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

光伏器件的研究和开发主要集中在增加转换效率或改善太阳能电池的生产过程。获得微型和纳米结构以及化学性质的洞察至关重要，以实现进一步的改进。

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。

Si太阳能电池上的激光钻孔周围的应力场

图1显示了基于Si的太阳能电池的典型配置。用于排出的触点通常被放置在P掺杂和N掺杂材料的顶部。然而，在这个位置，触点阻挡了一些数量的阳光，这反过来会降低效率。因此，它们现在通过使用激光钻孔通过细胞钻孔放置在太阳能电池的底部。然而，钻井过程可以触发Si太阳能电池孔周围的应变，从而降低效率。

图1。太阳能电池的典型设置（样本由弗劳恩霍夫 - 太阳能系统研究所提供）。

本文分析了降低压力的两种方法：

1.降低激光功率以使用

• 20％钻孔电源20重复
• 100％钻孔功率9重复。

2.钻探过程后蚀刻晶片：

• 没有蚀刻
• 用koh蚀刻一分钟
• 用koh蚀刻两分钟
• 用koh蚀刻四分钟
• 用koh蚀刻六分钟。

进行共焦拉曼成像测量以评估使用A围绕SI上的孔周围的钻井过程引起的菌株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。

一些孔在晶片表面上展示了Si的飞溅，在图2中描绘了这些结构上的较高的第一阶SI峰值，其中Si峰的集成强度在每个像素处计算并显示为图像。尽管如此，这些区域未被采取应变测量，但选择具有相对光滑的环境的孔（图3）。

图2。将Si飞溅到孔中的表面（右下）。绘制的是一阶SI峰的集成强度。

图3。典型的扫描区域（红色箱子）的视频图象在si。底部右下角可见孔。

对于每个图像，使用Lorentzian曲线来拟合第一阶SI峰来评估精确的峰值位置（图4）。根据这些图像，提取横截面并绘制为相对峰位置（Rel.1 / cm）与距离（图5和6）。

图4。从外部到孔的典型应力图（右下）。沿着指示的横截面（灰线），评估应力场的径向变化。

图5显示了经过不同的蚀刻工艺和全钻孔的样本的结果，具有不同的颜色代码：无蚀刻（红色）;1分钟蚀刻（蓝色）;2分钟蚀刻（绿色）;4分钟蚀刻（黑色）;和6分钟的蚀刻（洋红色）。图6描绘了仅具有电源的样品的结果，但在图5中使用了相同的颜色编码。

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）。

首先，从没有染料的区域（通过3mm玻璃）的区域获取单光谱（10s积分时间），以评估由碘化物浓度的变化引起的光谱的变化（图8）。与碘化物（位于110 Rel.1 / cm附近）的峰具有碘化物浓度上升。然而，离子液体中的碘化碘离子的存在产生的显着峰为0％。

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％。

第二步涉及通过3mm玻璃将透明区域和含有面积的染料之间的边界区域进行成像。使用80x80像素（= 6400光谱）和50×50μm的扫描范围，使用50倍物镜（NA 0.5）捕获图像。施加532NM的Ndyag激光器以激发。所得到的光谱在图9中描绘，图10示出了鉴于手指打印区域的变焦视图。

图9。在染料太阳能电池的边界区域发现的典型拉曼光谱。

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。

如标准染料太阳能电池（图7中的较暗区域和图11中的紫色区域）的区域演示了绿色光谱的相当低的信号，但是红色和蓝色光谱的混合物的较强信号。蓝光谱说明染料附近1500克拉/厘米，近155克/厘米的强烈峰值，近165克/厘米约为165克/厘米的特性峰值。

结论

结果清楚地证明了使用的优点共聚焦拉曼成像分析Si太阳能电池激光钻孔周围的应力场，并研究染料太阳能电池的浓度依赖性。

此信息已采购，审核和调整Witec GmbH提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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