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FU Berlin
Digitale Dissertation

Andreas Gerhard :
Electrical Defect Spectroscopy on CuGaSe2 and related Semiconductor Thin Films
Elektrische Defektspektroskopie an CuGaSe2 und verwandten Halbleiterdünnschichten

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Abstract

Abstract

Thin film solar cells based on chalcopyrite absorbers are now commercially available. However, the knowledge concerning their physical properties enabeling this success is still lacking. The determination of basic material parameters, like doping and deep level defect concentrations on the one hand side, and their behaviour within heterostructures, on the other hand side can give precious hints for further developement.

Within the scope of this work the following investigations were performed on coppergalliumdiselenide as a typical chalcopyrite:
 

  • To determine the morphology and chemical structure at the hetero- and metal-semiconductor interface, laterally resolved Auger Electron Spectroscopy was performed. Diffusion coefficients of copper and selenium in galliumarsenide and gold in CuGaSe2 were determined.
  • From admittance measurements as a function of frequency and temperature qualitative correlations between defect concentrations at different activation energies and open circuit voltages of solar cells were found: If both, shallow and deep defects, are detected within the same sample, voltage increases with the concentration of the shallow defect. This can be explained by modifications of the band-bending at the interface, reducing voltage-limiting effects. A universal energy to separate this two defect level ranges cannot be given due to the individual determination of energy scale for each particular material system.
  • The basic mechanisms of doping and charge transport were investigated by measurement of the Hall-effect on epitaxial layers. High mobilities at room-temperature show the high epitaxial quality and suitability as a model system for basic material properties. From the temperature dependence of the mobility the carrier transport mechanisms were deduced. From temperature dependence of the net carrier concentration the activation energy of the major dopand was calculated, as well as the effective mass of holes in CuGaSe2, where only rough estimates from related materials were available so far. Two distinct acceptor levels and significant compensation by donor type defects were found.

Table of Contents

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Inhaltsverzeichnis

  • Inhalt
  • Grundlagen
    • Material und Bauelemente
      • Kristall- und Bandstruktur
      • Herstellungsverfahren
      • Stöchiometrieabweichungen bei CuGaSe
        • Fremdphasen
        • Stöchiometriebedingte Defekte
      • Modellsysteme und die Realität
        • Solarzellen - das fertige Bauteil
        • Einzelschichten
        • Heterostrukturen
    • Stromtransport - Methoden und Theorie
      • Leitfähigkeit und Beweglichkeit
      • Ladungsträgerkonzentration
        • Der Hall-Effekt
        • Temperaturabhängigkeit
        • Mehrere Dotanden
        • Beweglichkeit und Streumechanismen
        • Störbandleitung
      • Die Kapazität von Verarmungszonen
        • Meßaufbau
        • Meßablauf
        • Kapazität
        • Schottky-Kontakt
        • p-n-Übergang
        • Serienwiderstand
      • Verlustmechanismen
        • Störstellen in der Raumladungszone
        • Störstellen an den Grenzflächen
  • Struktur
    • Grenzflächen - AES-Spektroskopie
      • Methoden zur Grenzflächenanalyse
      • Oberflächenphase
      • Heterogrenzflächen
        • Pufferschicht
        • Interdiffusion
      • Kontakte
        • Molybdän
        • Gold
      • Zusammenfassung
  • Elektrische Eigenschaften
    • Elektrisch wirksame Defekte - Admittanzspektroskopie
      • Kapazitäts- und Leitfähigkeitsspektren
      • Umrechnung in Störstellenspektren - eine kritische Bewertung
        • Thermische Aktivierung
        • Störstellendichte
        • Einfluß des Emissionsparameters auf die Skalierung
        • Die Meyer-Neldel Regel
      • Qualitative Aussagen der Admittanzspektroskopie
        • Epitaktische Solarzellen
        • Polykristalline Solarzellen
      • Zusammenfassung
    • Dotierung - Magnetotransport und Leitfähigkeit
      • Epitaktische Filme
        • Oberflächenphasen
        • Komposition und elektrische Eigenschaften bei Raumtemperatur
        • Temperaturverhalten von Proben mit Kupferüberschuß
      • Einschränkungen bei polykristallinem Material
        • Dünne polykristalline CuGaSe-Schichten
        • Vergleich mit epitaktischen Schichten
        • Einfluß des Kupferanteils
      • Zusammenfassung
  • Zusammenfassung
  • Abkürzungen, Formelzeichen und Probenliste
  • Literatur



More Information:

Online available: http://www.diss.fu-berlin.de/2000/142/indexe.html
Language of PhDThesis: german
Keywords: CuGaSe2 Hall-effect Doping capacitance spectroscopy
DNB-Sachgruppe: 29 Physik, Astronomie
Classification PACS: 72.20.Fr 72.20.Jv 72.40.+w
Date of disputation: 11-Dec-2000
PhDThesis from: Fachbereich Physik, Freie Universität Berlin
First Referee: Prof.Dr. Martha Ch. Lux-Steiner
Second Referee: Prof.Dr. D. Bräunig
Contact (Author): gerhard@hmi.de
Contact (Advisor): lux-steiner@hmi.de
Date created:13-Dec-2000
Date available:21-Dec-2000

 


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