Ramanova spektroskopie pro měření záchytu světla

0424962 - FZÚ 2014 CZ cze D - Thesis
Ganzerová, Kristína
Ramanova spektroskopie pro měření záchytu světla.
[Raman spectroscopy for light trapping measurement.]
Technická univerzita v Liberci. - Liberec, 2013. 58 s.
R&D Projects: GA ČR GA13-25747S; GA ČR GA13-12386S; GA MŠMT(CZ) LM2011026
Grant - others:AVČR(CZ) M100101216; AVČR(CZ) M100101217
Institutional support: RVO:68378271
Keywords : silicon solar cells * polykrystaline thin-films * microcrystal thin-films * light trapping * Raman spectroscopy
Subject RIV: BM - Solid Matter Physics ; Magnetism

Záchyt a absorpce světla jsou podstatou pro efektivní fungování solárního článku. Tenkovrstvé křemíkové solární články mají nedostatečnou absorpci záření v NIR Proto se křemíkové vrstvy deponují na skleněné substráty s drsným povrchem, aby se zaručil větší rozptyl světla. Tím se prodlouží dráha fotonu ve vrstvě a zvýší se následná absorpce. Ramanova spektroskopie je nedestruktivní bezkontaktní metoda, která se běžně používá v chemii, mineralogii nebo geologii. U tenkých křemíkových vrstev se používá pro určení krystalinity nebo napětí ve vrstvě. Možné využití Ramanovy spektroskopie pro studium záchytu světla je hlavním tématem této diplomové práce. Pro měření se použili vzorky poly- a mikro-krystalického křemíku deponovaného na skleněných podložkách s různou hrubostí povrchu. Hrubost povrchu byla měřena pomocí mikroskopu atomárních sil AFM. Ramanova spektra byla excitována pomocí slabě absorbovatelné laserové diody 785 nm a silně absorbovatelného laseru 442 nm. Předmětem našich studií byla zejména intenzita Ramanova rozptylu. Ta byla porovnávána s hrubostí povrchu vzorků. Vzorky s pc-Si vrstvou vykazovali různou Ramanovskou intenzitu v závislosti na uspořádání zrn na povrchu. Ramanovská spektra vzorků s µc-Si excitována laserovou diodou 785 nm vykazovali při větší drsnosti povrchu i rostoucí hodnoty Ramanovských intenzit. Můžeme proto konstatovat, že Intenzita Ramanova spektra (pro excitaci 785 nm) je úměrná hrubosti a rozptylovým podmínkám v tenké vrstvě. Oproti tomu spektra µc-Si excitované silně absorbovatelným laserem 442 nm vykazovali změnu závislosti hrubosti povrchu na velikosti Ramanovské intenzity. Pro tuto vlnovou délku je vliv rozptylu nevýznamný Ukázali jsme, že Ramanova spektroskopie je vodná metoda pro studium záchytu světla v tenké křemíkové vrstvě. Intenzita Ramanova pásu souvisí s rozptylovými vlastnostmi podložky schopností záchytu světla v tenkovrstvých solárních článcích.

Light trapping and absorption of light are essentials for efective function of solar cell. Thin film silicon solar cells have weak absorption in NIR. Therefore, the silicon layer is deposited to glass substrates with rough surface, in order to guarantee greater scattering of light. This extends the path of the photon in the layer and increases the absorption. Raman spectroscopy is non-destructive contactless method, which is commonly used in chemismy, mineralogy and geology. The thin silicon layer is used to determine the crystalinity or internal stress in layer. Possible use of Raman micro-spectroscopy for the study of capture light is the main subject of this diploma thesis. As samples were used poly- and micro-crystalline silicon deposited on a glass substrates with different surface roughness. Raman spectra were excited by weakly absorbed laser diode 785 nm and highly absorbed laser 442 nm. The subject of our research was mainly the intensity of Raman scattering. This was compared with the surface roughness of the sample. Samples with pc-Si layer showed varying Raman intensity depending on the arrangement of grains on the surface. Raman spectra of samples with µc-Si excited by 785 nm laser diode showed with a greater surface roughness increasing values of Raman intensities. Therefore, we can say that the intensity of the Raman spectra (excitation of 785 nm) is propotional to the roughness and scattering conditions in a thin layer. In contrast, the spectrum of µc-Si excited by strongly absorbed 442 nm showed no change in Raman intensity. For this wavelenght scattering effect is not signifiant. We showed that Raman spectroscopy is a suitable method for the study of light trapping in the silicon layer. The intensity of the Raman band is related with the scattering properties of substrate and ability of light trapping in thin film solar cells.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0230938