Photolumineszenz epitaktischer und polykristalliner CuInS2-Schichten für Dünnschichtsolarzellen

Eberhardt, Jens GND

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung epitaktischer und polykristalliner CuInS2 (CIS)-Absorberschichten für Dünnschichtsolarzellen. Die Abscheidung dieser Absorber erfolgte hierbei im Vakuum in einer Anlage für Molekularstrahlepitaxie (MBE) auf einkristallinen Si-Substraten. Auf diese Weise konnte erstmals die Herstellung epitaktischer CIS-Solarzellen demonstriert werden. Um zielgerichtet den Einfluss der Struktur – und hier insbesondere der Kristallinität – auf die optischen Eigenschaften der Absorber untersuchen zu können, wurden detaillierte Photolumineszenz (PL)-Untersuchungen durchgeführt. Hierbei zeigte die PL epitaktischer CIS-Absorber ausschließlich störstellenkorrelierte Übergänge und keinerlei exzitonische Emissionen. Im Gegensatz dazu wurden die PL-Spektren polykristalliner Absorber bei tiefen Temperaturen von exzitonischen Emissionen dominiert, während keine Lumineszenz tiefer Störstellen auftrat. Auf der Basis dieser Untersuchungen konnte ein neues, verbessertes Modell intrinsischer Defekte für CuInS2 entwickelt werden. Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit bildeten erstmalige Untersuchungen über den Einfluss mechanischer Verspannungen – induziert durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Substrat und Absorber – auf die optischen und strukturellen Eigenschaften polykristalliner CIS-Absorber. Ein Vergleich dieser experimentellen Ergebnisse mit theoretischen Berechnungen des Verlaufs von Leitungs- und Valenzbändern als Funktion des Kristallfeldes zeigt eine sehr gute Übereinstimmung. Mit diesem selbstkonsistenten Ansatz kann der Grad der Verspannung der polykristallinen CIS-Absorber quantitativ von deren optischen Eigenschaften abgeleitet werden.

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Eberhardt, Jens: Photolumineszenz epitaktischer und polykristalliner CuInS2-Schichten für Dünnschichtsolarzellen. 2008.

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