Analysis of Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) Solar Cells with ARL QUANT’X EDXRF Spectrometer

Význam tématu

Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) představuje efektivní materiál pro fotovoltaiku díky přímému pásmu a vysoké absorpci slunečního záření. Ultratenké vrstvy zvyšují účinnost a snižují spotřebu vysoce hodnotných prvků. Nondestruktivní analýza složení a tloušťky vrstev je klíčová pro vývoj a kontrolu kvality CIGS solárních článků.

Cíle a přehled studie / článku

Studie demonstruje využití EDXRF spektrometrie ARL QUANT’X pro rychlé a spolehlivé stanovení složení a tloušťky jednotlivých vrstev CIGS článků. Metoda nevyžaduje destruktivní zásahy do vzorku a umožňuje detailní kvantifikaci více vrstev.

Použitá metodika a instrumentace

• Spektrometrie EDXRF s ARL QUANT’X vybavená Rh rentgenkou (50 W, Be okénko 0,05 mm) a SDD detektorem (30 mm2).
• Devět primárních filtrů a volitelný 10polohový zásobník vzorků pro automatizované měření.
• CCD kamera pro přesné zaměření analýzy na vybrané oblasti solárního článku.
• Excitace 30 kV s Pd tlustým filtrem pro Cu, Ga, Se a 50 kV s Cu tenkým filtrem pro In, Mo. Živý čas měření 30 s na každou podmínku.
• Kvantifikace pomocí FP (fundamentálních parametrů) ve WinTrace software bez nutnosti znalosti počátečních parametrů vrstev.

Hlavní výsledky a diskuse

• Tloušťka CIGS vrstvy ~1,295 µm s opakovatelností RSD ≤ 0,5 %; složení s relativní chybou < 1 % (Ga ~1,5 %).
• Variantní vzorek bez mědi vykázal tloušťku ~1,116 µm a detekci Cu < 0,1 % s obdobnou opakovatelností.
• Nárůst doby měření u režimu 30 kV na 2 minuty by snížil RSD Ga pod 1 %.

Přínosy a praktické využití metody

• Zcela nedestruktivní přístup umožňuje opakované měření na stejném vzorku.
• Rychlost a automatizace podporuje rozsáhlou kontrolu kvality v průmyslu.
• Komplexní kvantifikace až šesti vrstev s libovolným počtem prvků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace EDXRF do výrobních linek pro on-line QA/QC solárních článků.
• Rozšíření analýzy na další tenkovrstvé materiály (perovskity, CdTe, organické PV).
• Zlepšení citlivosti detekce pro velmi tenké vrstvy a stopové prvky.

Závěr

EDXRF spektrometrie ARL QUANT’X prokázala v analýze CIGS solárních článků vynikající přesnost a opakovatelnost u stanovení složení a tloušťky vrstev. Rychlá a nedestruktivní metoda je ideální pro výzkum i průmyslovou kontrolu kvality.

Reference

• Pascal Lemberge: Analysis of Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) Solar Cells with ARL QUANT’X EDXRF Spectrometer, Application Note AN41962, Thermo Fisher Scientific, 2019.