We present an approach to selectively examine an asymmetric potential in the buried layer of solar cell devices by means of nonlinear x-ray spectroscopy. Detecting second harmonic generation signals while resonant to the SiO2 core level, we directly observe existence of the band bending effect in the SiO2 nanolayer, buried in the heterostructures of Al/LiF/SiO2/Si, TiO2/SiO2/Si, and /SiO2/Si. The results demonstrate high sensitivity of the method to the asymmetric potential that determines performance of functional materials for photovoltaics or other optoelectronic devices.
REFERENCES
1.
X.
Yang
,
Q.
Bi
,
H.
Ali
,
K.
Davis
,
W. V.
Schoenfeld
, and
K.
Weber
, Adv. Mater.
28
, 5891
–5897
(2016
).2.
T.
Matsui
,
M.
Bivour
,
P. F.
Ndione
,
R. S.
Bonilla
, and
M.
Hermle
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
209
, 110461
(2020
).3.
T.
Matsui
,
S.
McNab
,
R. S.
Bonilla
, and
H.
Sai
, ACS Appl. Energy Mater.
5
, 12782
–12789
(2022
).4.
G.
Dingemans
and
W. M. M.
Kessels
, J. Vac. Sci. Technol. A
30
, 040802
(2012
).5.
J.
Bullock
,
P.
Zheng
,
Q.
Jeangros
,
M.
Tosun
,
M.
Hettick
,
C. M.
Sutter-Fella
,
Y.
Wan
,
T.
Allen
,
D.
Yan
,
D.
Macdonald
,
S.
De Wolf
,
A.
Hessler-Wyser
,
A.
Cuevas
, and
A.
Javey
, Adv. Energy Mater.
6
, 1600241
(2016
).6.
J.
Bullock
,
Y.
Wan
,
M.
Hettick
,
X.
Zhaoran
,
S. P.
Phang
,
D.
Yan
,
H.
Wang
,
W.
Ji
,
C.
Samundsett
,
Z.
Hameiri
,
D.
Macdonald
,
A.
Cuevas
, and
A.
Javey
, Adv. Energy Mater.
9
, 1803367
(2019
).7.
T. G.
Allen
,
J.
Bullock
,
Q.
Jeangros
,
C.
Samundsett
,
Y.
Wan
,
J.
Cui
,
A.
Hessler-Wyser
,
S.
De Wolf
,
A.
Javey
, and
A.
Cuevas
, Adv. Energy Mater.
7
, 1602606
(2017
).8.
I.
Matsuda
and
Y.
Kubota
, Chem. Lett.
50
, 1336
(2021
).9.
S.
Yamamoto
,
T.
Omi
,
H.
Akai
,
Y.
Kubota
,
Y.
Takahashi
,
Y.
Suzuki
,
Y.
Hirata
,
K.
Yamamoto
,
R.
Yukawa
,
K.
Horiba
,
H.
Yumoto
,
T.
Koyama
,
H.
Ohashi
,
S.
Owada
,
K.
Tono
,
M.
Yabashi
,
E.
Shigemasa
,
S.
Yamamoto
,
M.
Kotsugi
,
H.
Wadati
,
H.
Kumigashira
,
T.
Arima
,
S.
Shin
, and
I.
Matsuda
, Phys. Rev. Lett.
120
, 223902
(2018
).10.
R. K.
Lam
,
S. L.
Raj
,
T. A.
Pascal
,
C. D.
Pemmaraju
,
L.
Foglia
,
A.
Simoncig
,
N.
Fabris
,
P.
Miotti
,
C. J.
Hull
,
A. M.
Rizzuto
,
J. W.
Smith
,
R.
Mincigrucci
,
C.
Masciovecchio
,
A.
Gessini
,
E.
Allaria
,
G.
De Ninno
,
B.
Diviacco
,
E.
Roussel
,
S.
Spampinati
,
G.
Penco
,
S.
Di Mitri
,
M.
Trovò
,
M.
Danailov
,
S. T.
Christensen
,
D.
Sokaras
,
T.-C.
Weng
,
M.
Coreno
,
L.
Poletto
,
W. S.
Drisdell
,
D.
Prendergast
,
L.
Giannessi
,
E.
Principi
,
D.
Nordlund
,
R. J.
Saykally
, and
C. P.
Schwartz
, Phys. Rev. Lett.
120
, 023901
(2018
).11.
E.
Berger
,
S.
Jamnuch
,
C. B.
Uzundal
,
C.
Woodahl
,
H.
Padmanabhan
,
A.
Amado
,
P.
Manset
,
Y.
Hirata
,
Y.
Kubota
,
S.
Owada
,
K.
Tono
,
M.
Yabashi
,
C.
Wang
,
Y.
Shi
,
V.
Gopalan
,
C. P.
Schwartz
,
W. S.
Drisdell
,
I.
Matsuda
,
J. W.
Freeland
,
T. A.
Pascal
, and
M.
Zuerch
, Nano Lett.
21
, 6095
(2021
).12.
C. B.
Uzundal
,
S.
Jamnuch
,
E.
Berger
,
C.
Woodahl
,
P.
Manset
,
Y.
Hirata
,
T.
Sumi
,
A.
Amado
,
H.
Akai
,
Y.
Kubota
,
S.
Owada
,
K.
Tono
,
M.
Yabashi
,
J. W.
Freeland
,
C. P.
Schwartz
,
W. S.
Drisdell
,
I.
Matsuda
,
T. A.
Pascal
,
A.
Zong
, and
M.
Zuerch
, Phys. Rev. Lett.
127
, 237402
(2021
).13.
C. P.
Schwartz
,
S. L.
Raj
,
S.
Jamnuch
,
C. J.
Hull
,
P.
Miotti
,
R. K.
Lam
,
D.
Nordlund
,
C. B.
Uzundal
,
C.
Das Pemmaraju
,
R.
Mincigrucci
,
L.
Foglia
,
A.
Simoncig
,
M.
Coreno
,
C.
Masciovechio
,
L.
Giannessi
,
L.
Poletto
,
E.
Principi
,
M.
Zuerch
,
T. A.
Pascal
,
W. S.
Drisdell
, and
R. J.
Saykally
, Phys. Rev. Lett.
127
, 096801
(2021
).14.
A.
Zong
,
B. R.
Nebgen
,
S.-C.
Lin
,
J. A.
Spies
, and
M.
Zuerch
, Nat. Rev. Mater.
8
, 224
(2023
).15.
C.
Woodahl
,
S.
Jamnuch
,
A.
Amado
,
C. B.
Uzundal
,
E.
Berger
,
P.
Manset
,
Y.
Zhu
,
Y.
Li
,
D. D.
Fong
,
J. G.
Connell
,
Y.
Hirata
,
Y.
Kubota
,
S.
Owada
,
K.
Tono
,
M.
Yabashi
,
S.
Tepavcevic
,
I.
Matsuda
,
W. S.
Drisdell
,
C. P.
Schwartz
,
J. W.
Freeland
,
T. A.
Pascal
,
A.
Zong
, and
M.
Zuerch
, Nat. Mater.
22
, 848
–852
(2023
).16.
T.
Ishikawa
,
H.
Aoyagi
,
T.
Asaka
,
Y.
Asano
,
N.
Azumi
,
T.
Bizen
,
H.
Ego
,
K.
Fukami
,
T.
Fukui
,
Y.
Furukawa
,
S.
Goto
,
H.
Hanaki
,
T.
Hara
,
T.
Hasegawa
,
T.
Hatsui
,
A.
Higashiya
,
T.
Hirono
,
N.
Hosoda
,
M.
Ishii
,
T.
Inagaki
,
Y.
Inubushi
,
T.
Itoga
,
Y.
Joti
,
M.
Kago
,
T.
Kameshima
,
H.
Kimura
,
Y.
Kirihara
,
A.
Kiyomichi
,
T.
Kobayashi
,
C.
Kondo
,
T.
Kudo
,
H.
Maesaka
,
X. M.
Maréchal
,
T.
Masuda
,
S.
Matsubara
,
T.
Matsumoto
,
T.
Matsushita
,
S.
Matsui
,
M.
Nagasono
,
N.
Nariyama
,
H.
Ohashi
,
T.
Ohata
,
T.
Ohshima
,
S.
Ono
,
Y.
Otake
,
C.
Saji
,
T.
Sakurai
,
T.
Sato
,
K.
Sawada
,
T.
Seike
,
K.
Shirasawa
,
T.
Sugimoto
,
S.
Suzuki
,
S.
Takahashi
,
H.
Takebe
,
K.
Takeshita
,
K.
Tamasaku
,
H.
Tanaka
,
R.
Tanaka
,
T.
Tanaka
,
T.
Togashi
,
K.
Togawa
,
A.
Tokuhisa
,
H.
Tomizawa
,
K.
Tono
,
S.
Wu
,
M.
Yabashi
,
M.
Yamaga
,
A.
Yamashita
,
K.
Yanagida
,
C.
Zhang
,
T.
Shintake
,
H.
Kitamura
, and
N.
Kumagai
, Nat. Photonics
6
, 540
(2012
).17.
S.
Owada
,
K.
Togawa
,
T.
Inagaki
,
T.
Hara
,
T.
Tanaka
,
Y.
Joti
,
T.
Koyama
,
K.
Nakajima
,
H.
Ohashi
,
Y.
Senba
,
T.
Togashi
,
K.
Tono
,
M.
Yamaga
,
H.
Yumoto
,
M.
Yabashi
,
H.
Tanaka
, and
T.
Ishikawa
, J. Synchrotron Radiat.
25
, 282
(2018
).18.
Y.
Kubota
,
H.
Motoyama
,
G.
Yamaguchi
,
S.
Egawa
,
Y.
Takeo
,
M.
Mizuguchi
,
H.
Sharma
,
S.
Owada
,
K.
Tono
,
H.
Mimura
,
I.
Matsuda
, and
M.
Yabashi
, Appl. Phys. Lett.
117
, 042405
(2020
).19.
T.
Kimura
,
Y.
Takeo
,
K.
Sakurai
,
N.
Furuya
,
S.
Egawa
,
G.
Yamaguchi
,
Y.
Matsuzawa
,
T.
Kume
,
H.
Mimura
,
M.
Shimura
,
H.
Ohashi
,
I.
Matsuda
, and
Y.
Harada
, Opt. Express
30
, 26220
(2022
).20.
T.
Sumi
,
M.
Horio
,
T.
Senoo
,
T.
Wada
,
Y.
Tsujikawa
,
X.
Zhang
,
P.
Manset
,
M.
Araki
,
Y.
Hirata
,
W. S.
Drisdell
,
J. W.
Freeland
,
A.
Amado
,
M.
Zuerch
,
Y.
Kubota
,
S.
Owada
,
K.
Tono
,
M.
Yabashi
,
C. P.
Schwartz
, and
I.
Matsuda
, Surf. Sci. Nanotechnol.
20
, 31
(2022
).21.
T.
Sumi
,
T.
Senoo
,
M.
Horio
,
S.
El Moussaoui
,
E.
Nakamura
,
K.
Tanaka
,
A.
Tsukamoto
, and
I.
Matsuda
, Jpn. J. Appl. Phys.
62
, SB8001
(2023
).22.
M.
Araki
,
J.
Meikaku
,
Y.
Kubota
,
J.
Miyawaki
,
Y.
Kosegawa
,
S.
El Moussaoui
,
T.
Bouillaud
,
P.
Manset
,
S.
Owada
,
K.
Tono
,
M.
Yabashi
, and
I.
Matsuda
, Surf. Sci. Nanotechnol.
18
, 231
(2020
).23.
X.
Wang
,
K.
Han
,
W.
Wang
,
J.
Xiang
,
H.
Yang
,
J.
Zhang
,
X.
Ma
,
C.
Zhao
,
D.
Chen
, and
T.
Ye
, Appl. Phys. Lett.
100
, 122907
(2012
).24.
F. J.
Himpsel
,
F. R.
McFeely
,
A.
Taleb-Ibrahimi
,
A. J. A.
Yarmoff
, and
G.
Hollinger
, Phys. Rev. B
38
, 6084
(1988
).25.
J.
Bullock
,
M.
Hettick
,
J.
Geissbühler
,
A. J.
Ong
,
T.
Allen
,
C. M.
Sutter-Fella
,
T.
Chen
,
H.
Ota
,
E. W.
Schaler
,
S.
De Wolf
,
C.
Ballif
,
A.
Cuevas
, and
A.
Javey
, Nat. Energy
1
, 15031
(2016
).26.
S. E.
Shaheen
,
G. E.
Jabbour
,
M. M.
Morrell
,
Y.
Kawabe
,
B.
Kippelen
,
N.
Peyghambarian
,
M.-F.
Nabor
,
R.
Schlaf
,
E. A.
Mash
, and
N. R.
Armstrong
, J. Appl. Phys.
84
, 2324
(1998
).27.
R.
Yukawa
,
S.
Yamamoto
,
K.
Ozawa
,
M.
Emori
,
M.
Ogawa
,
S.
Yamamoto
,
K.
Fujikawa
,
R.
Hobara
,
S.
Kitagawa
,
H.
Daimon
,
H.
Sakama
, and
I.
Matsuda
, Appl. Phys. Lett.
105
, 151602
(2014
).28.
M.
Ogawa
,
S.
Yamamoto
,
K.
Fujikawa
,
R.
Hobara
,
R.
Yukawa
,
S.
Yamamoto
,
S.
Kitagawa
,
D.
Pierucci
,
M. G.
Silly
,
C.-H.
Lin
,
R.-Y.
Liu
,
H.
Daimon
,
F.
Sirotti
,
S.-J.
Tang
, and
I.
Matsuda
, Phys. Rev. B
88
, 165313
(2013
).29.
M.
D'Angelo
,
R.
Yukawa
,
K.
Ozawa
,
S.
Yamamoto
,
T.
Hirahara
,
S.
Hasegawa
,
M. G.
Silly
,
F.
Sirotti
, and
I.
Matsuda
, Phys. Rev. Lett.
108
, 116802
(2012
).30.
K.
Ozawa
,
M.
Emori
,
S.
Yamamoto
,
R.
Yukawa
,
S.
Yamamoto
,
R.
Hobara
,
K.
Fujikawa
,
H.
Sakama
, and
I.
Matsuda
, J. Phys. Chem. Lett.
5
, 1953
–1957
(2014
).31.
R.
Yukawa
,
S.
Yamamoto
,
K.
Akikubo
,
K.
Takeuchi
,
K.
Ozawa
,
H.
Kumigashira
, and
I.
Matsuda
, Adv. Mat. Interfaces
3
, 1600527
(2016
).© 2023 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2023
Author(s)
You do not currently have access to this content.
