近年来，Cu（In，Ga）Se（CIGS）光伏功率转换效率在实验室规模上有显著提高。虽然这些报告令人鼓舞，但这些成就仍然只是在实验室规模上完成的。实际上，高效组件的工业制造更具挑战性，电池与模块的效率差距就是明证。因此，大型组件的行业相关创纪录效率已达到总面积的17.6%。在进一步提高模块效率的不同策略中，采用混合或创新的模块化方案。具体说来设计替代图案几何形状以减少电气损耗和/或死区是文献中广泛引用的话题。为了更好地了解可用的不同激光烧蚀工艺造成的损伤程度，利用高分辨率高光谱成像仪来研究图案区域内和周围的光致发光（PL）。
通过高光谱解密 (CIGS) 模块中引发的功率损耗的起源（一）
高光谱成像仪（IMA；Photon etc. Inc.）由一个光学显微镜与连续波（CW）激光器、宽带照明光源和基于体布拉格光栅（VBG）的高光谱滤光器组成。该系统的波长范围可以在400至1000nm之间连续调谐。IMA提供光谱和空间分辨的发光、反射和透射图像，光谱分辨率小于2nm，空间分辨率约为1μm（衍射极限）。CIGS模块使用532nm激光器均匀激发，光学和光致发光（PL）图像使用基于硅的电荷耦合器件（Si ccd）相机获取。
布拉格光栅技术设用于全局成像，允许在显微镜下逐波长获取整个视野内的信号。传统的荧光（PL）成像设置基于逐点或线扫描技术，需要重构图像。使用这些成像技术时，仅照亮样品的一小部分（使用共聚焦逐点设置时约为1μm2），周围区域保持黑暗，导致载流子向这些区域横向扩散。全局照明避免了由于局部照明引起的载流子复合。使用全局成像时生成的等势体防止了电荷向更暗区域扩散。用于全局成像模式的均匀照明使得在现实条件下进行PL实验成为可能，z低可达一个相当于太阳功率密度。预计仪器激发强度波动可达13%。激发辐照度的变化将带来PL发射的比例变化，使这种效应易于识别。此外，在仪器软件的辅助下，这些效应将减少到可以忽略的min程度。
图1(a)展示了在CIGS沉积前，P1划线和P2激光划线区域的光学显微照片和PL显微照片在同一位置的直接比较。正如预期的那样，P2激光槽周围的金属化区域没有PL发射。关于P1烧蚀线上的CIGS材料的PL空间均匀性特征，我们观察到了不同的情况。与光学显微照片不同，PL图显示发射强度似乎沿着底层P1槽的轮廓减弱。为了更仔细地观察P1槽上的PL行为（以下简称P1边缘PL效应），我们提取了25条PL强度剖面，其中一些显示在图1(b)中。再次验证了在P1槽轮廓处的显著光致发光猝灭效应。
比较从CIGS材料不同区域提取的PL光谱时，我们进一步观察到PL带结构没有变化，这表明烧蚀区域内的P1边缘PL效应与成分变化无关（图2(a)和(b)）。关于P1槽边缘的强度变化，一方面，P1边缘PL效应的观察解释了CIGS材料在钼槽边缘的大部分上下短路路径。另一方面，CIGS层厚度在同一边缘的变化也同样可以解释P1边缘PL效应。为了阐明后者作为P1边缘PL效应潜在原因的可能性，我们进行了聚焦在P1槽边缘的扫描电子显微镜（SEM）截面图（图2(c)）。由于PL显微照片的高分辨率，我们可以轻松测量PL-P1边缘效应的范围，我们观察到全宽半高（FWHM）约为4.6μm。从SEM截面图可以很容易地识别出，P1边缘PL效应的范围远远超过了由于底层钼层导致的CIGS吸收材料的阶梯。考虑到钼侧壁的载流子提取面积（厚度约400nm）的增加，很难解释在约4.6μm范围内30%的光致发光猝灭。
图1. 标准P1激光划线中异常光致发光观察。(a) P1和P2（底部）烧蚀线（顶部）的光学显微照片以及从同一位置捕获的高光谱显微照片中提取的PL强度图（底部）；(b) P1和P2划线（顶部）的单色（980 nm处的PL）PL图像，以及跨P1和P2的PL线剖面（980 nm处）的统计分析（底部），显示P1边缘PL效应的程度（仅显示具有代表性的剖面；平均值是对所有25个剖面进行的）。FWHM：半峰全宽。
图2. P1线边缘内异常PL观察。(a) 图1(a)底部放大的插图1和2；(b) 从图1(a)底部的高光谱显微照片中提取的四个代表区域的PL光谱，显示PL-P1边缘与参考区域之间的PL带结构没有明显变化；(c) P1槽边缘的SEM截面图，表明P1边缘的PL效应与CIGS材料厚度的变化无关（参考区域的光谱从图1(a)底部远离任何划线区域的部分提取）。
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相关文献：
[1] Hyperspectral Photoluminescence Imaging for Spatially Resolved Determination of Electrical Parameters of Laser-Patterned Perovskite Solar Cells
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