Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1 - Изображение руки жены Рентгена
Рисунок 2 - Закон Мозли - один из основных законов рентгеноструктурного анализа
Рисунок 3 - Схема возникновения характеристических рентгеновских спектров поглощения и испускания
Рисунок 4 - Схема рентгеноструктурного анализа
Рисунок 5 - Схема дифракции рентгеновских лучей на тонкой пленке солнечной батареи (Roentgenstrahlen treffen Photovoltaik 6.5.2009, HW Schock)
Рисунок 6 - К рентгеноспектральному микроанализу
Рисунок 7 - Ручной портативный спектрометр
Рисунок 8 - Производственный (стационарный) рентгеноструктурный анализ. Сканирующий рентгеновский столик
Рисунок 9 - К-серия рентгеновских характеристических спектров
Рисунок 10 - Кантилевер установки рентгенофлуоресцентного анализа
Рисунок 11 - Примеры полученных спектров
Рисунок 12 - Исследование многослойной структуры солнечной батареи

Рентгеновские лучи и солнечные батареи

Ключевые слова:  периодика, рентгеноструктурный анализ, солнечная батарея

Автор(ы): Клюев Павел Геннадиевич

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

16 сентября 2010

Производство солнечных батарей, как и любое другое, требует контроля различных параметров изделия.

Рассмотрим более подробно рентгеновский (X-Ray) анализ, применяемый для контроля элементного состава солнечных батарей, профиля глубины распределения примеси, определения стехиометрии кристалла (соотношения элементов) и пр.. Рентгеновские лучи были открыты чуть более века тому назад Рентгеном. Хотя существуют свидетельства, что излучение в этом диапазоне получали и Герц, и Крукс, которые, однако, результатов своей работы не опубликовали. В итоге, Рентген издал около трех исчерпывающих статей на эту тематику, впоследствии никому не удавалось добавить к ним ничего существенного. Известна фотография руки жены Рентгена, сделанная им же самим и опубликованная в одной из своих работ (рисунок 1).

Существует несколько разновидностей рентгеновского анализа, хотя физика процессов остается прежней. Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF analysis) используется с целью получения элементного состава вещества. Характеристическое излучение несет информацию об излучающих атомах. Рентгенофазовый анализ основан на применении длины волны излучения, сравнимой с межплоскостным расстоянием кристаллической решетки исследуемого вещества. Волны, отраженные разными плоскостями, интерферируют за счет разности пройденных путей. Обычно ослаблением амплитуды волны, прошедшей вглубь кристалла и возвратившейся на поверхность, пренебрегают. Основное уравнение рентгенофазового аннализа - уравнение Брэгга-Вульфа. Оно позволяет содной стороны, используя рентгеновское излучение с определенной длиной волны исследовать неизвестную структуру вещества, а с другой - используя известные кристаллы, как соль например, исследовать рентгеновские лучи. Рентгенография поликристаллических материалов позволяет определить состояния твердого тела (кристаллическое, аморфное, нанокристаллическое, аморфное с кристаллическими включениями), определить параметры элементарной ячейки исследуемого образца.

С точки зрения определения элементного состава, важное значение имеет характеристическое излучение. Закон Мозли (рисунок 2), устанавливает связь между длиной волны характеристического излучения и порядковым номером элемента. Первичное рентгеновское излучение (или поток электронов) выбивает электроны на более глубоких (с меньшей энергией) уровнях атома. Затем происходит последовательные каскадные переходы электронов с высших уровней на нижние вакантные уровни. Переход электронов на один общий уровень энергии со всех остальных называется серией. Существуют K,L,M,N серии, причем L,M,N являются сложными и состоят из нескольких подуровней (см.рисунок 3).

Схема рентгеновского спектрометра показана на рисунке 4. В общем случае имеем источник рентгеновского излучения, объект и приемник характеристического излучения. В качестве первичного источника рентгеновского излучения обычно используют рентгеновские трубки, в которых возбуждение электрода происходит высокоэнергетичными электронами. Количественные оценки анализа основываются на относительной интенсивности линии излучения. В качестве эталона берется интенсивность линии излучения элемента с известной концентрацией. Также существует возможность перепоглощения характеристического излучения другими элементами. Чтобы исключить эту возможность, обычно используют тонкие образцы (микроны) или прибегают к упрощениям и используют эталоны, которые по количественному составу элемента-поглотителя характеристического излучения близки к исследуемому образцу. Вторичное рентгеновское излучение характеризуется изотропностью распространения в пространстве. Это удобно для определения наличия источников излучения с разными длинами волн. Спектрографы размещаются в пределах полусферы над источником характеристического излучения, таким образом удается зарегистрировать разные длины волн. Вообще-то характеристическое излучение нужно разложить в спектр. Для того, чтобы это сделать используют кристалл-анализаторы, действие которых основано на дифракции длин волн под определенными углами - снова закон Брэгга-Вульфа nl = 2d sinq.

В рентгеновской спектроскопии часто используется так называемое синхротронное излучение – излучение релятивистских частиц, движущихся ускоренно по круговым траекториям в магнитном поле. С увеличением скорости частицы роль высоких гармоник возрастает. Когда частица приближается к релятивистскому пределу, излучение в области наиболее интенсивных высоких гармоник обладает практически непрерывным спектром и сосредоточено в направлении мгновенной скорости в узком конусе с углом раствора ~ mc2/Е, где m и Е — масса и энергия частицы, с — скорость света в вакууме. Синхротронное излучение используют для анализа тонких пленок и многослойных тонких структур (рисунок 6).

Пример исследования многослойной структуры солнечной батареи рентгеновским методом показан на рисунке 12. В подтверждение уже сказанному, видим, что бета линии смещены в коротковолновую часть спектра по сравнению с альфа линиями излучения одной и той же серии.

Список использованной литературы

1 И.Б.Боровский. Рентгеноспектральный анализ. УФН. 1959

2 PV seminar papers 2009, Centroterm, Author Dr. Koetschau, PTB

3 PV seminar papers 2009, Author Dr. Beckhoff, PTB

4 PV seminar papers 2009, Sulfurcell, Author Dr. Koetschau, PTB

5 http://www.xrf.ru/theory.html



Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 


Комментарии
Neugierige, 19 сентября 2010 12:24 
Может быть, в качестве доп. литературы стоило и другие ссылки привести? Так, вдруг кто- нибудь заинтересуется.
1. М. И. Мазурицкий, Способы фокусировки и разложения в спектр рентгеновского излучения.
Кстати, из Соросовского образовательного журнала.Отдача в российские сети без ограничений.
2. Мазурицкий М.И. "Рентгено - спектральная оптика" ,
3. Дулов Е.Н., Ивойлов Н.Г. РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ Конспект лекций Издательство Казанского государственного университета 2008

Клюев Павел Геннадиевич, 19 сентября 2010 12:42 
очень полезные книжки, спасибо большое!
Neugierige, 19 сентября 2010 14:37 
Солнечные батареи - интересно! Но как сложно их изготовление. Что много брака, если используется такое оборудование?
А где посмотреть более популярно ?
Пожалуйста, подскажите!
Клюев Павел Геннадиевич, 22 сентября 2010 00:35 
Ангелина, солнечная батарея - достаточно сложный объект. Идет борьба за каждый процент КПД, поэтому контроль структуры кристалла батареи, его элементного состава очень важен. могут присутствовать ненужные примеси. также важно измерять толщину в многослойных солнечных батареях и пр. вот так.
Максаков Алексей Викторович, 27 сентября 2010 18:13 
Павел, про рентген много, а про само изучение солнечных батарей маловато
Пастух Евфграфович, 05 октября 2010 12:51 
"Я так думаю", солнечную батарею - аккумулятор - конденстор скоро сделают... в обычном полиэтиленовом мешке.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Левитация капли магнитной жидкости в переменном магнитном поле
Левитация капли магнитной жидкости в переменном магнитном поле

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.