使用Bruker M1 Mistral 與M4 Tornado分析太陽能電池
太陽能電池在動力生產中已成為一股趨勢。轉換的效率取決於電池的化學組成和物理結構，化學成分對薄膜結構特別重要，薄膜電池中的吸收劑是由Cu-In-Ga-Se或Cu-In-Ga-S組成的CIGS化合物，薄膜電池的結構包含接觸層和鈍化層。為了在製造過程中進行技術開發和質量控制，首先重要的是檢查薄層成分、厚度和均勻性，由於缺乏合適參考品，樣品分析是採無標準方法，但能透過使用EDS來驗證分析結果。
儀器設備
使用Bruker M1 MISTRAL和M4 TORNADO進行分析，兩種儀器均為Micro-XRF光譜儀但使用不同的測量條件。M1 MISTRAL只能在大氣中進行測量，並透過準直器將光斑尺寸限縮到300μm。M4 TORNADO能夠在真空狀態下測量樣品，並透過多導毛細管X射線光學器件將光斑縮小至25μm，兩種儀器都使用具有高計數率和良好分辨率功能的矽漂移檢測器檢測螢光輻射。
樣品結構
CIGS 太陽能電池是由沉積在塗有Mo接觸層的玻璃基板上製造，CIGS吸收劑依次塗有頂部接觸層(CdS)和鈍化層(ZnO)，依據製造過程，能分析有無頂層的CIGS成分，因為CdS層非常薄，該層元素的靈敏度必須很高。太陽能電池典型的層結構如下圖1。
一般大氣和真空下的測量比較
使用不同的測量條件對CIGS層進行分析，首先只針對CIGS層比較不同測量介質(一般大氣/真空)的影響，如圖2所示，一般大氣介質吸收引起的差異僅在低能量範圍較顯著。在真空介質測量的In-L輻射強度比空氣中高2倍，所有其他元素線為不受空氣介質吸收(Cu, Ga)的強烈影響，或與定量無關(玻璃中Si)。
多導毛細管光學器件和準直器的激發比較
太陽能電池是均質的，所以不需要位置敏感分析。另一方面需要針對大型樣品進行非破壞性分析，可使用配備能將樣品移至不同測量位置載台的Micro-XRF光譜儀進行，多導毛細管X-射線光學器件或準直器能對小面積區域進行激發。X-射線光學器件的優點是激發強度高，而激發能譜由光學器件透射函數來決定，並影響所測能譜，圖3中可看到分別使用帶有毛細管光學器件的Rh光管及帶有準直器(1mm)的W光管測量CdS-CIGS結構結果。
能譜顯示元素Cu、Ga和Se的強度非常相似，從CIGS結構可看出In具顯著差異，而CdS層有顯著差異的為Cd，高能量K-lines在使用準直器激發時提供可接受的強度，較低的高能量L-lines在兩種模式下均有很好的激發，但彼此間與玻璃中Ca、空氣中Ar都有很強的重疊，重疊現象可透過波峰反卷積程序來處理。
多導毛細管光學器件激發的元素Cd和In強度僅稍好一些，因此也可以將準直器與W光管一起激發使用。
定量
由於沒有參考資料，因此需要無標準模型來定量CIGS結構，無標準定量只使用層組成分中的純元素強度，並可能在掃描電子顯微鏡中透過EDS交叉檢查定量結果，此種情況下樣品需要被切割嵌入環氧樹脂中再經拋光處理，即可分析橫截面的厚度和成分，若在樣品製備前進行XRF檢查，則能在兩種方法間進行比較。
CIG結構分析
首先檢查CIG結構(Cu, In, Ga沉積後)，圖4呈現結構在SEM中截面分析結果，上部是樣品反向散射電子圖像，可從橫截面直接測量不同層的厚度，綠線表示線掃描的位置，圖的下部顯示沿著這條線的元素濃度分布，測量共在25個位置進行，總測量時間為416s。
在橫截面中樣品被認為是均勻的，可使用EDS進行無標準定量，這些結果能夠與無標準XRF定量進行比較。對於XRF，三重複測量是以40kV、800μA、60s條件下進行，準直器尺寸1.5mm，每個樣品總測量時間180s，兩種分析方法結果匯總在表2中。
兩種方法呈現令人滿意的一致性，可看出若測量時間較長，則EDS的統計誤差也較大，這是由於該層在整體厚度的不均勻引起，垂直於樣品表面的XRF測量則不受此影響。厚度的確定取決於SEM放大倍數是否正確校準，另外也受到層系統均勻性和層彼此間明確定義交叉點的影響。
CIGS 結構分析
接下來分析完整的CIGS結構，這裡進行與EDS結果比較及與WDXRF測量的交叉檢查，結果匯總於表3。
這些結果表明所有方法間有很好一致性，兩種XRF方法的厚度都非常吻合，SEM圖像得出的厚度略有偏差，而從所有方法所獲得的成分也非常相似，由於EDS結果取決於所使用的元素譜線，所以有必要提到結果是使用Cu、Ga和Se的K譜線計算，SEM的加速電壓設定為20kV。
測量再現性
在樣品的相同位置進行25次測量以測試M1 MISTRAL的再現性。測量時間為60s，表4中的定量結果顯示了測量的高重複性，平均結果在最後兩行匯總為平均值和相對標準偏差，相對標準偏差約為1%，主要由測量統計決定。
樣品均質性檢查
通過在不同位置進行測量來對CIGS樣品做均質性檢查，共在4個位置執行5次重複測量，結果列於表5中。檢查表明樣品是均勻的，CIGS層在不同位置及組成變化很小，表6的測量摘要支持了此結論。這些數據呈現出，每個點(數據第二行)上的測量平均值標準偏差甚至大於平均質本身的標準偏差，這意味由於統計因素，一個點的定量結果波動要大於不同點平均值的波動。
結論
使用Micro-XRF可成功地對薄膜太陽能電池進行分析，並可在空氣/真空下測量電池結構，空氣中最低能量的吸收不是太高，因此該方法能夠方便的用於生產過程中的在線控制和最終測試。
因為缺乏參考，只能進行無標準定量方法，與EDS和WDXRF比較顯示了層組成分有良好一致性，對於EDS而言，定量結果取決於所使用的元素線。在所有分析方法中，層厚度結果都非常吻合。
