通过高光谱解密 (CIGS) 模块中引发的功率损耗的起源（二）

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通过高光谱解密 (CIGS) 模块中引发的功率损耗的起源（二）

CIGS激光图形化后P1的激光诱导损伤

图1(a)–(d)展示了在CIGS沉积后使用和不使用光学孔径的两种P1烧蚀线的高光谱PL图像及其光学显微图，分别称为P1-A和P1-NA。在两种情况下，观察到的第1个特征是通过去除CIGS材料限定的沟槽宽度与PL发射沟槽宽度不同。PL沟槽明显更宽。为了量化图形线附近PL不活跃区域的重要性，将两个图像进行叠加和比较（图1(a)–(d)）。

图1.独立于光学孔径的激光诱导短程热效应的观察。(a,b) P1在CIGS图形化后的光学显微图像：(a)使用光学孔径和(b)不使用光学孔径的激光光路径。(c,d)对应的单色PL显微图像。下方面板突出了由光学和光致发光显微图像绘制的区域。(e,f)通过从PL失活区域减去CIGS去除区域观察短程热效应：(e)使用光学孔径和(f)不使用光学孔径（所有max宽度估计值均为近似值）。

通过光学图像可以轻松检测出Mo和CIGS之间的强烈对比，从而确定CIGS材料的缺失边界。相反，对于PL失活区域的确定，考虑了在max计数点980 nm处的PL发射强度：PL区域的开始是当光致发光超过980 nm所有参考活动区域的平均发射强度的50%时。通过去除CIGS材料绘制的P1线的max宽度约为P1-NA的84μm和P1-A的42μm。为了测量通过PL图像绘制的烧蚀沟槽的max宽度，分析了每种情况下总共65条水平PL强度曲线。部分曲线显示在图2(b)和图3(b)中。maxPL沟槽宽度为P1-NA的约95μm和P1-A的约50μm。光学与PL发射图像的直接比较如图1(e)和(f)所示，可以轻松识别P1-NA和P1-A分别增加了约7.2μm和8.7μm。由于这种效应仅在短程内（5–10μm），因此将其称为短程热效应或“SR热效应”。强调，观察到的SR热效应与是否使用光学孔径无关。

图2.激光诱导的长程热效应的观察——无光学孔径。(a) CIGS/CdS/i:ZnO图形线后的P1单色PL显微图像；(b)选定的强度曲线，其中红色标签表示它们在y方向上的位置；(c)归一化统计PL积分在选定区域内；(d, e)烧蚀线(d)左侧和(e)右侧的统计PL光谱分析。参考光谱由实线灰色线表示。

图3.激光诱导的长程热效应的观察——有光学孔径。(a) CIGS/CdS/i:ZnO图形线后的P1单色PL显微图像；(b) 选定的强度曲线，其中红色标签表示它们在y方向上的位置；(c) 归一化统计PL积分在选定区域内；(d, e) 烧蚀线(d) 左侧和(e) 右侧的统计PL光谱分析。参考光谱由实线灰色线表示。

光致辐射复合的完全和突然耗尽可能表明化学成分的显著变化或有效的相变。由于SR热效应的范围远超光生载流子的迁移距离，可以很容易地理解SR热效应内的CIGS区域不再是光活性的。作为参考，Brown通过电子束诱导电流（EBIC）报告了0.30到0.52μm的少数载流子扩散长度。相应地，Delamarre使用宽带可调激光的光束诱导电流（LBIC）装置绘制了1.09μm（标准偏差为0.10μm）的载流子扩散长度。上述陈述可以通过以下事实进一步解释：CIGS的部分损伤不会完全耗尽光致辐射复合，而只会抑制它。热诱导缺陷的逐渐增加将通过非辐射能量耗散途径（如热或红外辐射）逐渐抑制光致辐射复合。在这方面，Schultz报告了图形线边缘的CIGS成分的激光诱导变化，也是短程距离。借助能量色散X射线光谱（EDX）、原子力显微镜（AFM）和导电原子力显微镜（c-AFM），他们发现这种成分变化源于导电率的局部显著增加。CIGS的热分解是文献中广泛研究的主题，通常归因于元素成分的部分减少，这些成分需要较少的能量进行蒸发、熔化或扩散。仅考虑蒸发焓，铜（Cu）在CIGS材料中倾向于保留更长时间。SR热效应内的Cu丰富的CIGS会解释图1(e)和(f)中显示的差异。同样，P1激光烧蚀线附近的Cu丰富的CIGS相会成为P1诱导功率损失的重要来源。

总之，在激光烧蚀过程中确实存在平行的SR热效应。这种短程效应是首次在高分辨率下观察和记录到的。正如上文所述，这种效应与是否使用光学孔径无关。zui后的观察尤其重要，因为它表明SR热效应是烧蚀过程本身的内在特性。这表明SR热效应与激光束的光束轮廓无关。因此可见，在使用类似频率和功率的激光器时，其他光束整形策略将无法防止可能源于SR热效应的电分流。

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参考文献：

[1] Hyperspectral Photoluminescence Imaging for Spatially Resolved Determination of Electrical Parameters of Laser-Patterned Perovskite Solar Cells

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