Corriente inducida por haz de electrones (rojo) superpuesta a una micrografía electrónica de barrido (gris). El contraste brillante en las proximidades de los límites de los granos indica que estas regiones tienen una mayor eficiencia de recolección de portadores que los interiores de los granos. El uso de corriente inducida por haz de electrones para visualizar el comportamiento de las células fotovoltaicas en estas escalas de longitud proporciona una herramienta valiosa para comprender tanto los mecanismos de pérdida dentro de los materiales fotovoltaicos como las estructuras internas dentro de estos materiales que pueden conducir a una mayor eficiencia global de las células.
(Phys.org) - Investigadores del Centro NIST de Ciencia y Tecnología a Nanoescala (CNST) demostraron una nueva técnica de haz de electrones de baja energía y la utilizaron para probar las propiedades electrónicas a nanoescala de los límites de los granos y los interiores de los granos en el telururo de cadmio (CdTe) solar células. Sus resultados sugieren que el control de las propiedades de los materiales cerca de los límites de los granos podría proporcionar un camino para aumentar la eficiencia de tales células solares.
Entre las células solares fotovoltaicas de película delgada, los fabricados con telururo de cadmio son algunos de los más exitosos del mercado. Sin embargo, la eficiencia de las células comerciales es todavía menos de la mitad del máximo teórico, y los mecanismos subyacentes de la deficiencia no se comprenden bien. Se cree que las células de CdTe pierden corriente en sus límites de grano de material; sin embargo, También se ha sugerido que estos límites de grano tienen propiedades que podrían mejorar la recolección de portadores si se entendieran mejor.
Las técnicas de caracterización que utilizan haces de electrones enfocados para inducir corrientes se utilizan cada vez más para investigar las propiedades de las células solares de película delgada. Las mediciones son más fáciles usando electrones de alta energía, pero la energía más alta reduce la resolución espacial. Los investigadores ampliaron las mediciones de corriente inducidas por haces de electrones tradicionales mediante el uso de haces de baja energía para excitar localmente el CdTe y crear corriente. Estos haces tienen una resolución espacial de unos 20 nm, lo suficientemente pequeño como para mapear la respuesta de la fotocorriente dentro de los interiores del grano o en los límites del grano.
Las mediciones se realizaron en fragmentos extraídos de una célula solar de película fina comercial. Los contactos eléctricos a nanoescala se prepararon con tamaños comparables a uno o unos pocos granos, limitar la ruta actual a tamaños relevantes para comprender la producción y la pérdida actuales.
Las mediciones muestran que una gran fracción de los límites de los granos muestran una mayor recolección de corriente que los interiores del grano, aparentemente mejorando el rendimiento del dispositivo. Sin embargo, utilizando simulaciones de elementos finitos 2D, Los investigadores demostraron que estos límites de grano también crean una gran vía para la corriente de fuga, lo que niega por completo las ganancias de eficiencia de la colección de fotocorriente mejorada.
Los investigadores creen que su técnica proporciona una herramienta valiosa para visualizar el comportamiento de las células fotovoltaicas en las escalas de longitud necesarias para comprender tanto los mecanismos de pérdida dentro de los materiales fotovoltaicos como las estructuras internas dentro de estos materiales que pueden conducir a una mayor eficiencia global de las células.
