Solarzellen

CIGSE

Wir untersuchen Solarzellen auf Halbleiterbasis im Hinblick auf gewünschte Dotierung und unerwünschte Verunreinigung bei Hochtemperatur-Herstellungsprozessen

Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von CuInSe2 (CIS) zeichnen sich durch eine Kombination von günstigen Eigenschaften aus, die für Anwendungen in der Photovoltaik interessante Perspektiven bietet. Seit einigen Jahren werden entsprechende Module auf Glassubstraten großtechnisch hergestellt und kommerziell angeboten. Hierbei handelt es sich im Einzelnen um die Modifikation Cu(In,Ga)Se2 (CIGS), die wegen der Substitution eines kleineren Bruchteils des Indiums durch Gallium eine größere (tiefenabhängige) Bandlücke aufweist und somit eine auf das Sonnenspektrum optimierte Wirkung entfaltet.

Diffusionsprozesse spielen bei der Herstellung von CIGS-Solarzellen eine wichtige Rolle. Das Aufwachsen der CIGS-Dünnschichten auf Mo-beschichteten Glassubstraten in einem Zwei-oder Dreistufenverfahren beinhaltet den Materietransport in seiner großen Vielfalt und Komplexität. Wir untersuchen gezielt die atomaren Transportvorgänge in bereits hergestellten CIGS-Solarzellenstrukturen, um über das dabei gewonnene physikalische Verständnis zu einer Optimierung des Wirkungsgrades beizutragen. Die Untersuchungen umfassen im Einzelnen folgende physikalische Eigenschaften und experimentelle Methoden:

Herstellung und Mikrostruktur

  • Solarzellen oder Teilstrukturen werden bei einem renommierten Kooperationspartner hergestellt: Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), Stuttgart (http://www.zsw-bw.de)
  • Präparation von Messproben im Chemie- und Isotopenlabor des Instituts für Materialphysik
  • Mikroskopische Untersuchungen (Licht- und Elektronenmikroskopie, AFM) zur Charakterisierung der Mikrostruktur

CIGSE

Eigenschaften von Dotierstoffen und Verunreinigungselementen

[im Halbleiter sowie in Kontakt- und Barrierenschichten (Mo, SiO2)]

  • Diffusionsgeschwindigkeit und Löslichkeit der Fremdelemente
  • Mechanismen des atomaren Transports
  • Art des atomaren Einbaus (interstitiell, substitutionell, in Korngrenzen)
  • Effektivität von Barrierenschichten zur Vermeidung von Verunreinigungen
  • Elektrische Eigenschaften der Fremdelemente

Mess- und Analyseverfahren

  • Kurzzeit- und Langzeit-Diffusionsglühungen mittels eines Lampenofens bzw. Widerstandsöfen
  • Radiotracermethode zur Bestimmung von Diffusionsprofilen (Ionenstrahlzerstäubung, Strahlungsmessung)
  • Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS) zur Messung von Diffusionsprofilen (in Zusammenarbeit mit dem Kooperationspartner ZSW, Stuttgart)
  • Sonnensimulator mit Strom-Spannungs-Messung zur Charakterisierung von kompletten Solarzellen
  • Modellentwicklung und numerische Analyse mit Hilfe von Computerprogrammen