REM/EDX Analyse einer CIGS-Solarzelle am Querschnitt

Die CIGS-Solarzelle stellt einen Typ von Solarzelle dar, deren Absorber aus dem Werkstoff Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) besteht. CIGS-Solarzellen besitzen im Gegensatz zu kristallinen Silizium-Solarzellen einen Absorber mit einer direkten Bandlücke. Aus diesem Grund hat das Material einen höheren Absorptionskoeffizienten und kann Licht so wesentlich besser absorbiert. Der CIGS-Absorber­schicht ist daher nur 1–2 µm dick, während Dickschicht-Solarzellen auf Siliziumbasis mindestens ca. 150 µm dick sind. Die Schichten der CIGS-Zellen können daher mit Dünn­schicht­technologie gefertigt werden. Durch die geringe Dicke ist es möglich, deutlich weniger Halbleitermaterial zu verwenden.

REM und EDX Messung eines Querschnitts einer CIGS-Solarzelle. Der Schichtaufbau der Solarzelle ist deutlich zu erkennen und die Elementzusammensetzung kann mittels EDX untersucht werden.
REM und EDX Messung eines Querschnitts einer CIGS-Solarzelle. Der Schichtaufbau der Solarzelle ist deutlich zu erkennen und die Elementzusammensetzung kann mittels EDX untersucht werden.

Für die Präparation eines qualitativ hochwertigen Querschnittes solcher Schichtaufbauten stellen die dünnen Einzelschichten eine besondere Herausforderung dar.

Mittels Ion-Milling lässt sich ein planer Querschnitt jedoch mit hoher Qualität herstellen und mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Röntgenmikrobereichsanalysen (EDX) untersuchen. Im Gegensatz zu FIB-Schnitten können dabei Schnittbreiten bis zu 8 mm in vergleichsweise kurzer Zeit erreicht werden.

Die im rechten Bild dargestellten EDX Messungen wurden unter Verwendung eines speziellen EDX-Detektors (Bruker FlatQuad) durchgeführt. Dieser erlaubt es durch seinen speziellen Aufbau, auch bei kleinen Anregungsenergien und -strömen EDX-Elementverteilungsbilder (Mappings) mit einer sehr guten Ortsauflösung und gutem Signal/Rausch-Verhältnis zu messen. Die kleinen Anregungsenergien sind hier erforderlich um die dünnen Schichten der Solarzelle noch einzeln untersuchen zu können. Für nähere Informationen zu den Hintergründen sei hier nur auf den Zusammenhang zwischen Beschleunigungsspannung und Wechselwirkungsvolumen beim Rasterelektronenmikroskop verwiesen.

Auf diese Weise ist bei der vorliegenden Probe die nur ca. 50nm dicke CdS-Zwischenschicht des CIGS-Schichtsystems mittels REM und EDX nachweisbar.
(Hinweis: In dem EDX-Mapping wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle mit EDX nachweisbaren Elemente dargestellt.)

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