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FU Berlin
Digitale Dissertation

Sven Neve :
Chemische Badabscheidung von Zinkverbindungen für cadmiumfreie Solarzellen
Chemical bath deposition of zinc compounds for cadmiumfree solar cells

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|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Herstellung und Charakterisierung dünner Schichten aus Zinksalzlösungen für photovoltaische Anwendungen. Der Prozeß wurde in situ mit Schwingquarzmessungen und mittels Photonenkorrelationsspektroskopie untersucht. Außerdem wurden ex situ verschiedene Mikroskopieverfahren, spektroskopische Methoden, sowie ERDA-Untersuchungen verwendet, um die hergestellten Schichten genau zu charakterisieren. Die Schichten bestehen aus Nanokristalliten in einer amorphen Matrix und entstehen hauptsächlich durch die Anlagerung von kolloidalen Partikeln an der Substratoberfläche. Der Einfluß der Zusammensetzung der Lösung auf das Schichtwachstum wurde untersucht. Die Entstehung der Kolloidpartikel und damit das Schichtwachstum lassen sich auf den Einfluß des Hydrazins zurückführen, welches auf die Zinkionen komplexierend wirkt. Die Zusammensetzung der Schichten hängt vom pH-Wert in der Lösung ab. Oberhalb von pH = 11.6 entsteht hauptsächlich ZnS. Im Gegensatz dazu entsteht bei niedrigeren pH-Werten hauptsächlich ZnO und Zn(OH)2. Dabei spielen thermodynamische Gründe, aber auch kinetische Faktoren wie die Geschwindigkeit der Thioharnstoffzersetzung eine Rolle. Da kinetische und thermodynamische Einflüsse bei der chemischen Badabscheidung gegenläufig wirken können, läßt sich der Einfluß der Reaktionsparameter nicht exakt vorhersagen. Aus diesem Grund kommt den experimentellen Ergebnissen dieser Arbeit ein unersetzlicher Wert zu. Die in dieser Arbeit entwickelten Schichten wurden erfolgreich als Zwischenschichten in cadmiumfreien CIS-Solarzellen eingesetzt. Die Effizienz dieser Solarzellen lag über 10%. Aufgrund der im Vergleich zum CdS größeren Bandlücke der verwendeten alternativen Zwischenschichten sollte in Zukunft eine noch weitere Verbesserung der Solarzellparameter möglich sein. Aufgrund des hohen theoretisch erreichbaren Wirkungsgrades hat die CIS-Dünnschichtsolarzelle ein erhebliches Entwicklungspotential. Daher sind die vorliegenden Ergebnisse mit Blick auf eine zukünftige Massenproduktion kostengünstiger und effizienter Dünnschichtsolarzellen in der hier aufgezeigten Entwicklungsrichtung auch für zukünftige Forschungsarbeiten bedeutsam.

 

Inhaltsverzeichnis

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TITELSEITE UND INHALT
1 EINFÜHRUNG 1
2 GRUNDLAGEN 4
2.1 Wachstum dünner Schichten 4
2.2 Übersättigung und Ostwald-Miers-Bereich 7
2.3 Chemische Badabscheidung 10
2.4 Thermodynamische Grundlagen 14
2.5 Einfluß kinetischer Faktoren 17
2.6 Heterokontaktsolarzellen auf CuInS2-Basis 19
3 EXPERIMENTE 22
3.1 Herstellung der Lösungen und Schichten 22
3.2 Analytische Untersuchungen 24
3.2.1 Photonenkorrelationsspektroskopie 24
3.2.2 Schwingquarzmessungen 25
3.2.3 Rasterelektronenmikroskopie 25
3.2.4 Atomkraftmikroskopie 26
3.2.5 Elastic Recoil Detection Analysis 26
3.2.6 Photoelektronenspektroskopie 27
3.2.7 Transmissionselektronenmikroskopie 28
3.2.8 Elektronenbeugung 29
3.3 Herstellung und Charakterisierung von Solarzellen 30
4 ERGEBNISSE 32
4.1 Kolloidbildung in der Lösung 32
4.2 Beschreibung der Schichten 36
4.3 Morphologie und Nanostrukturierung 40
4.4 Einfluß der Konzentrationsverhältnisse in der Lösung 49
4.4.1 Einfluß des Hydrazins 49
4.4.2 Thioharnstoffkonzentration 50
4.4.3 Einfluß des Ammoniaks 53
4.4 Charakterisierung und Effiziens der Solarzellen 55
5 DISKUSSION 59
5.1 Kolloidbildung und Schichtwachstum 59
5.2 Steuerung der Stöchiometrie 62
5.3 Reaktionsmechanismus 66
5.4 Vergleich thermodynamischer und kinetischer Effekte 69
5.5 Einsatzmöglichkeiten der Schichten in Solarzellen 71
6 ZUSAMMENFASSUNG 73
7 LITERATUR UND ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 75

Ergänzende Angaben:

Online-Adresse: http://www.diss.fu-berlin.de/2002/14/index.html
Sprache: Deutsch
Keywords: thin film growth, buffer layers, zinc compounds, solar cells
DNB-Sachgruppe: 30 Chemie
Datum der Disputation: 13-Dec-2001
Entstanden am: Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter: Prof. Dr. Helmut Tributsch
Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Jürgen Dohrmann
Kontakt (Verfasser): sneve@mpi-halle.de
Kontakt (Betreuer): tributsch@hmi.de
Abgabedatum:31-Jan-2002
Freigabedatum:01-Feb-2002

 

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