应用共聚焦拉曼成像帮助分析硅太阳能电池的应力场，了解染料太阳能电池材料的依赖性特性

光伏器件的研发主要集中在提高太阳能电池的转换效率或改进生产工艺上。深入了解微纳米结构以及化学性质是实现进一步改进的关键。

对于这些研究，共焦拉曼成像是一种有价值的工具，因为它不仅提供光学信息，而且是与结晶度，化学化合物和材料应力的3D分布有关的数据。本文讨论了共聚焦拉曼成像的使用，分析了Si太阳能电池激光钻孔周围的应力场，并研究了染料太阳能电池的浓度依赖性。

硅太阳能电池激光钻孔周围的应力场

图1显示了硅基太阳能电池的典型配置。用于放电的触点通常放置在p和n掺杂材料的顶部。然而，在这个位置，触点阻挡了一定量的阳光，这反过来又降低了效率。因此，它们现在被放置在太阳能电池的底部，用激光在电池上钻孔。然而，钻孔过程会触发硅太阳能电池孔周围的应变，导致效率下降。

图1。典型的太阳能电池安装(样本由弗劳恩霍夫太阳能系统研究所ISE提供)。

本文分析了降低压力的两种方法：

1.降低钻孔用激光功率

• 20%钻力，重复20次
• 100%钻力，重复9次。

2.钻探过程后蚀刻晶片：

• 没有腐蚀
• KOH蚀刻一分钟
• KOH蚀刻两分钟
• 用koh蚀刻四分钟
• 用koh蚀刻六分钟。

用共焦拉曼成像测量了硅上孔周围的钻孔过程所引起的应变Witec Alpha700系统配备532nm励磁激光器和100倍的空气目标（NA 0.9）。

将散射光引导到Witec UHTS 300光谱仪中，使用50μm芯直径多模光纤，其也用作共聚焦检测的针孔。光谱仪与1800凹槽/ MM光栅连接和后照射CCD相机。积分时间为23ms /频谱和150x150像素（= 22500光谱），面积为35x35μm。每张图像的总收集时间低于10分钟。

一些孔洞显示出硅在晶圆表面的飞溅，在这些结构上造成了如图2所示的更高的一级硅峰，其中硅峰的积分强度在每个像素上被计算出来，并显示为图像。然而，这些区域并没有被用于应变测量，而是选择了周围看起来比较光滑的孔(图3)。

图2。Si溅到孔外的表面(右下)。图中是一阶硅峰的积分强度。

图3。Si上典型扫描区域(红框)的视频图像。在右下角可以看到这个洞。

对于每张图像，使用洛伦兹曲线拟合一阶Si峰，以评估准确的峰位置(图4)。从这些图像中提取截面，并将其绘制为相对峰位置(rel1 /cm)与距离(图5和6)。

图4。Si从外部到孔的典型应力图(右下)。沿指示的截面(灰线)计算应力场的径向变化。

图5显示了不同蚀刻工艺和全打孔功率下样品的结果，不同颜色标注:未蚀刻(红色);蚀刻1分钟(蓝色);2分钟蚀刻(绿色);4分钟蚀刻(黑色);蚀刻6分钟(洋红色)。图6勾画出了仅用电钻钻出的样品的结果，但与图5中使用的颜色编码相同。

图5。各种样品的横截面，具有100％激光功率。

图5显示了没有蚀刻的样品和仅蚀刻的样品仅在孔到达孔的边缘之前表现出透明峰值位置。但是，其他样本不显示这一滴。图6还显示了相同的信息。此外，图表表明软钻井过程最小化了远到达应力场，如线的斜率所示。两个图表表明，2分钟的蚀刻过程足够。

图6。各种样品的横截面以20％激光功率钻孔。

染料太阳能电池的浓度依赖性特性分析

准备检测阵列以观察染料的分布（附着在TiO上₂）并且为了估计染料基础太阳能电池中的碘化物，如图7所示，其中碘的浓度从左到右变为600％，200％，100％，50％，0％。在细胞顶部的透明部分中没有染料存在。

图7。染料太阳能电池样品的图像（Sample Soundy Solare Energy Systems ISE的弗劳霍博学院）。

起初,单一光谱(10累积2 s积分时间)从地区没有获得染料(通过3毫米玻璃)评估的变化造成的光谱碘离子浓度的变化(图8)。碘化相关峰值(附近110 rel.1 /厘米)与碘离子浓度上升。然而，离子液体中碘离子的存在在0%时产生一个显著的峰值。

图8。作为碘浓度的函数的光谱的变化：Red = 0％;绿松石= 50％;黑色= 100％;绿色= 200％;蓝色= 600％。

第二步是通过3mm玻璃成像透明区域和含染料区域之间的边界区域。图像采用50X物镜(NA 0.5)， 80 × 80像素(=6400光谱)，扫描范围为50 × 50 μ m。采用532nm NdYag激光器进行激发。图9描述了生成的光谱，图10显示了指纹区域的放大视图。

图9。在染料太阳能电池的边缘区域发现了典型的拉曼光谱。

图10。如图9所示的光谱缩放。

图11描绘了与表示每个频谱主要被发现的颜色的相应的共聚焦拉曼图像。紫色区域代表蓝色和红色光谱的混合物。与光谱相结合的图像表示离子液体加上绿色区域中的ACN（绿色光谱）。

图11。染料太阳能电池边界区域的拉曼图像。

在标准染料太阳能电池中填充的区域(图7中较暗的区域和图11中的紫色区域)显示了相当低的绿色光谱信号，但红色和蓝色光谱的混合信号更强。蓝色光谱显示了染料在1500雷尔1/cm附近的特征峰，在155雷尔1/cm附近的强峰和在165雷尔1/cm附近的特征峰。

结论

结果清楚地证明了使用的好处共焦拉曼成像分析硅太阳能电池激光钻孔周围的应力场，研究染料太阳能电池的浓度依赖特性。

此信息已采购，审核和调整Witec GmbH提供的材料。亚博网站下载

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