Charakterizace a izolace defektů monokrystalických křemíkových solárních článků na mikroskopické úrovni

Abstract

Během výroby monokrystalických solárních článků dochází k nechtěné tvorbě defektů a nedokonalostí na mikrostrukturální úrovni. I přes malé rozměry mohou mít tyto nedokonalosti zásadní vliv na chování celého solárního článku. Lokalizace a následná izolace defektů na mikroskopické úrovni je hlavní náplní této práce. Článek je rozdělen na 2 části. První část popisuje použité detekční a lokalizační metody, které zahrnují měření voltampérových (VA) charakteristik, skenovací mikroskopie v blízkém poli (SNOM), skenovací elektronová mikroskopie (SEM) a elektroluminiscence (EL). Druhá část práce se zabývá izolací defektu od okolní struktury odprašováním materiálu za pomocí fokusovaného svazku iontů (FIB). Detekce defektů je v prvním kroku realizována změřením VA charakteristiky v závěrném směru. K lokalizaci defektní oblasti je využito faktu, že po připojení závěrného napětí se začne generovat záření, jehož vlnová délka je z části i ve viditelném spektru, a tedy je možné ho zachytit i lidským okem. Po hrubém odhadu místa defektní oblasti je použit SNOM v kombinaci s fotonásobičem, který dokáže poskytnout přesnou polohu defektu na mikroskopické úrovni. Izolace povrchového defektu je provedena odprašováním materiálu fokusovaným svazkem iontů galia uvnitř dual-beam systému (FIB-SEM) Tescan LYRA3. Izolováním povrchového defektu je možné zamezit protékání svodového proudu skrz něj a tím zlepšit vlastnosti solárního článku. V případě zkoumaného vzorku došlo ke snížení svodového proudu v závěrném směru přibližně o 2 řády po odizolování defektu.Abstract: Microstructural defects and imperfections may appear in the course of solar cell fabrication. These defects could have impact on the parameters of whole solar cell. The aim of this paper is focused on localization and isolation of microstructural defects. A paper is divided into two main parts. The first part describes used detection and localization methods including: current-voltage measurement, near-field optical microscopy (SNOM), scanning electron microscopy (SEM) and electroluminescence (EL). Next part of the research paper deals with the defect isolation by focused ion (FIB) milling. Defect detection is performed by current-voltage measurement on reverse-biased sample. To locate defective area, the fact that several defects emits a light in visible part of spectrum while the sample is in reverse-biased condition is used. This emission can be seen by human eye after voltage reach breakdown threshold. Macroscale localization provides approximate spot for microscale localization by SNOM combined with photomultiplier, which is also done in reverse-biased conditions. Defect isolation is done by dual-beam system (FIB-SEM) Tescan LYRA3, it uses gallium ions for milling and cutting. Isolation around the defect forms a barrier to prevent leakage current flow through the defect. This modification of the solar cell surface improves its parameters. Leakage current decreases by 2 orders on presented solar cell sample.