Name: x-ray beam induced current measurements for multi-modal x-ray microscopy of solar cells
Uploaded: 2019-08-20T15:00:00
Duration: 10 s
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हम बहुत जे Garreveet, एम Seyrich, ए Schropp, डी Br$ckner, जे Hagemann, के Spiers, और टी Boese Deutes Elektronen-Synchrotron (DESY) और ए कोल्डिट्ज, जे Siebels, जे Flgge, के लिए T. पेट्रा III, DESY में बीमलाइन P06 पर माप का समर्थन; एम होल्ट, जेड कै, एम चेरुकारा, और एएनएल में उन्नत फोटॉन स्रोत (एपीएस) में बीमलाइन 26-आईडी-सी पर माप का समर्थन करने के लिए आर्गन नेशनल लेबोरेटरी (एएनएल) से वी गुलाब; डी सॉलोमन और आर Tucoulou यूरोपीय Synchrotron विकिरण सुविधा से (ESRF) ESRF पर बीमलाइन ID16B पर माप का समर्थन करने के लिए; आर Farshchi, डी Poplavkyy, और मियासोल हाई-टेक कॉर्प से जे बेली, और ई. Avancini, वाई Romanyuk, एस Bcheler, और ए. तिवारी से स्विस संघीय प्रयोगशालाओं से सामग्री विज्ञान और प्रौद्योगिकी (EMPA) सौर कोशिकाओं को उपलब्ध कराने के लिए. हम स्वीकार करते हैं DESY (हैम्बर्ग, जर्मनी), helmholtz एसोसिएशन HGF के एक सदस्य, प्रयोगात्मक सुविधाओं के प्रावधान के लिए. हम सिंक्रोट्रॉन विकिरण सुविधाओं के प्रावधान के लिए यूरोपीय Synchrotron विकिरण सुविधा (ग्रेनोबल, फ्रांस) स्वीकार करते हैं। इस शोध में उन्नत फोटॉन स्रोत के संसाधनों का उपयोग किया गया, जो अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) विज्ञान प्रयोक्ता सुविधा का कार्यालय है जो अनुबंध संख्या के तहत आर्गन राष्ट्रीय प्रयोगशाला द्वारा विज्ञान के डीओई कार्यालय के लिए संचालित है। डे-AC02-06CH11357.

लेखकों को खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

एक ऐसी दुनिया में जहां विद्युत ऊर्जा की मांग लगातार बढ़ रही है, एक स्वच्छ और टिकाऊ ऊर्जा स्रोत तेजी से आवश्यक है. इन मांगों से निपटने की एक संभावना फोटोवोल्टिक (पीवी ) प्रणाली1,2,3है . अगली पीढ़ी की सौर कोशिकाओं के विकास के लिए यह समझना आवश्यक है कि सौर कोशिकाओं की संरचना और संरचना उनके प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करतीहै। सौर सेल के विकास में विशिष्ट प्रश्नों में शामिल हैं: किस प्रकार के दोष सबसे हानिकारक हैं, और वे5,6कहां स्थित हैं? क्या मौलिक वितरण में असमांगता है , और उनका प्रभाव7,8,9क्या है ? कैसे सौर कोशिकाओं मॉड्यूल विधानसभा और उम्र बढ़ने पर परिवर्तन10,11?
के रूप में एक सौर सेल केवल अपने सबसे कमजोर भाग के रूप में के रूप में अच्छा है, यह विशेष रूप से बहुक्रिस्टलीय सौर कोशिकाओं में प्रदर्शन पर compositional और संरचनात्मक भिन्नता के प्रभाव को समझने के लिए महत्वपूर्ण है कि inhomogeneities7से स्वाभाविक पीड़ित, 8.यह पतली फिल्म (टीएफ) सौर कोशिकाओं के लिए विशेष रूप से सच है, जिसमें माइक्रोमीटर रेंज में क्रिस्टलीय आकार के साथ अवशोषक परतें होती हैं। यहाँ, प्रदर्शन पर अनाज सीमाओं का प्रभाव उच्चतम ब्याज की है, लेकिन उनके छोटे आकार और तथ्य यह है कि वे एक पूरी परत ढेर में दफन कर रहे हैं अद्वितीय विशेषता चुनौतियों मुद्रा. इसके अलावा, सह-मौजूदा चरणों और आंतरिक ग्रेडिएंट्स के साथ बहु-घटक अवशोषक परतों के जटिल रसायन को परिष्कृत लक्षणीकरण विधियों12की आवश्यकता होती है।
Synchrotron आधारित हार्ड एक्स-रे माइक्रोस्कोप TF सौर कोशिकाओं की विशेषता चुनौतियों को पूरा करने में सक्षम हैं: वे एक्स-रे स्थान आकार प्रदान करने के लिए नीचे नैनोमीटर पैमाने13,14,15,16 और हार्ड एक्स-रे की प्रवेश गहराई दफन अवशोषक परतों सहित विभिन्न डिवाइस परतों17की जांच करने के लिए अनुमति देता है। एक स्कैनिंग एक्स-रे माइक्रोस्कोप पर विभिन्न माप तकनीकों के धन के साथ, यह एक साथ न सिर्फ एक अध्ययन करने के लिए संभव हो जाता है, लेकिन बहु मॉडल माप के भीतर सौर कोशिकाओं के कई अलग अलग पहलुओं और मनाया विशेषताओं सहसंबंधित करने के लिए. उदाहरण के लिए, एक्स-रे बीम प्रेरित वर्तमान (XBIC) माप सफलतापूर्वक एक्स-रे फ्लोरोसेंट (XRF)7,18,19, एक्स-रे उत्साहित ऑप्टिकल luminscence (XEOL)20के साथ संयुक्त किया गयाहै, 21, और एक्स-रे विवर्तन (XRD)22 क्रमशः23संरचना, ऑप्टिकल प्रदर्शन, और संरचना के साथ विद्युत प्रदर्शन सहसंबंधित करने के लिए।
परीक्षण के तहत सौर कोशिकाओं या अन्य उपकरणों के XBIC माप के दौरान (DUT)24,25, घटना एक्स-रे फोटॉनों इलेक्ट्रॉनों और फोटॉनों से मिलकर कण बौछार बंद सेट, प्रति उत्साहित इलेक्ट्रॉन छेद जोड़े की एक भीड़ में जिसके परिणामस्वरूप अर्धचालक अवशोषक सामग्री में घटना एक्स-रे फोटॉन। अंत में, इलेक्ट्रॉन छेद जोड़े सौर सेल अवशोषक के बैंड किनारों के लिए थर्मल. इसलिए, इन एक्स-रे उत्तेजित प्रभारी वाहक चार्ज वाहक है कि बस सामान्य सौर सेल आपरेशन के दौरान bandgap के ऊपर ऊर्जा के साथ फोटॉनों के अवशोषण से उत्पन्न कर रहे हैं की तरह इलाज किया जा सकता है, और जिसके परिणामस्वरूप वर्तमान या वोल्टेज एक्स-रे के रूप में मापा जा सकता है किरण प्रेरित धारा23,26,27 या वोल्टेज (XBIV)28,29 इलेक्ट्रॉन बीम प्रेरित धारा (EBIC) या लेजर बीम प्रेरित वर्तमान (LBIC) की तरह अधिक आम माप के समान. नतीजतन, XBIC/XBIV संकेत न केवल अवशोषक परत की मोटाई पर निर्भर करता है, बल्कि डीयूटी के इलेक्ट्रिक प्रदर्शन पर भी, दोनों सूक्ष्म और स्थूल स्तर पर, स्थानीय बैंडगैप, Fermi-स्तर विभाजन, और पुनर्संयोजन सहित। इस प्रकार, हम आवेश-वाहक संग्रह दक्षता की स्थानीय विविधताओं को मैप करने में सक्षम हैं, जिसे इस संभावना के रूप में परिभाषित किया गया है कि अवशोषक परत में बाह्य उत्तेजित इलेक्ट्रॉन-होल युग्म डयूटी के विद्युत संपर्कों में एकत्र किया जाता है।
ध्यान दें कि केवल इलेक्ट्रॉन छेद जोड़े जो DUT के अवशोषक परत में उत्पन्न होते हैं XBIC/XBIV संकेत करने के लिए योगदान करते हैं। चार्ज वाहक धातु संपर्क या सब्सट्रेट के रूप में अन्य परतों में उत्पन्न तुरंत reombine जाएगा, के रूप में वे जंक्शन द्वारा अलग होने की कोई संभावना नहीं है. इसलिए, अन्य परतें केवल द्वितीयक प्रभावों जैसे परजीवी एक्स-रे अवशोषण या द्वितीयक फोटॉनों और इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के माध्यम से XBIC/XBIV माप को प्रभावित करती हैं जिन्हें अवशोषक परत में पुनः अवशोषित किया जा सकता है। इसके विपरीत, सभी परतों संभावित XRF संकेत करने के लिए योगदान.
यह देखते हुए कि XBIC और XBIV संकेत छोटे हो सकते हैं (अक्सर, उप-picoampere और नैनोवोल्ट रेंज में बदलाव ब्याज के हैं), संकेत आसानी से शोर में दफन कर रहे हैं. इसलिए, हम लॉक-इन प्रवर्धन का उपयोग करने के लिए XBIC और XBIV संकेतों को निकालने का सुझाव दिया30. इस प्रयोजन के लिए आने वाली एक्स-रे बीम को ऑप्टिकल हैलीकॉप्टर द्वारा संग्राहकित किया जाता है जैसा कि चित्र 1में दर्शाया गया है। इस मॉडुलन DUT द्वारा उत्पादित संकेत करने के लिए किया जाता है. इससे पहले कि संकेत लॉक-इन एम्पलीफायर (LIA) में खिलाया जाता है, एक पूर्व एम्पलीफायर (पीए) आम तौर पर एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर की सीमा के साथ कच्चे संकेत तीव्रता से मेल करने के लिए प्रयोग किया जाता है डिजिटल LIA के इनपुट पर. LIA संदर्भ संकेत के साथ संग्राहक माप संकेत घोला जा सकता है. एक कम पास फिल्टर को रोजगार से, केवल आवृत्तियों संदर्भ संकेत के करीब के माध्यम से पारित कर रहे हैं और31प्रवर्धित. यह एक शोर पृष्ठभूमि से XBIC या XBIV संकेत के एक प्रभावी निष्कर्षण के लिए अनुमति देता है.
प्रोटोकॉल में, हम कच्चे संकेत (प्रत्यक्ष वर्तमान, डीसी) और संग्राहक संकेत (वैकल्पिक वर्तमान, एसी) सहित सफल XBIC माप लेने के लिए आवश्यक आवश्यकताएँ और गतियाँ परिचय. तकनीकी विवरण का वर्णन करने के अलावा, हम PETRA III13में बीमलाइन P06 पर बहु-मोडल माप के संदर्भ में एक XBIC सेटअप पर चर्चा करते हैं। कृपया ध्यान दें कि, सबसे प्रयोगशाला प्रयोगों की तुलना में, हार्ड एक्स-रे नैनोप्रोब ्स ्ड में हच के वातावरण के लिए विशेष योजना और विचार की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से, नैनोमीटर पैमाने पर संकल्प के साथ बहु-मोडल माप विशिष्ट बाधाओं की एक किस्म के साथ प्रयोगात्मक चुनौती। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनिक शोर अक्सर piezo से महान आयाम के साथ मौजूद है चालित मोटर्स और अन्य उपकरणों, इस तरह डिटेक्टरों की बिजली की आपूर्ति के रूप में. इसके अलावा, उपकरणों और डिटेक्टरों की एक भीड़ एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप और न ही कंपन inducing बिना अनुकूलित ज्यामिति पर व्यवस्था की जरूरत है. चित्रा 1 XRF और छोटे / चौड़े कोण एक्स-रे प्रकीर्णन (SAXS/WAXS) माप के साथ संयोजन में XBIC माप के लिए एक विशिष्ट सेटअप दर्शाया गया है.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:728px;" width="728">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">BNC cabling and connectors</td>
			<td style="width:134px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:172px;">From generall cable suppliers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Chopper blade</td>
			<td style="width:134px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:123px;">MC1F10HP</td>
			<td>Apart from technical compatibility of the chopper wheel with the chopper system, it should be checked that the chopper blade sufficiently blocks the X-ray beam.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Conductive silver paint</td>
			<td style="width:134px;">Conrad</td>
			<td style="width:123px;">530042</td>
			<td>Alternative products can be obtained from Pelco and others</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Copper wires</td>
			<td style="width:134px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>From cable suppliers for contacting of the solar cell</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Current Preamplifier</td>
			<td style="width:134px;">Standford</td>
			<td style="width:123px;">SR570</td>
			<td>Alternatives include the Keithley 487 or 6487 Picoammeter.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Device under test (DUT)</td>
			<td style="width:134px;"></td>
			<td></td>
			<td>Suitable device for XBIC measurements.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Holder with printed circuit board</td>
			<td style="width:134px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Custom design</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Kinematic sample mount</td>
			<td style="width:134px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:123px;">KB25/M</td>
			<td>Optional, allows easy positioning and changing of sample. Alternatives include the M-BK-1A from Newport</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:300px;">Lock-in Amplifier</td>
			<td style="width:134px;">Zurich Instruments</td>
			<td style="width:123px;">UHFLI or MFLI</td>
			<td>Whereas the MFLI has current preamplifiers included, the UHFLI requires an external current preamplifier but offers more options. Therefore, the UHFLI was used for the presented experiment.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:300px;">Measurement control/data acquisition unit</td>
			<td style="width:134px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Available at different synchrotrons.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Optical Chopper</td>
			<td style="width:134px;">Thorlabs</td>
			<td>MC2000B(-EC)</td>
			<td>Alternatives include the choppers SR540 from Stanford Research Systems, or model 3502 from Newport.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Polyimide tape</td>
			<td style="width:134px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Rolls with different widths and thicknesses are available</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">X-ray source</td>
			<td style="width:134px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Available at different synchrotrons</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

x-ray beam induced current measurements for multi-modal x-ray microscopy of solar cells

एक्स-रे बीम प्रेरित वर्तमान (XBIC) माप ऐसे सौर कोशिकाओं के रूप में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के नैनोस्केल प्रदर्शन की मानचित्रण की अनुमति देते हैं। आदर्श रूप में, XBIC एक बहु मॉडल एक्स-रे माइक्रोस्कोपी दृष्टिकोण के भीतर अन्य तकनीकों के साथ एक साथ कार्यरत है। एक उदाहरण यहाँ XBIC एक्स-रे फ्लोरोसेंट के साथ संयोजन के लिए रासायनिक संरचना के साथ बिजली के प्रदर्शन के बिंदु दर बिंदु सहसंबंध सक्षम करने के लिए दिया गया है. XBIC माप में उच्चतम संकेत करने के लिए शोर अनुपात के लिए, लॉक-इन प्रवर्धन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इस दृष्टिकोण से, एक्स-रे बीम नमूने के ऊपर एक ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर द्वारा संग्राहक है। मॉडुलित एक्स-रे बीम प्रेरित विद्युत संकेत प्रवर्धित है और एक लॉक-इन एम्पलीफायर का उपयोग कर हेलिकॉप्टर आवृत्ति के लिए demodulated है। कम पास फिल्टर सेटिंग्स, मॉडुलन आवृत्ति, और प्रवर्धन प्रवर्धन का अनुकूलन करके, शोर कुशलतापूर्वक एक स्पष्ट XBIC संकेत की निकासी के लिए दबा दिया जा सकता है. इसी तरह के सेटअप एक्स-रे बीम प्रेरित वोल्टेज (XBIV) को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। मानक XBIC/XBIV माप के अलावा, XBIC को पूर्वाग्रह प्रकाश या पूर्वाग्रह वोल्टेज के साथ मापा जा सकता है ताकि सौर कोशिकाओं के बाहरी कार्य स्थितियों को इन-सीटू और ऑपेरान्डो माप के दौरान पुनरुत्पादित किया जा सके। अंततः, नैनोस्केल पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के बहु-मोडल और बहु-आयामी मूल्यांकन संरचना, संरचना, और प्रदर्शन के बीच जटिल निर्भरता में नई अंतर्दृष्टि सक्षम बनाता है, जो सामग्री को हल करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है' मिसाल.

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X-ray Beam Induced Current Measurements for Multi-Modal X-ray Microscopy of Solar Cells

एक्स-रे बीम के लिए एक सेटअप synchron बीमलाइन्स पर वर्तमान माप प्रेरित वर्णित है. यह सौर कोशिकाओं के नैनोस्केल प्रदर्शन का खुलासा करता है और बहु-मोडल एक्स-रे माइक्रोस्कोपी के लिए तकनीकों के सूट का विस्तार करता है। तारों से संकेत करने के लिए शोर अनुकूलन करने के लिए, यह एक हार्ड एक्स-रे microprobe पर राज्य के अत्याधुनिक XBIC माप प्रदर्शन करने के लिए कैसे दिखाया गया है।

सौर कोशिकाओं की मल्टी-मोडल एक्स-रे माइक्रोस्कोपी के लिए एक्स-रे बीम प्रेरित वर्तमान माप

X-ray beam induced current (XBIC) measurements allow mapping of&#160;the nanoscale performance of electronic devices such as solar cells. Ideally, XBIC is ...

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