SPECTRUMA 辉光放电光谱仪对太阳能薄膜电池的分析

薄膜太阳能电池

薄膜太阳能电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，其用硅量极少，更容易降低成本，是缓解能源危机的新型光伏器件。薄膜太阳能电池可以使用在价格低廉的陶瓷、石墨、金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，目前转换效率最高可以达13%。

图1  CIGS薄膜太阳能电池

CIGS薄膜太阳能电池是基于铜、铟、镓、硒[Cu(In，Ga)Se2]薄膜。这种太阳能电池已经展现了优秀的效率，有替代制造成本更高尺寸更厚的硅基太阳能电池的潜能。CIGS薄膜太阳能电池通过在基体上成多层薄膜加工而成。Mo层和CdS/ZnO层形成电接触电极。CIGS膜层作为阳光吸收层。最通常的制造方法是同时或者按照顺序在基体上蒸发或溅射铜、铟、镓。被蒸发上的硒和膜层反应从而确定最终的合成膜层。

在制造薄膜太阳能电池过程中的主要挑战是控制膜层的成分。商品化所需要的膜层结构重复再现性和依靠膜层精确成分的电池的电学性质同样重要。辉光放电发射光谱分析能够适用于确定整个涂层系统的深度剖面元素含量分析。

GDOES 定义及原理简介

辉光放电发射光谱（GDOES）是一种对金属和非金属固体材料进行定性和定量分析的光谱方法。GDOES可以用来研究样品的元素组成、层厚和层结构。此外，也可以确定涂层重量。

将样品置于辉光放电源中，作为阴极进行切换。辉光放电源在低压下充满氩气。在空心阳极和阴极之间施加直流电压。由于直流电压的能量输入，氩原子被电离，形成等离子体。氩离子向负样品表面加速并击落一些样品原子（“溅射”）。被溅射出的样品原子扩散到等离子体中，在那里它们与高能电子碰撞。在这些碰撞过程中，能量被传递给样品原子，促使它们进入激发态，并很快回到基态。回到基态原子发射出具有特征波长光谱的光（图2）。在光谱仪中，不同波长的光被光学系统色散，不同波长的特征光（谱线）由探测系统记录。这些线的强度与等离子体中对应元素的浓度成正比。

图2  辉光放电激发过程

采用SPECTRUMA GDA 750辉光放电光谱仪（图3）快速监测太阳能光伏电池中重要元素H、O、Cu、In、Ga、Se、Mo、Si、C、Ca、Zn、Cd、Te、Sn、Al等随深度的浓度变化，直观的分析太阳能光伏的镀层结构。

图3  SPECTRUMA GDA 750辉光放电光谱仪

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