1. STEM-EELS investigation of c-Si/a-AlO interface for solar cell applications
- Author
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Etienne Drahi, Guillaume Noircler, Fabien Lebreton, Bénédicte Warot-Fonrose, Patricia de Coux, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut Photovoltaïque d’Ile-de-France (UMR) (IPVF), École polytechnique (X)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-TOTAL FINA ELF-EDF (EDF)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Photovoltaïque d’Ile-de-France (ITE) (IPVF)-Air Liquide [Siège Social], Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] (LPICM), École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Total M&S [Paris La Defense], TOTAL FINA ELF, Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Materials science ,Passivation ,General Physics and Astronomy ,02 engineering and technology ,01 natural sciences ,7. Clean energy ,law.invention ,chemistry.chemical_compound ,Structural Biology ,law ,0103 physical sciences ,Solar cell ,Radiation damage ,General Materials Science ,Crystalline silicon ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,010302 applied physics ,business.industry ,Cell Biology ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Amorphous solid ,Solar cell efficiency ,Silicon nitride ,chemistry ,Radiolysis ,[PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci] ,Optoelectronics ,0210 nano-technology ,business - Abstract
In this article, STEM-EELS methodology is described to investigate the composition of sensitive crystalline Silicon/amorphous aluminum oxide (c-Si/a-AlOx) interface of an a AlOx/amorphous hydrogenated silicon nitride (a-AlOx/a-SiNx:H) passivation stack of a c-Si solar cell. In this stack, a-AlOx has the distinctive characteristic to provide both chemical and field effect passivation, which need further research to be more controlled in order to improve solar cell efficiency. a-AlOx is known to be unstable under the electron-beam, so we first present a detailed study on the electron-beam radiation damage to c-Si/a-AlOx interface. This interface can indeed undergo several electron-beam irradiation damage like sputtering, knock-on or radiolysis if precautions are not taken. Radiolysis damage has been found to be the dominant radiation damage. Thus, several STEM-EELS acquisition parameters like acceleration voltage, electron dose and scan orientation were taken into account and modified to limit this radiolysis damage. Once the irradiation was limited, STEM-EELS investigation was conduct using DualEELS on the Si and Al L2,3 and OK edge fines structures. The interface was found to be composed of a-SiOx and non-stoichiometric aluminum silicate with a predominance of tetrahedrally coordinated Al in its first layer.
- Published
- 2021