Analisi delle celle solari - Applicazioni di microscopia elettronica a scansione (SEM).
Recentemente, i prezzi globali del petrolio sono aumentati notevolmente e il settore delle energie rinnovabili, rappresentato dalla produzione di energia solare fotovoltaica (PV), ha ricevuto ampia attenzione. In quanto componente centrale della produzione di energia fotovoltaica, le prospettive di sviluppo e il valore di mercato delle celle solari fotovoltaiche sono al centro dell'attenzione. Nel mercato globale delle batterie, le celle fotovoltaiche rappresentano circa il 27%[1]. Il microscopio elettronico a scansione svolge un ruolo importante nel migliorare il processo di produzione e la relativa ricerca delle celle fotovoltaiche.
La cella fotovoltaica è un sottile foglio di semiconduttore optoelettronico che converte l'energia solare direttamente in energia elettrica. Le attuali celle fotovoltaiche commerciali prodotte in serie sono principalmente celle in silicio, che si dividono in celle in silicio monocristallino, celle in silicio policristallino e celle in silicio amorfo.
Metodi di testurizzazione superficiale per il miglioramento dell'efficienza delle celle solari
Nell'attuale processo di produzione delle celle fotovoltaiche, al fine di migliorare ulteriormente l'efficienza di conversione energetica, sulla superficie della cella viene solitamente realizzata una speciale struttura testurizzata e tali celle sono chiamate celle "non riflettenti". Nello specifico, la struttura strutturata sulla superficie di queste celle solari migliora l'assorbimento della luce aumentando il numero di riflessioni della luce irradiata sulla superficie del wafer di silicio, il che non solo riduce la riflettività della superficie, ma crea anche trappole di luce all'interno della cella, aumentando così in modo significativo l’efficienza di conversione delle celle solari, il che è importante per migliorare l’efficienza e ridurre il costo delle celle fotovoltaiche in silicio esistenti[2].
Confronto tra superficie piana e superficie con struttura piramidale
Rispetto ad una superficie piana, un wafer di silicio con struttura piramidale ha una maggiore probabilità che la luce riflessa dalla luce incidente agisca nuovamente sulla superficie del wafer anziché riflettersi direttamente nell'aria, aumentando così il numero di luce diffusa e riflesso sulla superficie della struttura, consentendo l'assorbimento di più fotoni e fornendo più coppie elettrone-lacuna.
Percorsi luminosi per diversi angoli di incidenza della luce che colpiscono la struttura piramidale
I metodi comunemente utilizzati per la testurizzazione superficiale includono l'attacco chimico, l'attacco con ioni reattivi, la fotolitografia e la scanalatura meccanica. Tra questi, il metodo dell'attacco chimico è ampiamente utilizzato nel settore a causa del suo basso costo, dell'elevata produttività e del metodo semplice [3] . Per le celle fotovoltaiche in silicio monocristallino, l'attacco anisotropo prodotto dalla soluzione alcalina su diversi strati cristallini di silicio cristallino viene solitamente utilizzato per formare una struttura simile alla formazione "piramidale" che è il risultato dell'anisotropia della soluzione alcalina su diversi strati cristallini di silicio cristallino. La formazione della struttura piramidale è causata dalla reazione anisotropa degli alcali con il silicio [4] . In una certa concentrazione di soluzione alcalina, la velocità di reazione di OH- con la superficie di Si(100) è molte volte o addirittura una dozzina di volte superiore a quella della superficie di Si(111), ed è questa differenza nella velocità di reazione che porta alla formazione della struttura piramidale.
I microscopi elettronici a scansione contribuiscono al miglioramento della qualità delle celle solari
Nel processo di incisione chimica, la concentrazione della soluzione di incisione, la temperatura, il tempo di reazione e altri fattori influenzeranno la preparazione della superficie del vello delle cellule di cristallo di silicio, determinando una diversa riflettività. Utilizzando il microscopio elettronico a scansione di filamenti di tungsteno CIQTEK SEM3100 è possibile osservare efficacemente la dimensione dell'area incisa e la struttura piramidale superficiale durante il processo di fabbricazione.
Grazie ai vantaggi del vano campioni di grande capacità del microscopio elettronico CIQTEK SEM3100, gli utenti possono inserire campioni fino a 370 mm di diametro senza tagliarli e il tavolino portacampioni completamente automatizzato a cinque assi del microscopio elettronico può essere inclinato da -10° a 75 °, consentendo l'osservazione multiangolo di diverse posizioni del campione.
Tavolo campione inclinato a 45°
Tavolo portacampioni inclinato a 30°
Campione posizionato orizzontalmente
La tensione di accelerazione inferiore di 3 ~ 5 kV viene utilizzata per osservare la struttura piramidale superficiale delle celle fotovoltaiche nel microscopio elettronico SEM3100, che può ridurre la profondità di penetrazione del fascio di elettroni sulla superficie del campione e rendere più ricchi i dettagli della superficie osservata e caratterizzare meglio la superficie difetti e forma della struttura, aiutando così gli utenti a confrontare e analizzare i diversi processi di produzione del velluto.
Secondo la ricerca GIR (Global Info Research), il fatturato globale delle apparecchiature per celle solari (PV) sarà pari a circa 44,7 miliardi di dollari nel 2021 e si prevede che raggiungerà i 55,57 miliardi di dollari nel 2028. Tra i tipi di prodotto, il silicio monocristallino continuerà a occupare una posizione posizione importante. Essendo un potente strumento per l'analisi microscopica, CIQTEK SEM3100 sarà un potente strumento per migliorare il processo di produzione delle celle fotovoltaiche e la ricerca correlata.
Riferimenti:
[1]Wu Jiejie, et al. Ricerca e prospettive nel settore delle batterie[J]. Chimica moderna, 2017, 37(9):5.
[2]Li Jiayuan. Studio della superficie del vello delle celle solari [D]. Università della Tecnologia di Dalian, 2009.
[3] Li HL, Zhao L, Diao HW et al. Analisi dei fattori che influenzano la struttura piramidale nella produzione del flusso di silicio monocristallino[J]. Giornale dei cristalli artificiali, 2010, 39(4):5.
[4]Nishimoto Y, Namba K. Indagine sulla testurizzazione per celle solari in silicio cristallino con soluzioni di carbonato di sodio[J]. Materiali per l'energia solare e celle solari, 2000, 61(4):393-402.
CIQTEK SEM5000 è un microscopio elettronico a scansione a emissione di campo con capacità di imaging e analisi ad alta risoluzione, supportato da numerose funzioni, beneficia del design avanzato della colonna ottica elettronica, con tecnologia tunnel del fascio di elettroni ad alta pressione (SuperTunnel), bassa aberrazione e non immersione lente dell'obiettivo, raggiunge immagini ad alta risoluzione a bassa tensione, è anche possibile analizzare il campione magnetico. Con la navigazione ottica, le funzionalità automatizzate, l'interfaccia utente di interazione uomo-computer attentamente progettata e il funzionamento e il processo di utilizzo ottimizzati, non importa se sei un esperto o meno, puoi iniziare rapidamente e completare il lavoro di imaging e analisi ad alta risoluzione.
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Saperne di piùCIQTEK SEM4000 è un microscopio elettronico a scansione a emissione di campo termico analitico dotato di un cannone elettronico a emissione di campo Schottky a lunga durata e ad alta luminosità. Il design della lente magnetica a tre stadi, con corrente del fascio ampia e regolabile in continuo, presenta evidenti vantaggi in EDS, EBSD, WDS e altre applicazioni. Supporta la modalità a basso vuoto, può osservare direttamente la conduttività di campioni deboli o non conduttivi. La modalità di navigazione ottica standard e un'interfaccia operativa intuitiva semplificano il lavoro di analisi.
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Saperne di piùCIQTEK SEM3200 è un microscopio elettronico a scansione di filamenti di tungsteno ad alte prestazioni. Ha eccellenti capacità di qualità dell'immagine sia in modalità ad alto che a basso vuoto. Dispone inoltre di un'ampia profondità di campo con un ambiente intuitivo per la caratterizzazione dei campioni. Inoltre, la ricca scalabilità aiuta gli utenti a esplorare il mondo dell'imaging microscopico.
Saperne di piùCIQTEK DB500 è un microscopio elettronico a scansione a emissione di campo con una colonna a fascio ionico focalizzato per la nanoanalisi e la preparazione dei campioni, che viene applicato con la tecnologia "SuperTunnel", bassa aberrazione e design dell'obiettivo privo di magnetismo, con bassa tensione e alta risoluzione capacità che ne garantisce la capacità analitica su scala nanometrica. La colonna ionica facilita una sorgente ionica di metallo liquido Ga+ con un fascio ionico altamente stabile e di alta qualità per garantire la capacità di nanofabbricazione. DB500 è dotato di un nano-manipolatore integrato, sistema di iniezione del gas, meccanismo elettrico anti-contaminazione per la lente dell'obiettivo e 24 porte di espansione, che lo rendono una piattaforma di nano-analisi e fabbricazione completa con configurazioni complete ed espandibilità.
Saperne di piùCIQTEK SEM5000X è un microscopio elettronico a scansione a emissione di campo (FE-SEM) ad altissima risoluzione con risoluzione rivoluzionaria di 0,6 nm a 15 kV e 1,0 nm a 1 kV. Sfruttando il processo di progettazione della colonna aggiornato, la tecnologia "SuperTunnel" e il design dell'obiettivo ad alta risoluzione, SEM5000X può ottenere ulteriori miglioramenti nella risoluzione dell'immagine a bassa tensione. Le porte della camera dei campioni si estendono fino a 16 e il blocco del carico per lo scambio dei campioni supporta wafer fino a 8 pollici (diametro massimo 208 mm), espandendo notevolmente le applicazioni. copertura. Le modalità di scansione avanzate e le funzioni automatizzate migliorate offrono prestazioni più potenti e un'esperienza ancora più ottimizzata.
Saperne di piùCIQTEK SEM4000Pro è un microscopio elettronico a scansione a emissione di campo analitico dotato di un cannone elettronico a emissione di campo Schottky a lunga durata e ad alta luminosità. Con il design della colonna ottica elettronica del condensatore a tre stadi per correnti del fascio fino a 200 nA, SEM4000Pro offre vantaggi in EDS, EBSD, WDS e altre applicazioni analitiche. Il sistema supporta la modalità a basso vuoto, nonché un rilevatore di elettroni secondari a basso vuoto ad alte prestazioni e un rilevatore di elettroni retrodiffusi retrattile, che possono aiutare a osservare direttamente campioni scarsamente conduttivi o addirittura non conduttivi. La modalità di navigazione ottica standard e un'interfaccia operativa intuitiva semplificano il lavoro di analisi.
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