Análise de células solares - aplicações de microscopia eletrônica de varredura (SEM)

August 16, 2022

Recentemente, os preços globais do petróleo aumentaram acentuadamente e a indústria das energias renováveis representada pela geração de energia solar fotovoltaica (PV) tem recebido ampla atenção. Como componente central da geração de energia fotovoltaica, as perspectivas de desenvolvimento e os valores de mercado das células solares fotovoltaicas são o foco de atenção. No mercado global de baterias, as células fotovoltaicas representam cerca de 27%[1]. O microscópio eletrônico de varredura desempenha um grande papel na melhoria do processo de produção e na pesquisa relacionada de células fotovoltaicas.

análise de células solares-sem-aplicações-1

A célula fotovoltaica é uma fina folha de semicondutor optoeletrônico que converte energia solar diretamente em energia elétrica. As atuais células fotovoltaicas comerciais produzidas em massa são principalmente células de silício, que são divididas em células de silício monocristalino, células de silício policristalino e células de silício amorfo.

Métodos de texturização de superfície para aumento da eficiência de células solares

No próprio processo de produção de células fotovoltaicas, a fim de melhorar ainda mais a eficiência de conversão de energia, geralmente é feita uma estrutura texturizada especial na superfície da célula, e essas células são chamadas de células "não reflexivas". Especificamente, a estrutura texturizada na superfície dessas células solares melhora a absorção de luz, aumentando o número de reflexões da luz irradiada na superfície da pastilha de silício, o que não só reduz a refletividade da superfície, mas também cria armadilhas de luz no interior. a célula, aumentando assim significativamente a eficiência de conversão das células solares, o que é importante para melhorar a eficiência e reduzir o custo das células fotovoltaicas de silício existentes[2].

Comparação de superfície plana e superfície de estrutura piramidal

Em comparação com uma superfície plana, uma pastilha de silício com uma estrutura piramidal tem uma probabilidade maior de que a luz refletida da luz incidente atue novamente na superfície da pastilha em vez de refletir diretamente de volta para o ar, aumentando assim o número de luz espalhada. e refletido na superfície da estrutura, permitindo que mais fótons sejam absorvidos e fornecendo mais pares elétron-buraco.

análise de células solares sem aplicações de caminho de luz

Caminhos de luz para diferentes ângulos de incidência de luz que atingem a estrutura piramidal

Os métodos comumente usados para texturização de superfície incluem ataque químico, ataque com íons reativos, fotolitografia e ranhuramento mecânico. Dentre eles, o método de ataque químico é amplamente utilizado na indústria devido ao seu baixo custo, alta produtividade e método simples [3] . Para células fotovoltaicas de silício monocristalino, a gravação anisotrópica produzida por solução alcalina em diferentes camadas cristalinas de silício cristalino é geralmente usada para formar uma estrutura semelhante à formação de "pirâmide" é o resultado da anisotropia da solução alcalina em diferentes camadas cristalinas de silício cristalino. A formação da estrutura piramidal é causada pela reação anisotrópica do álcali com o silício [4] . Em uma certa concentração de solução alcalina, a taxa de reação do OH- com a superfície do Si (100) é várias vezes ou até uma dúzia de vezes maior que a da superfície do Si (111), e é essa diferença na taxa de reação que leva à formação da estrutura piramidal.

Microscópios eletrônicos de varredura ajudam na melhoria da qualidade das células solares

No processo de ataque químico, a concentração da solução de ataque, a temperatura, o tempo de reação e outros fatores afetarão a preparação da superfície do velo da célula de cristal de silício, resultando em diferentes refletividades. Usando o microscópio eletrônico de varredura de filamento de tungstênio CIQTEK SEM3100, é possível observar efetivamente o tamanho da área gravada e a estrutura piramidal da superfície durante o processo de fabricação.

Graças às vantagens do compartimento de amostra de grande capacidade do microscópio eletrônico CIQTEK SEM3100, os usuários podem colocar amostras de até 370 mm de diâmetro sem cortar, e o estágio de amostra totalmente automatizado de cinco eixos no microscópio eletrônico pode ser inclinado de -10° a 75°. °, permitindo a observação multiângulo de diferentes posições da amostra.

Mesa de amostra inclinada a 45°

Mesa de amostra inclinada a 45°

Mesa de amostra inclinada a 30°

Mesa de amostra inclinada a 30°

Amostra colocada horizontalmente

A tensão de aceleração mais baixa de 3 ~ 5kV é usada para observar a estrutura piramidal da superfície das células fotovoltaicas no microscópio eletrônico SEM3100, o que pode reduzir a profundidade de penetração do feixe de elétrons na superfície da amostra e tornar os detalhes da superfície observados mais ricos e caracterizar melhor a superfície defeitos e forma da estrutura, ajudando assim os usuários a comparar e analisar os diferentes processos de produção de veludo.

De acordo com a pesquisa GIR (Global Info Research), a receita global de equipamentos de células solares (PV) será de aproximadamente US$ 44,7 bilhões em 2021 e deverá atingir um tamanho de US$ 55,57 bilhões em 2028. Entre os tipos de produtos, o silício monocristalino continuará a ocupar uma posição posição importante. Como uma ferramenta poderosa para análise microscópica, o CIQTEK SEM3100 será uma ferramenta poderosa para aprimorar o processo de produção de células fotovoltaicas e pesquisas relacionadas.

Referências:

[1]Wu Jiejie, et al. Pesquisa e perspectivas da indústria de baterias[J]. Química Moderna, 2017, 37(9):5.

[2]Li Jiayuan. Estudo da superfície do velo da célula solar [D]. Universidade de Tecnologia de Dalian, 2009.

[3] Li HL, Zhao L, Diao HW, et al. Análise dos fatores que afetam a estrutura piramidal na produção de fluxo de silício monocristalino[J]. Jornal de Cristais Artificiais, 2010, 39(4):5.

[4]Nishimoto Y, Namba K. Investigação de Texturização para Células Solares de Silício Cristalino com Soluções de Carbonato de Sódio[J]. Material de Energia Solar e Células Solares, 2000, 61(4):393-402.

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