CIEMAT对于光伏应用中的非破坏性电学表征技术具有信任。

Client: CIEMAT
描述:
CIEMAT(Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) 是隶属于西班牙科学和创新部的公共研究机构,主要关注能源和环境科学领域及其相关技术。 CIEMAT的使命是通过生成和应用科学技术知识,为西班牙的可持续发展和公民生活质量做出贡献。
  • 1,328名员工,技术和地理分布多样化。
  • 总部:西班牙马德里。
  • 专业领域:科学、研究、能源、环境和技术。

目录

挑战:以高分辨率、非破坏性、快速且无接触的方式对光伏设备的电性能进行映射。

目前的电性能映射方法非常缓慢,因为它们处于纳米尺度(拉曼、原子力显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜)或具有低分辨率(直流电导、光学扫描)。先进的研究材料可能非常难以制备,因此,非接触和非破坏的检测方法对于获得更深入的知识并在前沿研究中取得更快的进展非常有用。

CIEMAT正在寻找一种解决方案,以非接触、非破坏和快速的方式对光伏应用设备的电性能(如电导率、电阻、载流子迁移率)进行高分辨率的映射。

对于光伏设备制造,非破坏性测试(NDT)能够检查每个设备并在尽早的阶段检测到任何缺陷。

das-Nano解决方案:用于光伏设备非破坏性和非接触式电学表征的专利技术。

das-Nano Onyx系统是CIEMAT的完美解决方案。它是市场上第一个旨在提供对石墨烯、薄膜和其他2D材料进行非破坏性和非接触式全面表征的系统。

Onyx是一种基于太赫兹光谱技术的专利系统,通过对0.5 mm²到大面积(m²)进行非破坏性、非接触式的表征,弥合了宏观和纳米尺度工具之间的差距,提升了研究材料的工业化水平。这项技术无害,无需样品准备,可以测量样品质量的空间分布。空间分辨率在几百微米的量级上,快速采集和处理太赫兹信号可以快速表征大样品区域。

太赫兹(THz)波是低能量、非电离辐射,对人体无害。

Onyx符合IEC TS 62607-6-10:2021技术规范。IEC TS 62607-6-10:2021涉及使用太赫兹时域光谱法测量基于石墨烯的材料的片电阻。

在一次测量中,该系统能够提供以下物理性质:
onyx3-web

结果:快速可靠的质量控制流程。

das-Nano Onyx提供了一种非破坏性、非接触、快速且可靠的质量控制流程,用于绘制光伏应用设备的电学特性。

作为一种非接触、非破坏性的方法,不需要样品准备,独特的研究样本可以多次使用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)进行分析,而无需对其进行修改。此外,光伏器件制造过程的质量控制可以显著提高,因为每个器件都可以在不受损坏或修改的情况下进行检查,从而实现早期缺陷的检测。

获得样本整个区域的图像而不仅仅是单个点,可以识别缺陷、均匀度等。

与CIEMAT的合作中,das-Nano与其共同撰写了几篇科学同行评审的文章,重点关注光伏应用中的导电电极和硅异质结太阳能电池技术的电极。

在文章《面向光伏应用的先进基于石墨烯的透明导电电极》(Fernández等人,Micromachines 2019,10,402)中,探索了不同结构的透明导电电极(TCEs),其中包含了石墨烯单层,旨在改善硅异质结(SHJ)电池前透明接触的性能。

图1. 研究中的透明导电电极配置。TCO = 透明导电氧化物。
使用Onyx系统对电极的电导和电阻进行了映射(见图2),无需任何样品准备。在硅(Si)衬底上沉积的最佳杂化氧化铟锡(ITO)透明导电电极的平均电导率值为13.12毫西门子(mS),这非常有希望,因为它高于ITO的数值(>10 mS)。
图2. 基于硅(Si)衬底上沉积的最佳杂化氧化铟锡(ITO)透明导电电极的导电性和电阻图。

在文章《基于石墨烯的透明电极》(Fernández等,纳米技术先进材料科学,第2卷(3):1-3,2019)中,探索了将石墨烯纳入设计中的新型透明电极结构,以改善硅异质结电池技术。

Figure 3. Scheme of the finished silicon heterojunction solar cell.

在文章《基于石墨烯的硅异质结太阳能电池技术电极》(Torres等,Materials 2021, 14, 4833)中,分析了将铟锡氧化物(ITO)与一至三层石墨烯单层作为硅异质结太阳能电池顶部电极的组合效果。

图4显示了使用Onyx系统获得的导电图,分别对应具有铟锡氧化物(ITO)(a),ITO + 1(b),ITO + 2(c)和ITO + 3(d)石墨烯单层的电池。随着每个额外的石墨烯层,导电图显示出明显的电学改善。在成品太阳能电池的电特性中,这导致了串联电阻的显著减小和器件填充因子的增加。

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