Este trabalho é fundada pela Fundação Alemã de Pesquisa (DFG) (Contrato CH 943/2-1). Os autores gostariam de agradecer Wolfgang Dittus, e Stefan Paetel de Zentrum für Sonnenenergie-und Forschung Wasserstoff-Baden-Württemberg para a preparação da camada absorvente CIGS para este trabalho.

1. CIGS Layer Deposition <ol><li> Sputter-depósito de 500 nm de molibdênio (back camada de contato) sobre um substrato de vidro de soda cal espessura 3 mm (SLG). </li><li> Co-evaporar 2 mM de CIGS em um processo de vários estágios em linha CIGS 24. O CIGS obtidos camada depositada sobre Mo contacto traseira é mostrado na Figura 1. </li><li> Medir a composição integral da camada CIGS por raios-X espectrometria de fluorescência (FRX). A composição CIGS obtido é apresentado na Tabela 1. </li></ol> 2. Site-specific amostras Fabricação de Análise APT <ol><li> Cortar uma grelha TEM Mo em duas metades de modo a obter uma linha de vários pinos, sendo o suporte para as amostras posteriores. Montar o meio grelha TEM em um suporte e conicidade das extremidades dos pinos por electropolimento em 5 wt. % De NaOH até um diâmetro de ponta &lt;2 um. O processo pode ser controlado através de um razoável estereoscópio. Em seguida, montar a grade electropolido para outro titular tchapéu é otimizado para FIB seqüencial, TEM, EBSD, e caracterização APT. </li><li> Moinho duas trincheiras na película fina de CIGS usando FIB para obter um rebaixo (Figura 2a). Faça um primeiro free-corte no lado esquerdo do trecho. </li><li> Conecte o micromanipulador para o pedaço depositando uma Pt solda por feixe de íons induzida deposição de vapor químico. Então, faça a final livre de corte no lado oposto e elevação fora o pedaço free-standing (Figura 2b). </li><li> Corte agora os pinos afiados do TEM Mo meia-grade para uma cunha (2-3 m de diâmetro) com um bom conjunto para o pedaço extraído. Monte o pedaço sobre os pinos usando deposição de Pt (Figura 2c). Adicione um de corte livre para finalmente obter apenas uma pequena parte do pedaço (cerca de 2 mm) na parte superior do pino de Mo. Depois montar a grade de suporte de cabeça para baixo e encher o espaço entre o pino de Mo e a peça montada com Pt. Prosseguir o mesmo procedimento com o pedaço restante. Para mais detalhes sobre o elevador-outprocedimento, o leitor pode consultar as seguintes referências 18,25. </li><li> Coloque a grade na posição vertical e limpar a secção transversal do pedaço (escolha do local de soldadura com diluente Pt) usando uma baixa voltagem de aceleração e de corrente de feixe (5 kV e &lt;50 Pa) na FIB. Assim, obtém-se uma superfície lisa e menor contaminação devido a Ga + implante, a qual é necessária para as medições EBSD. </li><li> A partir da medida de EBSD executada na secção transversal escolher um GB de interesse. A orientação da GB é preferível estar perpendicular em relação à direcção de análise no átomo de sonda (eixo z), para reduzir o efeito de ampliação locais 26, o qual é descrito mais em pormenor na discussão da peça. Uma área adequada com a GB está em destaque na Figura 2d. </li><li> Executar uma moagem anular na área da GB seleccionado no passo 2.6) para formar uma ponta afiada. O raio de curvatura deve ser pequeno o suficiente (&lt;100 nm) para posterior TEM investiiões. Para atingir este objectivo, reduzir o diâmetro interno do padrão anular fresagem passo-a-passo (figura 2e) e, concomitantemente, a visualização da ponta moldar por electrão secundário (SE). Assim, pode-se corrigir mudanças de feixe ou ajustar o padrão de moagem para remover irregularidades na ponta como ondulação ou redeposição de matérias provenientes de diferentes pulverização catódica rendimentos, sombreamento efeitos etc. </li><li> Localizar a posição exacta da GBs com respeito ao vértice da ponta, utilizando a ferramenta de TEM (veja a Figura 2F), sabendo que, em comparação com outros materiais (como superligas) a CIGS GBs não são visíveis no SEM. </li><li> Conhecer exactamente onde está localizado o GB no interior da ponta APT, transferir a amostra de volta para o FIB e continuar a moinho a amostra para situar a GB, no máximo, a 200 nm, abaixo do vértice da ponta. Nesta fase, a moagem é feita com muito baixo kV (5 kV) e de corrente baixa (&lt;50 Pa). Na verdade, o objetivo não é apenas para localizar o mais próximo GB to o vértice da ponta, mas também para minimizar o dano de Ga + ponta APT durante este procedimento. Concomitantemente à moagem menor kV, visualizar a forma da ponta da APT em SEM e controlar a quantidade do material que deve ser removido a partir do vértice da ponta (Figura 2G). </li><li> Transferir novamente a amostra até a ETM e verificar a posição da AR no que diz respeito ao vértice da ponta. Adicione uma imagem panorâmica da amostra (Figura 2 h) para se obter um conhecimento preciso sobre a posição P, a evolução do diâmetro do espécime e o ângulo de meia haste. Isto é necessário para conseguir uma reconstrução óptima dos dados APT. Além disso, o uso ampliações baixas e tempos de exposição reduzidas para minimizar de feixe de elétrons danos induzidos e contaminação C, que pode levar a uma maior taxa de insucesso nas medições APT. </li></ol> 3. Análise APT em LEAP Sistema HR 3000X Cameca <ol><li> Monte o espécime no porão APTer. Em seguida, montar o disco de amostra em um dos quatro carrosséis disponíveis. </li><li> Inserir o carrossel que contém a amostra para dentro do disco de bloqueio de carga e comece a bombear o bloqueio de carga. Quando o vácuo no interior da carga de bloqueio é de ~ 10 -7 Torr, inserir o carrossel dentro da câmara tampão. </li><li> Após uma espera de ca. 1 hora para restabelecer o vácuo na câmara tampão (~ 7x10 -9 Torr), transferir a amostra da câmara de amortecimento para a câmara de análise principal. Isto é feito com uma vareta de transferência horizontal, que é um dispositivo operado manualmente. </li><li> Antes de iniciar a medição no interior da APT, arrefecer a temperatura a 60 K. A temperatura baixa irá evitar a difusão dos átomos na superfície da amostra durante a análise. Observamos aqui que 60 K é a temperatura ajustada e não a temperatura real medida na ponta APT, que deve ser maior, devido ao calor do laser do espécime. Tal como proposto pela Kellog et al 27, esta temperatura.tura pode ser calculada tendo em conta o estado de carga proporção relativa. Infelizmente, neste trabalho, a temperatura real das pontas pode não ser calculada, principalmente porque a evaporação campo do material CIGS é desconhecida. </li><li> Experimentos APT são realizadas em modo de laser, usando um laser verde com um comprimento de onda de cerca de 532 nm e 12 psec comprimento de pulso. </li></ol> 4. Reconstrução de dados do APT <ol><li> Abra o arquivo RHIT (dados brutos obtidos diretamente após medições APT) com visualização integrada de Cameca e Análise de Software (IVAS 3.6.2) 28 geralmente usados ​​para reconstruir o mapa 3D. </li><li> Executar a reconstrução do mapa 3D, utilizando os seguintes oito etapas 28: <ol><li> Passo 1 - configuração que é um painel de leitura dando todos os detalhes sobre a natureza eo conteúdo do estudo selecionado. </li><li> Passo 2 - seleta gama seqüência de íons. Esta etapa define o intervalo de ion-seqüência em relação ao espécimeTensão a ser selecionado nos dados reconstrução. </li><li> Passo 3 - Selecione ROI detector. Esta etapa oferece a possibilidade de retirar os iões localizados fora do detector ROI (elipse preta no histograma detector de evento). </li><li> Passo 4 - correções TOF. Este passo calcula a tensão, o tempo-de-voo (TOF) e a planaridade do detector (&#39;bacia correcção&#39;) correcções para a análise. </li><li> Passo 5 - Calibração de Massa. A posição do pico medido no espectro de massa analisada é calibrado com conhecidos isótopos / estados de carga. </li><li> Passo 6 - À Distância atribuição de íons. Neste passo, os picos do espectro de massa são atribuídos aos intervalos de isótopos do elemento. </li><li> Passo 7 - Reconstrução. Este passo aplica um dos três métodos de reconstrução dos dados adquiridos: método, método de ângulo haste de tensão ou método de ponta-profile. O último é utilizado no presente estudo para reconstruir o nosso mapa 3D. Este método requer uma imagem do ti SEM ou TEMp, como mostrado na figura 2g e na Figura 2h. O raio da ponta, em qualquer ponto na reconstrução é definido por interpolação linear entre uma série de pontos definidos na imagem SEM. </li><li> Passo 8 - Confirmação. Nesta etapa, a visualização criada na aba reconstrução é convertido para uma análise salva. </li></ol></li></ol>

<ol>
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<p class="jove_content"&gt; Os autores não têm nada a revelar.</p&gt;

No presente trabalho, apresentamos os resultados do APT em um HAGB aleatório no CIGS, um material semicondutor composto usado para aplicação fotovoltaica. Além disso, também têm demonstrado que o APT em conjunto com técnicas complementares, tais como EBSD e MET, é uma ferramenta poderosa para elucidar a relação estrutura-propriedades composição para as células solares CIGS. Infelizmente, a correlação entre o APT e EDX / enguias em MET não era possível porque, em primeiro lugar, EDX / ENGUIAS não tenha ...

<html> Células solares de filme fino baseados na calcopirita-estruturado composto semicondutor Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) como material absorvedor de ter estado em desenvolvimento há mais de duas décadas por causa de sua alta eficiência, dureza radiação, a longo prazo estável desempenho e baixo custos de produção 1-3. Estas células solares pode ser fabricada só com pouco consumo de material, devido às propriedades ópticas favoráveis ​​da camada de CIGS absorvente, ou seja, um bandgap directa e um elevado coeficiente de absorção de 1,2. Filmes Absorber de apenas alguns micrómetros de espessura são suficientes para gerar uma alta fotocorrente. Uma vez que os caminhos de difusão de transportadores de carga fotogerados aos eléctrodos são relativamente curtos, os absorvedores de CIGS pode ser produzido na forma de policristalino. A eficiência máxima de Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) de células solares conseguida até agora é de 20,4%, 4, que é o valor mais elevado entre todas as células solares de película fina. ove_content &quot;&gt; Para estabelecer melhor a tecnologia fotovoltaica de película fina CIGS, tanto a redução dos custos de produção e ao melhoramento da eficiência da célula solar são essenciais. Esta última é fortemente dependente da composição da camada absorvente CIGS microestrutura e química. Interfaces internas, em especial, limites de grãos (GBs) dentro do amortecedor, desempenham um papel fundamental, como eles podem afetar o transporte de portadores de carga fotogerados. Uma das principais questões em aberto no que diz respeito às células solares CIGS é a natureza benigna do CIGS GBs, ou seja, policristalinos CIGS filmes absorvente produzir a eficiência das células em circulação, apesar de uma alta densidade de defeitos GBs e estrutura. Vários autores estudaram GBs CIGS em filmes de grau solar que diz respeito às suas propriedades eléctricas, 5,6 misorientation caracteres e 7-9, bem como impureza segregação 10-13. No entanto, nenhuma ligação clara entre estes properties podem ser estabelecida até agora. Em particular, existe uma ausência substancial de informações sobre a composição química local e o teor de impureza de GBs. Nas últimas duas décadas, Atom Probe Tomography (APT) tem emergido como uma das promissoras técnicas de nano-analíticos 14-17. Até recentemente, estudos APT de células solares têm sido largamente restringido por dificuldades no processo de preparação da amostra e da capacidade limitada de análise de materiais semicondutores utilizando sondas átomo pulsada tensão convencionais. Estas restrições têm sido largamente superado pelo desenvolvimento do &quot;método lift-out &#39;baseado em feixe focalizado (FIB) moagem íon 18 ea introdução do laser pulsado APT 16. Vários trabalhos sobre APT caracterização de células solares CIGS foram publicados 19-23, que são fortemente encorajador para novas investigações. Este artigo dá uma orientação de como estudar interno interfaces no CIGS película fina de células solares por meio da técnica de tomografia sonda de átomo.

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

Em comparação com as técnicas existentes, um átomo de tomografia sonda é uma técnica única capaz de caracterizar quimicamente as interfaces internas em nanoescala e em três dimensões. Com efeito, o APT possui uma elevada sensibilidade (da ordem de ppm) e uma elevada resolução espacial (sub nm). Esforços consideráveis ​​foram feitas aqui para preparar uma dica APT que contém o contorno de grão desejado com uma estrutura conhecida. De fato, a preparação da amostra site-specific usando combinado focada-ion-beam, difração de elétrons backscatter, e microscopia eletrônica de transmissão é apresentada neste trabalho. Este método permite contornos de grãos selecionados com uma estrutura conhecida e localização em Cu (In, Ga) Se 2 thin-metragens a serem estudadas por átomo tomografia sonda. Finalmente, discutimos as vantagens e desvantagens de usar a técnica de tomografia átomo sonda para estudar os limites de grão em Cu (In, Ga) Se 2 células solares de película fina.

A Figura 3 mostra uma vista lateral (xz fatia) mapa elementar do aleatória GB maior ângulo (HAGB) 28,5 ° - &lt;511&gt; filhote seleccionada na Figura 2 pelo método de preparação específica do local. Co-segregação de Na, K e S em um CIGS HAGB está diretamente mapeada usando APT. Estas impurezas provavelmente difundido para fora do substrato SLG na camada absorvente durante a deposição da camada de CIGS em ~ 600 ° C. A Figura 4a...

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Atom Probe Tomography Studies on the CuIn,GaSe2 Grain Boundaries

Neste trabalho, nós descrevemos o uso da técnica de tomografia por sonda átomo para estudar os limites dos grãos da camada de absorção de uma célula solar de CIGS. Também é apresentada uma nova abordagem para preparar as pontas das sondas que contêm o átomo de limite de grão desejado, com uma estrutura conhecida aqui.

Atom Probe tomografias no Cu (In, Ga) Sé<sub&gt; 2</sub&gt; Contornos de grão

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

atom-probe-tomography-studies-on-the-cuingase2-grain-boundaries

Research

JoVE Journal

Engineering

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

12.6K visualizações.  Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH. Neste trabalho, nós descrevemos o uso da técnica de tomografia por sonda átomo para estudar os limites dos grãos da camada de absorção de uma célula solar de CIGS. Também é apresentada uma nova abordagem para preparar as pontas das sondas que contêm o átomo de limite de grão desejado, com uma estrutura conhecida aqui.

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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.

-Sonda de varredura único elétron Espectroscopia de capacitância

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

Engenharia

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.

A medição da pressão de superfície instável Usando um microfone sonda remota

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.

Citometria de Fluxo de Imagem Microfluídica por Microscopia Óptica de Tempo-estiramento com detecção assimétrica (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 Monitoramento da degradação desempenho acelerado de células solares e módulos: um estudo de caso de Cu (In, Ga) Se2 células solares

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.

Fabricação de nanoestruturas magnéticas nas membranas de nitreto de silício para estudos de vórtice magnético utilizando técnicas de microscopia de transmissão

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.

Fabricação do contato de nanoscale robusto entre um elétrodo de nanowire de prata e a camada do amortecedor dos CdS em células solares do fino-filme do se2 de UC (em, GA)

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.

Visualização da falha e do comportamento mecânico da escala de grãos associado de solos granulares cisalhamento usando microtomografia de raios X de síncrotron

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.

Melhorando o desempenho de combustão de um motor de foguete híbrido usando um novo grão de combustível com uma estrutura helicoidal aninhada

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.

Co-localização Kelvin Sonbe Force Microscopy com outras microscopias e espectroscopias: aplicações selecionadas na caracterização de corrosão de ligas

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.