Analisi delle celle solari - Applicazioni di microscopia elettronica a scansione (SEM).

August 16, 2022

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.

applicazioni-sem-analisi-cellule-solari-1

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.

percorso luminoso-applicazioni-sem-per-l'analisi-delle-cellule-solari

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 campione inclinato a 45°

Tavolo portacampioni inclinato a 30°

Tavolo portacampioni inclinato a 30°

Campione posizionato orizzontalmente

Campione posizionato orizzontalmente.jpg

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.

prodotti correlati

field emission scanning electron microscope fe sem

FESEM | SEM4000Pro

Analitico Schottky Microscopio elettronico a scansione a emissione di campo (FESEM) CIQTEK SEM4000Pro È un modello FE-SEM analitico dotato di un cannone elettronico a emissione di campo Schottky ad alta luminosità e lunga durata. Il suo design a lente elettromagnetica a tre stadi offre vantaggi significativi in applicazioni analitiche come EDS/EDX, EBSD, WDS e altre ancora. Il modello è dotato di serie di una modalità a basso vuoto e di un rivelatore di elettroni secondari a basso vuoto ad alte prestazioni, nonché di un rivelatore di elettroni retrodiffusi retrattile, che agevola l'osservazione di campioni scarsamente conduttivi o non conduttivi.

Saperne di più

FESEM | SEM4000X

Stabile, versatile, flessibile ed efficiente IL CIQTEK SEM4000X è stabile, versatile, flessibile ed efficiente microscopio elettronico a scansione a emissione di campo (FE-SEM) Raggiunge una risoluzione di 1,9 nm a 1,0 kV e affronta facilmente le sfide dell'imaging ad alta risoluzione per vari tipi di campioni. Può essere aggiornato con una modalità di decelerazione ultra-fascio per migliorare ulteriormente la risoluzione a bassa tensione. Il microscopio utilizza la tecnologia multi-detector, con un rivelatore di elettroni (UD) in colonna in grado di rilevare segnali SE e BSE garantendo al contempo prestazioni ad alta risoluzione. Il rivelatore di elettroni (LD) montato nella camera incorpora scintillatori a cristallo e tubi fotomoltiplicatori, offrendo maggiore sensibilità ed efficienza, con conseguente produzione di immagini stereoscopiche di qualità eccellente. L'interfaccia utente grafica è intuitiva e dotata di funzioni di automazione come luminosità e contrasto automatici, messa a fuoco automatica, stigmatizzatore automatico e allineamento automatico, consentendo l'acquisizione rapida di immagini ad altissima risoluzione.

Saperne di più

Microscopio elettronico a scansione a emissione di campo | SEM5000

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.

Saperne di più

Microscopio elettronico a scansione a emissione di campo | SEM5000

Saperne di più

FESEM | SEM4000X

Saperne di più

field emission scanning electron microscopy

FESEM | SEM5000Pro

Alta risoluzione a bassa eccitazione IL CIQTEK SEM5000Pro è un Schottky ad alta risoluzione microscopio elettronico a scansione a emissione di campo (FE-SEM) Specializzato in alta risoluzione anche a bassa tensione di eccitazione. L'impiego di un'avanzata tecnologia di ottica elettronica "Super-Tunnel" consente un percorso del fascio senza incroci e un design di lenti composte elettrostatico-elettromagnetiche. Questi progressi riducono l'effetto di carica spaziale, minimizzano le aberrazioni delle lenti, migliorano la risoluzione delle immagini a bassa tensione e raggiungono una risoluzione di 1,2 nm a 1 kV, che consente l'osservazione diretta di campioni non conduttivi o semiconduttivi, riducendo efficacemente i danni causati dall'irradiazione del campione.

Saperne di più

SEM ad alta velocità | HEM6000

Ad alta velocità Emissione di campo completamente automatizzata Microscopio elettronico a scansione Postazione di lavoro CIQTEK HEM6000 tecnologie delle strutture quali il cannone elettronico a corrente a fascio largo ad alta luminosità, il sistema di deflessione del fascio elettronico ad alta velocità, la decelerazione dello stadio di campionamento ad alta tensione, l'asse ottico dinamico e l'obiettivo combinato elettromagnetico ed elettrostatico a immersione per ottenere un'acquisizione di immagini ad alta velocità garantendo al contempo una risoluzione su scala nanometrica. Il processo di funzionamento automatizzato è progettato per applicazioni come un flusso di lavoro di imaging ad alta risoluzione su ampie aree più efficiente e intelligente. La sua velocità di imaging è oltre cinque volte superiore a quella di un microscopio elettronico a scansione a emissione di campo convenzionale (FESEM).

Saperne di più

Filamento di tungsteno SEM | SEM3200

Filamento di tungsteno universale e ad alte prestazioni per SEM Microscopio IL Microscopio SEM CIQTEK SEM3200 è un eccellente microscopio elettronico a scansione (SEM) a filamento di tungsteno per uso generale con eccezionali capacità complessive. La sua esclusiva struttura a cannone elettronico a doppio anodo garantisce un'elevata risoluzione e migliora il rapporto segnale/rumore dell'immagine a basse tensioni di eccitazione. Inoltre, offre un'ampia gamma di accessori opzionali, rendendo il SEM3200 uno strumento analitico versatile con eccellenti possibilità di espansione.

Saperne di più

Filamento di tungsteno SEM | SEM3300

Risoluzione ultra elevata Microscopio elettronico a scansione a filamento di tungsteno IL CIQTEK SEM3300 Microscopio elettronico a scansione (SEM) Incorpora tecnologie come l'ottica elettronica "Super-Tunnel", i rivelatori di elettroni a lente e l'obiettivo composto elettrostatico ed elettromagnetico. Applicando queste tecnologie al microscopio a filamento di tungsteno, si supera il limite di risoluzione di lunga data di questo tipo di microscopio elettronico a scansione (SEM), consentendo al SEM a filamento di tungsteno di eseguire analisi a bassa tensione precedentemente ottenibili solo con i SEM a emissione di campo.

Saperne di più

FIB-SEM | DB550

Microscopio elettronico a scansione a emissione di campo con fascio ionico focalizzato Ga+ IL Microscopio elettronico a scansione a fascio ionico focalizzato (FIB-SEM) CIQTEK DB550 Dispone di una colonna a fascio ionico focalizzato per nanoanalisi e preparazione di campioni. Utilizza la tecnologia ottica elettronica "super tunnel", bassa aberrazione e un design dell'obiettivo non magnetico, e dispone della funzione "bassa tensione, alta risoluzione" per garantire le sue capacità analitiche su scala nanometrica. Le colonne ioniche consentono l'utilizzo di una sorgente di ioni metallici liquidi Ga+ con fasci ionici altamente stabili e di alta qualità per garantire capacità di nanofabbricazione. Il DB550 è una workstation all-in-one per l'analisi e la fabbricazione di nanoparticelle, dotata di un nanomanipolatore integrato, un sistema di iniezione di gas e un software con interfaccia grafica intuitiva.

Saperne di più

FESEM ad altissima risoluzione | SEM5000X

Microscopia elettronica a scansione a emissione di campo ad altissima risoluzione (FESEM) IL CIQTEK SEM5000X è un FESEM ad altissima risoluzione con un design ottimizzato della colonna ottica elettronica, che riduce le aberrazioni complessive del 30% e raggiunge una risoluzione ultraelevata di 0,6 nm a 15 kV e 1,0 nm a 1 kV. La sua elevata risoluzione e stabilità lo rendono vantaggioso nella ricerca avanzata sui materiali nanostrutturali, nonché nello sviluppo e nella produzione di chip IC semiconduttori a nodo ad alta tecnologia.

Saperne di più

Emissione di campo TEM | TH-F120

Microscopio elettronico a trasmissione a emissione di campo (TEM) da 120 kV 1. Spazi di lavoro divisi: Gli utenti utilizzano TEM in una stanza divisa con comodità riducendo le interferenze ambientali al TEM. 2. Elevata efficienza operativa: Il software designato integra processi altamente automatizzati, consentendo un'interazione TEM efficiente con il monitoraggio in tempo reale. 3. Esperienza operativa migliorata: Dotato di un cannone elettronico a emissione di campo con un sistema altamente automatizzato. 4. Elevata espandibilità: Sono presenti interfacce sufficienti riservate agli utenti per l'aggiornamento a una configurazione superiore, che soddisfa diversi requisiti applicativi.

Saperne di più

Applicazioni