Nanoscale spatially-resolved characterization of photovoltaic devices and materials

La tecnologia solar i fotovoltaica ha experimentat un important creixement durant els últims anys, i es preveu que sigui una de les principals fonts d'energia en un futur proper. Aquest creixement està relacionat amb una reducció significativa dels costos de producció i fabricació, així com amb una important evolució dels dispositius fotovoltaics que ha originat un increment en l'eficiència de les actuals cèl·lules solars. En el context del desenvolupament de nous dispositius fotovoltaics, la caracterització de materials es considera una tasca determinant. Així, tenint en compte que els dispositius fotovoltaics evolucionen cap a sistemes més prims i estructures més petites, les tècniques de caracterització d'alta resolució representen un paper rellevant en l'evolució i desenvolupament de la tecnologia solar i fotovoltaica. En el present treball, s’utilitzen diferents tècniques de caracterització d'alta resolució per estudiar determinades característiques de dispositius solars basats en silici cristal·lí. Entre les tècniques utilitzades trobem la microscòpia per sonda kelvin, l’espectroscòpia Raman i l’espectroscòpia de fotoluminescència. En concret, el treball es centra fonamentalment en l'estudi de capes de passivació superficial, així com en l'estudi de contactes elèctrics locals processats mitjançant tecnologia làser. L'elevada resolució de les tècniques de caracterització utilitzades en aquest treball ens permet accedir a informació única i exclusiva sobre certes propietats dels sistemes i materials estudiats. D'aquesta manera, la informació obtinguda representa la base per optimitzar i millorar els dispositius fotovoltaics actuals. En la part final del treball, les mateixes tècniques experimentals s'utilitzen per estudiar l'ordenament molecular de diferents capes orgàniques utilitzades en dispositius fotovoltaics d’última generació. Els sistemes fotovoltaics orgànics mostren atractives propietats com flexibilitat i baix cost, les quals posicionen a aquests sistemes com possibles candidats per un ampli ventall de noves aplicacions. Amb aquest últim estudi es vol demostrar la versatilitat i potencial de les tècniques experimentals utilitzades en aquest treball per a l'estudi de materials i dispositius fotovoltaics.Photovoltaic (PV) technology has experienced a tremendous growth during recent years, and PV energy is expected to be one of the main energy sources in the future. This growth has been induced by a drastic reduction of production costs, and an important evolution of solar cell technology that has lead to an increase of solar cells efficiency. In the context of device evolution, material and device characterization becomes an important task to further explore novel PV systems and architectures. Since ultimate PV technologies progressively move towards thinner devices and smaller structures, characterization techniques with high spatial resolution play an important role for the further technological development of the PV field. In this work, we apply different high-resolution advanced characterization techniques such as Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM), micro-Raman and micro-Photoluminescence (PL) to carry out a comprehensive study of crystalline silicon (c-Si) PV devices. In particular, the work is focused on the analysis of rear surface passivation layers and local base contacts processed by laser, which are key features of ultimate c-Si PV architectures. The high-resolution capabilities of such experimental techniques allow obtaining unique and exclusive information about material properties and device operation. In this sense, the obtained information represents the foundations to improve and optimize the current PV devices and technology. In the final part of the work, we apply the same experimental techniques to study the molecular distribution across organic PV (OPV) thin films. OPV systems show attractive properties like low cost and flexibility, which make them suitable candidates for a broad range of novel application possibilities. With this last study we intend to demonstrate the versatility and applicability of the used characterization techniques for studying a wide range of PV materials and devices