Impact of Surface Roughness in Measuring Optoelectronic Characteristics of Thin-Film Solar Cells

材料科学 碲化镉光电 开尔文探针力显微镜 聚焦离子束 抛光 表面粗糙度 表面光洁度 光电子学 薄膜 光致发光 光学 显微镜 纳米尺度 纳米技术 原子力显微镜 复合材料 离子 化学 物理 有机化学
作者
David Magginetti,Seok-Gy Jeon,Yohan Yoon,Ashif Choudhury,Ashraful Mamun,Qian Yang,Jordan M. Gerton,Heayoung P. Yoon
标识
DOI:10.1109/pvsc48320.2023.10359832
摘要

Microstructural properties of thin-film absorber layers playa vital role in developing high-performance solar cells. Scanning probe microscopy is frequently used for measuring spatially inhomogeneous properties of thin-film solar cells. While powerful, the nanoscale probe can be sensitive to the roughness of samples, introducing convoluted signals and unintended artifacts into the measurement. Here, we apply a glancing-angle focused ion beam (FIB) technique to reduce the surface roughness of CdTe while preserving the subsurface optoelectronic properties of the solar cells. We compare the nanoscale optoelectronic properties “before” and “after” the FIB polishing. Simultaneously collected Kelvin-probe force microscopy (KPFM) and atomic force microscopy (AFM) images show that the contact potential difference (CPD) of CdTe pristine (peak-to-valley roughness> 600 nm) follows the topography. In contrast, the CPD map of polished CdTe « 20 nm) is independent of the surface roughness. We demonstrate the smooth CdTe surface also enables high-resolution photoluminescence (PL) imaging at a resolution much smaller than individual grains (< 1 µm), Our finite-difference time-domain (FDTD) simulations illustrate how the local light excitation interacts with CdTe surfaces. Our work supports low-angle FIB polishing can be beneficial in studying buried sub-microstructural properties of thin-film solar cells with care for possible ion-beam damage near the surface.
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