手法を使用する必要があります。これらの測定の前後の露光に基づいて、劣化メカニズムを決定し、事前露光特性にリンクすることができます。
この方法で、各サンプルの視覚および横方向の欠陥を評価します。少なくとも 2 つの非隣接サンプルを、アルゴンで満たされたグローブ ボックスに参照として格納します。セルに影を落とさないサンプルホルダに非参照太陽電池を取り付けます。
ホルダーの測定ピンがサンプルの前面と背面の金の接触に接触していることを確認します。サンプルホルダーをCSIセットアップのサンプルラックに置き、太陽電池と測定ツールとの間の電気的接触を可能にします。熱電対をサンプルに接続します。
空気質量 1.5 光源で照明用のサンプル ラックを配置し、測定装置、電気負荷、および制御コンピュータの電源を入れます。計測ロギングソフトウェアを開いて計測器を初期化し、測定用の照明プロファイルを設計します。次に、サンプル情報を入力し、各サンプル位置にリンクされた熱電対を選択します。
次に、初期電圧、最終電圧、および電流電圧測定のステップ数を設定します。現在の電圧データの自動保存位置を設定します。必要に応じて、サンプルの電気的バイアスを定義します。
次に、測定シーケンスを作成し、適切なサンプル位置を追加します。自動測定ウィンドウでシーケンス間の待ち時間を設定し、続いて相対湿度を85%に急速に増加させ、次に気候室シーケンスを開始し、照明をオンにし、監視ウィンドウに切り替え、電流電圧測定の記録を開始します。チャンバーと85°Cまでのランプの間のサンプル温度を監視します。
電気的パラメータが記録され、電流電圧曲線が生成されていることを確認します。チャンバーが摂氏85度に達したら、チャンバー湿度が85%に増加することを確認して、分解実験の開始時間としてこれを注意してください。サンプルを計器に数百~数千時間放置し、5~10分ごとに電流電圧曲線を測定します。
必要に応じて、実験中にサンプルに適用される電気的バイアスを調整します。実験の最後に、チャンバーがサンプルを取り除く前に数時間にわたって室温まで冷却することを許可する。電気パラメータの変化を露光時間の関数としてプロットします。
チャンバーから冷たいサンプルを取り出し、すぐに元の場で測定を繰り返します。露光前に使用したすべての測定値を実行します。その後、X線回折、二次イオン質量分光、走査型電子顕微鏡、SEM、X線光電子分光法、およびその他の手法を用いて、分解サンプルと参照サンプルの両方を特徴付け、故障メカニズムをさらに調査します。
この例では、CIGS太陽電池分解実験の前の温度ランプの間に記録されたデータは、開放回路電圧が温度の関数として変化したことを示した。これらのCIGS太陽電池は、光、熱、湿度に同時に曝露すると効率が低下します。太陽電池を乾燥熱と光にさらした場合、最小限の劣化が観察された。
ここで低い負バイアス電圧は、湿熱と光の短絡、開放回路、または最大電力点条件よりもCIGS太陽電池の安定性に対してより悪影響を及ぼしました。高ナトリウムおよびカリウム含有量で製造された一連のCIGS太陽電池は、湿った熱で照らされると高い効率を示したが、標準的な細胞よりも速く分解した。しかし、低アルカリ含分で作製した細胞は、同じ条件下で比較的安定した状態を保っていた。
さらなる分析は、ナトリウムの移動に起因するアルカリリッチ細胞のシャント耐性の対応する急激な減少を明らかにした。これらの結果に続いて、デバイスを再び徹底的に分析する必要があります。これらの結果に基づいて、デバイスの劣化メカニズムを決定することができる。
この手法により、フルスケール・モジュールの劣化動作の判別も可能になります。
