綠色光子學(xué)拉曼光譜
當(dāng)大多數(shù)人聽(tīng)到“綠色光子學(xué)”這個(gè)詞時(shí)，他們會(huì)立即想到綠色激光筆。然而，綠色光子學(xué)不僅僅是波長(zhǎng)在 500 到 550 nm 之間的激光束?；剂峡萁邔?duì)我們的能源供應(yīng)構(gòu)成的威脅需要在技術(shù)開(kāi)發(fā)方面進(jìn)行新的創(chuàng)新，以維持我們當(dāng)前受技術(shù)驅(qū)動(dòng)的生活方式。光子技術(shù)將在該領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，并且已經(jīng)處于許多計(jì)劃的前沿，從用于太陽(yáng)能捕獲的光伏材料的基礎(chǔ)研究到創(chuàng)新低功率照明的開(kāi)發(fā)。
在 Semrock，我們?cè)絹?lái)越多地參與這場(chǎng)“綠色”革命，與研究實(shí)驗(yàn)室和制造商合作，為他們提供的濾光片，以滿足他們的研發(fā)需求。Semrock 發(fā)揮關(guān)鍵作用的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域如下所示：太陽(yáng)能電池檢測(cè)。
使用拉曼光譜檢查太陽(yáng)能電池
太陽(yáng)能電池等光收集技術(shù)的最終目標(biāo)是收集盡可能多的陽(yáng)光，并將這些光有效地轉(zhuǎn)化為有用的電能。開(kāi)發(fā)基于硅的高轉(zhuǎn)換效率太陽(yáng)能電池是當(dāng)前光伏 (PV) 技術(shù)的核心。為了實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率，需要高度結(jié)晶、無(wú)缺陷和無(wú)應(yīng)變的硅膜/層。然而，同樣具有挑戰(zhàn)性的是采用可靠的定量分析工具來(lái)監(jiān)控和了解硅材料在制造后的表現(xiàn)。
拉曼光譜就是這樣一種工具，廣泛用于太陽(yáng)能電池行業(yè)，用于監(jiān)測(cè)為 PV 電池制造的硅的質(zhì)量。了解材料結(jié)晶度對(duì)于用單晶硅制造太陽(yáng)能電池至關(guān)重要，因?yàn)榉蔷Ч璧拇嬖跁?huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率降低。拉曼光譜是區(qū)分和量化硅中結(jié)晶度的工具。在晶體硅中，鍵角、鍵強(qiáng)度和鍵能非常均勻和有序。因此，高度結(jié)晶的硅具有非常尖銳的峰，例如集中在 ~ 520 cm-1 處的峰。在非晶（即非晶）硅中，鍵角、鍵強(qiáng)度和鍵能會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致在 480 cm-1 附近產(chǎn)生廣泛的漫射光譜特征。
圖 1：了解硅中的結(jié)晶度：從硅樣品區(qū)域測(cè)量的拉曼光譜顯示存在高度結(jié)晶（橙色）和非結(jié)晶（綠色、青色、紅色）材料。數(shù)據(jù)由 Thermo Fisher Scientific 提供，/dxr。
量化太陽(yáng)能電池材料中的熱應(yīng)力和界面應(yīng)力的能力至關(guān)重要。壓力會(huì)顯著影響光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。因此，了解應(yīng)力位于何處、它們?nèi)绾斡绊戨姵匦阅芤约白罱K如何控制它們以提高工藝良率至關(guān)重要。拉曼光譜通過(guò)監(jiān)測(cè)樣品上 520 cm-1 峰的光譜位置，可以直接測(cè)量硅基太陽(yáng)能電池中的應(yīng)力（或應(yīng)變），從中可以生成具有亞微米空間分辨率的應(yīng)力圖。因此，拉曼光譜提供了對(duì)太陽(yáng)能電池加工的直接洞察，并防止效率較低的電池退出生產(chǎn)。
圖 2：映射硅中的應(yīng)力：通過(guò)從硅晶片中的激光鉆孔監(jiān)測(cè)以 ~520 cm-1 為中心的拉曼峰位置生成的應(yīng)力圖。因此，工程師可以評(píng)估精確的鉆井參數(shù)，以產(chǎn)生的應(yīng)力并保持高轉(zhuǎn)換效率。圖片由 WITec GmbH 提供，www.witec.de。
用于太陽(yáng)能電池的替代和高度研究的材料是碳化硅和銅銦鎵二硒化物，或 CIGS。鑒于 CGIS 是一種合金，它可以用每個(gè)單獨(dú)成分的不同混合物制造。使用具有陡峭邊緣和小躍遷寬度的濾光片的高性能拉曼光譜可以檢測(cè)到比硅的 520 cm-1 峰更靠近激光線 (< 190="" cm-1)="" 的低能量振動(dòng)模式。通過(guò)監(jiān)測(cè)="" 172="" cm-1="" 附近的拉曼峰，可以量化銦和鎵的濃度并生成整個(gè)="" cigs="" 薄膜的合金異質(zhì)性圖。="" ="">
圖 3：替代太陽(yáng)能材料的拉曼光譜：使用高性能邊緣濾波器的拉曼光譜可用于精確監(jiān)測(cè)銅銦鎵二硒 (CIGS) 太陽(yáng)能電池薄膜中的銦和鎵合金成分。數(shù)據(jù)由 Thermo Fisher Scientific 提供，/dxr。
