近年來，Cu（In，Ga）Se（CIGS）光伏功率轉換效率在實驗室規模上有顯著提高。雖然這些報告令人鼓舞，但這些成就仍然隻是在實驗室規模上完成的。實際上，高效組件的工業(ye) 製造更具挑戰性，電池與(yu) 模塊的效率差距就是明證。因此，大型組件的行業(ye) 相關(guan) 創紀錄效率已達到總麵積的17.6%。在進一步提高模塊效率的不同策略中，采用混合或創新的模塊化方案。具體(ti) 說來設計替代圖案幾何形狀以減少電氣損耗和/或死區是文獻中廣泛引用的話題。為(wei) 了更好地了解可用的不同激光燒蝕工藝造成的損傷(shang) 程度，利用高分辨率高光譜成像儀(yi) 來研究圖案區域內(nei) 和周圍的光致發光（PL）。
通過高光譜解密 (CIGS) 模塊中引發的功率損耗的起源（一）
高光譜成像儀(yi) （IMA；Photon etc. Inc.）由一個(ge) 光學顯微鏡與(yu) 連續波（CW）激光器、寬帶照明光源和基於(yu) 體(ti) 布拉格光柵（VBG）的高光譜濾光器組成。該係統的波長範圍可以在400至1000nm之間連續調諧。IMA提供光譜和空間分辨的發光、反射和透射圖像，光譜分辨率小於(yu) 2nm，空間分辨率約為(wei) 1μm（衍射極限）。CIGS模塊使用532nm激光器均勻激發，光學和光致發光（PL）圖像使用基於(yu) 矽的電荷耦合器件（Si ccd）相機獲取。
布拉格光柵技術設用於(yu) 全局成像，允許在顯微鏡下逐波長獲取整個(ge) 視野內(nei) 的信號。傳(chuan) 統的熒光（PL）成像設置基於(yu) 逐點或線掃描技術，需要重構圖像。使用這些成像技術時，僅(jin) 照亮樣品的一小部分（使用共聚焦逐點設置時約為(wei) 1μm2），周圍區域保持黑暗，導致載流子向這些區域橫向擴散。全局照明避免了由於(yu) 局部照明引起的載流子複合。使用全局成像時生成的等勢體(ti) 防止了電荷向更暗區域擴散。用於(yu) 全局成像模式的均勻照明使得在現實條件下進行PL實驗成為(wei) 可能，z低可達一個(ge) 相當於(yu) 太陽功率密度。預計儀(yi) 器激發強度波動可達13%。激發輻照度的變化將帶來PL發射的比例變化，使這種效應易於(yu) 識別。此外，在儀(yi) 器軟件的輔助下，這些效應將減少到可以忽略的min程度。
圖1(a)展示了在CIGS沉積前，P1劃線和P2激光劃線區域的光學顯微照片和PL顯微照片在同一位置的直接比較。正如預期的那樣，P2激光槽周圍的金屬化區域沒有PL發射。關(guan) 於(yu) P1燒蝕線上的CIGS材料的PL空間均勻性特征，我們(men) 觀察到了不同的情況。與(yu) 光學顯微照片不同，PL圖顯示發射強度似乎沿著底層P1槽的輪廓減弱。為(wei) 了更仔細地觀察P1槽上的PL行為(wei) （以下簡稱P1邊緣PL效應），我們(men) 提取了25條PL強度剖麵，其中一些顯示在圖1(b)中。再次驗證了在P1槽輪廓處的顯著光致發光猝滅效應。
比較從(cong) CIGS材料不同區域提取的PL光譜時，我們(men) 進一步觀察到PL帶結構沒有變化，這表明燒蝕區域內(nei) 的P1邊緣PL效應與(yu) 成分變化無關(guan) （圖2(a)和(b)）。關(guan) 於(yu) P1槽邊緣的強度變化，一方麵，P1邊緣PL效應的觀察解釋了CIGS材料在鉬槽邊緣的大部分上下短路路徑。另一方麵，CIGS層厚度在同一邊緣的變化也同樣可以解釋P1邊緣PL效應。為(wei) 了闡明後者作為(wei) P1邊緣PL效應潛在原因的可能性，我們(men) 進行了聚焦在P1槽邊緣的掃描電子顯微鏡（SEM）截麵圖（圖2(c)）。由於(yu) PL顯微照片的高分辨率，我們(men) 可以輕鬆測量PL-P1邊緣效應的範圍，我們(men) 觀察到全寬半高（FWHM）約為(wei) 4.6μm。從(cong) SEM截麵圖可以很容易地識別出，P1邊緣PL效應的範圍遠遠超過了由於(yu) 底層鉬層導致的CIGS吸收材料的階梯。考慮到鉬側(ce) 壁的載流子提取麵積（厚度約400nm）的增加，很難解釋在約4.6μm範圍內(nei) 30%的光致發光猝滅。
圖1. 標準P1激光劃線中異常光致發光觀察。(a) P1和P2（底部）燒蝕線（頂部）的光學顯微照片以及從(cong) 同一位置捕獲的高光譜顯微照片中提取的PL強度圖（底部）；(b) P1和P2劃線（頂部）的單色（980 nm處的PL）PL圖像，以及跨P1和P2的PL線剖麵（980 nm處）的統計分析（底部），顯示P1邊緣PL效應的程度（僅(jin) 顯示具有代表性的剖麵；平均值是對所有25個(ge) 剖麵進行的）。FWHM：半峰全寬。
圖2. P1線邊緣內(nei) 異常PL觀察。(a) 圖1(a)底部放大的插圖1和2；(b) 從(cong) 圖1(a)底部的高光譜顯微照片中提取的四個(ge) 代表區域的PL光譜，顯示PL-P1邊緣與(yu) 參考區域之間的PL帶結構沒有明顯變化；(c) P1槽邊緣的SEM截麵圖，表明P1邊緣的PL效應與(yu) CIGS材料厚度的變化無關(guan) （參考區域的光譜從(cong) 圖1(a)底部遠離任何劃線區域的部分提取）。
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[1] Hyperspectral Photoluminescence Imaging for Spatially Resolved Determination of Electrical Parameters of Laser-Patterned Perovskite Solar Cells
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