通過高光譜解密 (CIGS) 模塊中引發的功率損耗的起源（二）

正文

通過高光譜解密 (CIGS) 模塊中引發的功率損耗的起源（二）

CIGS激光圖形化後P1的激光誘導損傷(shang)

圖1(a)–(d)展示了在CIGS沉積後使用和不使用光學孔徑的兩(liang) 種P1燒蝕線的高光譜PL圖像及其光學顯微圖，分別稱為(wei) P1-A和P1-NA。在兩(liang) 種情況下，觀察到的第1個(ge) 特征是通過去除CIGS材料限定的溝槽寬度與(yu) PL發射溝槽寬度不同。PL溝槽明顯更寬。為(wei) 了量化圖形線附近PL不活躍區域的重要性，將兩(liang) 個(ge) 圖像進行疊加和比較（圖1(a)–(d)）。

圖1.獨立於(yu) 光學孔徑的激光誘導短程熱效應的觀察。(a,b) P1在CIGS圖形化後的光學顯微圖像：(a)使用光學孔徑和(b)不使用光學孔徑的激光光路徑。(c,d)對應的單色PL顯微圖像。下方麵板突出了由光學和光致發光顯微圖像繪製的區域。(e,f)通過從(cong) PL失活區域減去CIGS去除區域觀察短程熱效應：(e)使用光學孔徑和(f)不使用光學孔徑（所有max寬度估計值均為(wei) 近似值）。

通過光學圖像可以輕鬆檢測出Mo和CIGS之間的強烈對比，從(cong) 而確定CIGS材料的缺失邊界。相反，對於(yu) PL失活區域的確定，考慮了在max計數點980 nm處的PL發射強度：PL區域的開始是當光致發光超過980 nm所有參考活動區域的平均發射強度的50%時。通過去除CIGS材料繪製的P1線的max寬度約為(wei) P1-NA的84μm和P1-A的42μm。為(wei) 了測量通過PL圖像繪製的燒蝕溝槽的max寬度，分析了每種情況下總共65條水平PL強度曲線。部分曲線顯示在圖2(b)和圖3(b)中。maxPL溝槽寬度為(wei) P1-NA的約95μm和P1-A的約50μm。光學與(yu) PL發射圖像的直接比較如圖1(e)和(f)所示，可以輕鬆識別P1-NA和P1-A分別增加了約7.2μm和8.7μm。由於(yu) 這種效應僅(jin) 在短程內(nei) （5–10μm），因此將其稱為(wei) 短程熱效應或“SR熱效應”。強調，觀察到的SR熱效應與(yu) 是否使用光學孔徑無關(guan) 。

圖2.激光誘導的長程熱效應的觀察——無光學孔徑。(a) CIGS/CdS/i:ZnO圖形線後的P1單色PL顯微圖像；(b)選定的強度曲線，其中紅色標簽表示它們(men) 在y方向上的位置；(c)歸一化統計PL積分在選定區域內(nei) ；(d, e)燒蝕線(d)左側(ce) 和(e)右側(ce) 的統計PL光譜分析。參考光譜由實線灰色線表示。

圖3.激光誘導的長程熱效應的觀察——有光學孔徑。(a) CIGS/CdS/i:ZnO圖形線後的P1單色PL顯微圖像；(b) 選定的強度曲線，其中紅色標簽表示它們(men) 在y方向上的位置；(c) 歸一化統計PL積分在選定區域內(nei) ；(d, e) 燒蝕線(d) 左側(ce) 和(e) 右側(ce) 的統計PL光譜分析。參考光譜由實線灰色線表示。

光致輻射複合的完全和突然耗盡可能表明化學成分的顯著變化或有效的相變。由於(yu) SR熱效應的範圍遠超光生載流子的遷移距離，可以很容易地理解SR熱效應內(nei) 的CIGS區域不再是光活性的。作為(wei) 參考，Brown通過電子束誘導電流（EBIC）報告了0.30到0.52μm的少數載流子擴散長度。相應地，Delamarre使用寬帶可調激光的光束誘導電流（LBIC）裝置繪製了1.09μm（標準偏差為(wei) 0.10μm）的載流子擴散長度。上述陳述可以通過以下事實進一步解釋：CIGS的部分損傷(shang) 不會(hui) 完全耗盡光致輻射複合，而隻會(hui) 抑製它。熱誘導缺陷的逐漸增加將通過非輻射能量耗散途徑（如熱或紅外輻射）逐漸抑製光致輻射複合。在這方麵，Schultz報告了圖形線邊緣的CIGS成分的激光誘導變化，也是短程距離。借助能量色散X射線光譜（EDX）、原子力顯微鏡（AFM）和導電原子力顯微鏡（c-AFM），他們(men) 發現這種成分變化源於(yu) 導電率的局部顯著增加。CIGS的熱分解是文獻中廣泛研究的主題，通常歸因於(yu) 元素成分的部分減少，這些成分需要較少的能量進行蒸發、熔化或擴散。僅(jin) 考慮蒸發焓，銅（Cu）在CIGS材料中傾(qing) 向於(yu) 保留更長時間。SR熱效應內(nei) 的Cu豐(feng) 富的CIGS會(hui) 解釋圖1(e)和(f)中顯示的差異。同樣，P1激光燒蝕線附近的Cu豐(feng) 富的CIGS相會(hui) 成為(wei) P1誘導功率損失的重要來源。

總之，在激光燒蝕過程中確實存在平行的SR熱效應。這種短程效應是首次在高分辨率下觀察和記錄到的。正如上文所述，這種效應與(yu) 是否使用光學孔徑無關(guan) 。zui後的觀察尤其重要，因為(wei) 它表明SR熱效應是燒蝕過程本身的內(nei) 在特性。這表明SR熱效應與(yu) 激光束的光束輪廓無關(guan) 。因此可見，在使用類似頻率和功率的激光器時，其他光束整形策略將無法防止可能源於(yu) SR熱效應的電分流。

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參考文獻：

[1] Hyperspectral Photoluminescence Imaging for Spatially Resolved Determination of Electrical Parameters of Laser-Patterned Perovskite Solar Cells

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