可再生能源的广泛受欢迎正在推动太阳能行业飞速发展。这种清洁能源具备为全qiu提供动力的潜力，并且以惊人的速度不断增长。在太阳能技术中，铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池作为低成本薄膜电池板的理想选择，其效率已经显著提升，目前已经达到20%以上。这表明CIGS太阳能电池在推动清洁能源技术方面具有巨大的潜力，并在太阳能行业的蓬勃发展中发挥着重要作用[1]。
高光谱成像在CIGS光谱和空间分析的应用
一、CIGS模块图案凹槽损耗的表征
实现如此高效率的一个关键特性是激光图案互连，它将CIGS尺寸的模块分成串联的更小单元。然而，即使这个过程有助于提高整体效率，也会产生损失。这就是为什么研究人员试图找到不同的图案几何形状。
在Nice Solar的这项工作[2]中，他们重点关注了两个标准图案凹槽的激光烧蚀造成的损坏，图1中P1（图案化背面接触）和P2（用于串联互连）。通过高光谱光致发光成像分析损伤。Photon公司的高光谱平台（IMA）由光学显微镜与CW 532 nm 激光器和基于体积布拉格光栅的高光谱滤光片组成。该套系统在400nm至1000nm范围内具有灵敏度，并提供高光谱（<2nm）和空间分辨率（~μm）。CIGS的典型PL研究是在局部激发下进行的，这导致电荷向较暗的区域扩散。全局照明产生的等电位减少了这种影响，并允许在更接近太阳能电池的实际工作模式下进行测量。
图1显示了从高光谱数据中提取的P1和P2谱线周围的PL曲线。PL图显示了P1线的边缘附近的发射淬灭。进一步的研究表明，这种效应导致PL强度降低了约30%，而不是由于成分变化。这一观察结果是史无前例的，为没有P1图案线感应的寄生电路径的互连设计带来了新的见解。这项工作展示了高光谱成像如何成为识别损耗和提高CIGS模块效率的有用工具。
图1.P1线边缘内的异常PL观测。(a)P1和P2消融线的光学显微照片（顶部）以及从在同一点（底部）捕获的高光谱显微照片中提取的PL强度图；(b)P1和P2图案线（顶部）的单色（980nm处的PL）PL图像，以及在P1和P2的PL线轮廓（980nm）的统计分析，显示了P1边缘PL效应的程度。（仅显示具有代表性的剖面；平均值是基于25个剖面中完成的。）改编自[2]。
二、CIGS微电池的不均匀性研究
CIGS太阳能电池实现更高效率的另一个障碍部分归因于其多晶性质带来的电池不均匀性。为了量化形态对电池效率的影响，研究其不同特性的空间变化至关重要。
考虑到这一点，IPVF（前身为IRDEP-光伏能源研究与发展研究所）的研究人员通过光谱和空间分辨光致发光（PL）和电致发光（EL）成像研究了CIGS微电池（直径为35μm）[3]。为了进行这样的实验，他们使用了光谱分辨率为2nm的高光谱成像仪（IMA），空间分辨率接近衍射极限（~μm）。EL采用源表，Vapp=0.95V。532nm激光用于PL（激发光照强度为0.58mw）。在显微镜物镜下的整个视场被激发，同时收集来自百万个点的PL信号。
图2（a）和（b）显示了CIGS微电池的PL和EL图像。通过结合其光谱分辨的PL和EL图以及光度绝对校准方法，研究人员可以使用广义普朗克定律来提取与电池zui大电压直接相关的准费米能级分裂（Δμeff）（见图1（c）和（d））。借助太阳能电池和LED之间的互易关系，可以从EL图像中推导出外部量子效率（EQE）。
在样品的整个表面上获得微米级的基本特性有助于改进制造工艺，从而达到更高的电池效率。
图2.（a）集成PL发射和（b）集成EL发射的高光谱图像。使用广义普朗克定律，可以推导出（c）和（d）Δμeff映射。改编自[3]。
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相关文献：
[1] Yoshida S. et al. 2019, Solar frontier achieves world record thin-film solar cell efficiency of 23.35%. PR Team, Corporate Administration Department, Solar Frontier, 17 January 2019, accessed August 27th 2020.
[2] Quiroz, C. O. R., Dion-Bertrand, L.-I., Brabec, C. J., Müller, J., & Orgassa, K. (2020). Deciphering the origins of P1-induced power losses in CIGS modules through hyperspectral luminescence.
[3] Delamarre, A., Paire, M., Guillemoles, J.-F., & Lombez, L. (2014). Quantitative luminescence mapping of Cu(In, Ga)Se2 thin-film solar cells. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 23(10), 1305–1312.
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