Análisis de células solares: aplicaciones de microscopía electrónica de barrido (SEM)
Recientemente, los precios mundiales del petróleo han aumentado considerablemente y la industria de energía renovable representada por la generación de energía solar fotovoltaica (PV) ha recibido amplia atención. Como componente central de la generación de energía fotovoltaica, las perspectivas de desarrollo y los valores de mercado de las células solares fotovoltaicas son el centro de atención. En el mercado mundial de baterías, las células fotovoltaicas representan alrededor del 27%[1]. El microscopio electrónico de barrido desempeña un papel importante en la mejora del proceso de producción y la investigación relacionada de las células fotovoltaicas.
La célula fotovoltaica es una fina lámina de semiconductor optoelectrónico que convierte la energía solar directamente en energía eléctrica. Las actuales células fotovoltaicas comerciales producidas en masa son principalmente células de silicio, que se dividen en células de silicio monocristalino, células de silicio policristalino y células de silicio amorfo.
Métodos de texturizado de superficies para mejorar la eficiencia de las células solares
En el proceso de producción real de células fotovoltaicas, para mejorar aún más la eficiencia de conversión de energía, generalmente se crea una estructura texturizada especial en la superficie de la célula, y dichas células se denominan células "no reflectantes". En concreto, la estructura texturizada en la superficie de estas células solares mejora la absorción de la luz al aumentar el número de reflejos de la luz irradiada en la superficie de la oblea de silicio, lo que no sólo reduce la reflectividad de la superficie, sino que también crea trampas de luz en su interior. la célula, aumentando así significativamente la eficiencia de conversión de las células solares, lo cual es importante para mejorar la eficiencia y reducir el coste de las células fotovoltaicas de silicio existentes[2].
Comparación de superficie plana y superficie de estructura piramidal
En comparación con una superficie plana, una oblea de silicio con estructura piramidal tiene una mayor probabilidad de que la luz reflejada de la luz incidente actúe nuevamente sobre la superficie de la oblea en lugar de reflejarse directamente en el aire, aumentando así la cantidad de luz dispersada. y se refleja en la superficie de la estructura, lo que permite absorber más fotones y proporcionar más pares electrón-hueco.
Rutas de luz para diferentes ángulos de incidencia de la luz que incide sobre la estructura piramidal
Los métodos comúnmente utilizados para texturizar superficies incluyen grabado químico, grabado con iones reactivos, fotolitografía y ranurado mecánico. Entre ellos, el método de grabado químico se utiliza ampliamente en la industria debido a su bajo costo, alta productividad y método simple [3] . Para las células fotovoltaicas de silicio monocristalino, el grabado anisotrópico producido por una solución alcalina en diferentes capas cristalinas de silicio cristalino se usa generalmente para formar una estructura similar a la formación de "pirámide" que es el resultado de la anisotropía de una solución alcalina en diferentes capas cristalinas de silicio cristalino. La formación de la estructura piramidal es causada por la reacción anisotrópica del álcali con el silicio [4] . En una determinada concentración de solución alcalina, la velocidad de reacción del OH- con la superficie de Si(100) es varias veces o incluso una docena de veces mayor que la de la superficie de Si(111), y es esta diferencia en la velocidad de reacción que conduce a la formación de la estructura piramidal.
Los microscopios electrónicos de barrido ayudan a mejorar la calidad de las células solares
En el proceso de grabado químico, la concentración de la solución de grabado, la temperatura, el tiempo de reacción y otros factores afectarán la preparación de la superficie del vellón de células de cristal de silicio, lo que dará como resultado una reflectividad diferente. El uso del microscopio electrónico de barrido con filamento de tungsteno CIQTEK SEM3100 puede observar eficazmente el tamaño del área grabada y la estructura piramidal de la superficie durante el proceso de fabricación.
Gracias a las ventajas del compartimento de muestras de gran capacidad del microscopio electrónico CIQTEK SEM3100, los usuarios pueden colocar muestras de hasta 370 mm de diámetro sin cortar, y la plataforma de muestra de cinco ejes totalmente automatizada del microscopio electrónico se puede inclinar de -10° a 75 °, lo que permite la observación desde múltiples ángulos de diferentes posiciones de la muestra.
Mesa de muestra inclinada a 45°
Mesa de muestra inclinada a 30°
Muestra colocada horizontalmente
El voltaje de aceleración más bajo de 3~5 kV se utiliza para observar la estructura piramidal de la superficie de las células fotovoltaicas en el microscopio electrónico SEM3100, lo que puede reducir la profundidad de penetración del haz de electrones en la superficie de la muestra y enriquecer los detalles de la superficie observada y caracterizar mejor la superficie. defectos y forma de la estructura, ayudando así a los usuarios a comparar y analizar los diferentes procesos de producción de terciopelo.
Según una investigación de GIR (Global Info Research), los ingresos mundiales por equipos de células solares (PV) serán de aproximadamente 44.700 millones de dólares en 2021 y se espera que alcancen un tamaño de 55.570 millones de dólares en 2028. Entre los tipos de productos, el silicio monocristalino seguirá ocupando un lugar posición importante. Como herramienta poderosa para el análisis microscópico, el CIQTEK SEM3100 será una poderosa herramienta para mejorar el proceso de producción de células fotovoltaicas y la investigación relacionada.
Referencias:
[1]Wu Jiejie, et al. Investigación y perspectivas de la industria de las baterías [J]. Química moderna, 2017, 37(9):5.
[2]Li Jiayuan. Estudio de la superficie del vellón de las células solares [D]. Universidad Tecnológica de Dalian, 2009.
[3] Li HL, Zhao L, Diao HW, et al. Análisis de los factores que afectan la estructura piramidal en la producción de flujo de silicio monocristalino[J]. Revista de cristales artificiales, 2010, 39(4):5.
[4]Nishimoto Y, Namba K. Investigación de texturización de células solares de silicio cristalino con soluciones de carbonato de sodio [J]. Material de energía solar y células solares, 2000, 61(4):393-402.
Microscopio electrónico de barrido por emisión de campo analítico (FESEM) con haz grande I CIQTEK SEM4000Pro es un modelo analítico de FE-SEM, equipado con un cañón de electrones de emisión de campo Schottky de alto brillo y larga duración. El diseño de lente electromagnética de 3 etapas ofrece ventajas significativas en aplicaciones analíticas como EDS/EDX, EBSD, WDS y más. Viene de serie con un modo de bajo vacío y un detector de electrones secundario de bajo vacío y alto rendimiento, así como un detector de electrones retrodispersados retráctil, que beneficia la observación de muestras poco conductoras o no conductoras.
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