Zusammenfassung
Zusammenfassung
Chalkopyrite sind als Grundlage für die Herstellung hocheffizienter
Dünnschichtsolarzellen seit einiger Zeit kommerziell erfolgreich.
Gleichzeitig weist das Wissen um ihre physikalischen Eigenschaften, die
diesen Erfolg ermöglichen, erhebliche Lücken auf, was die Verbesserung
der Zellen behindert. Die Aufklärung grundlegender Materialparameter,
wie die Dotierung und die Konzentration tiefer Defekte einerseits, sowie
ihr Verhalten in einer Heterostruktur andererseits können wertvolle
Hinweise auf Verbesserungsmöglichkeiten geben.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde am Beispiel des Kupfergalliumdiselenids
(CuGaSe2) der morphologisch-chemische Aufbau von Heterogrenzflächen
und Metall-Halbleiterkontakten durch ortsaufgelöste Augerelektronenanalysen
an vollständigen Solarzellenstrukturen untersucht. Dabei wurden Diffusionskoeffizienten
von Kupfer und Selen in Galliumarsenid und der von Gold in CuGaSe2
bestimmt.
Aus den Messungen der Admittanz als Funktion der Frequenz und Temperatur
konnten eine Reihe von qualitativen Korrelationen zwischen Defektdichten
bei verschiedenen Energien und den Leerlaufspannungen der Zellen gefunden
werden: Werden sowohl flache als auch tiefe Defekte in einer Reihe vergleichbarer
Zellen beobachtet, so steigt die Leerlaufspannung mit zunehmender Dichte
des flacheren Defekts an. Dies kann mit einer Modifikation der Bandverbiegung
an der Grenzfläche erklärt werden, die spannungsbegrenzende Effekte
vermindert. Eine allgemein gültige Grenzenergie zur Unterscheidung
dieser beiden Defektzustände kann aufgrund individuell zu bestimmender
Energieskalen in unterschiedlichen Materialien nicht angegeben werden.
Die grundlegenden Mechanismen der Dotierung und des Ladungstransportes
wurden durch Messungen des Hall-Effekts in epitaktischen Modellschichten
untersucht. Hohe Beweglichkeiten bei Raumtemperatur unterstreichen
die hohe Schichtqualität und damit ihre Eignung als Modell für
die Untersuchung der grundlegenden Materialeigenschaften. Aus den temperaturabhängigen
Beweglichkeitsverläufen konnten Rückschlüsse auf die Ladungstransportmechanismen
gezogen werden, aus der der Ladungsträgerdichte konnte die Anregungsenergie
des Majoritätsdotanden in CuGaSe2 bestimmt werden.
Durch die genaue Analyse der Temperaturverläufe wurde die effektive
Masse von Löchern in CuGaSe2, für die bislang nur
eine ungefähre Abschätzung aufgrund von Messungen an verwandten
Materialien vorlag, präzisiert.
Bei dieser Analyse wurden Hinweise auf zwei unterschiedliche
Akzeptorniveaus und eine erhebliche Kompensation des Materials
durch donatorische Zustände gefunden.
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