Halbleiterphysik/ Strahlungswandlung
Forschungsprojekte
BMBF-GRACIS
Chemische Gradienten in Cu(In,Ga)(S, Se)2: Ursachen und Konsequenzen CvO Uni OL: Identifizierung und Quantifizierung von Inhomogenitäten aus Analysen lokaler Eigenschaften mit hochauflösenden mikroskopischen Methoden
Im Teilprojekt CvO Uni Oldenburg werden für das Gesamtvorhaben der "Chemischen Gradienten in CIGSe-Absorbern" die für Strahlungswandlung bedeutsamen Parameter, wie topologische Kontur, spektrale Absorption, Aufspaltung der quasi-Ferminiveaus und die Extraktion von Ladungen zu den Kontakten mit hoher lateraler Auflösung experimentell ermittelt, um damit die Auswirkung chemischer Gradienten und denen zufolge die der lokalen Inhomogenitäten zu identifizieren, zu quantifizieren und einer Optimierung zugänglich zu machen.
Die vorgeschlagenen Methoden bestehen in AFM-Topologie-Analysen, der spektralen Transmission/Reflexion/ Absorption und der quantitativen und mikroskopischen Lumineszenz mit höchstmöglicher lateraler Auflösung.
Diese Methoden werden auf Schichten/Schichtfolgen unterschiedlicher Präparationsbedin-gungen und Abscheidegeschwindigkeiten angeandt. Mit verschiedenen Schichtdicken werden unterschiedliche Wachstums-Stadien imitiert und mit Hilfe von statistischen Ver-fahren der Merkmalsextraktion, wie 2D-Fourier-Analysen und "Opening-Minkowski-Ope-rationen, und entsprechenden Korrelationsanalysen, die Verteilung und Stärke von Inhomo-genitäten und lateralen Fluktuationen den jeweiligen Schichtwachstums-Phasen zugeordnet.
Die Analysen der lateral aufgelösten Kenngrössen von Chalkopyrit-Absorberschichten und Schichtsequenzen und die Zuordnung zu den Phasen des spezifischen Schichtwachstums dienen zum einen zum Verständnis der die Fluktuationen auslösenden Kenngrössen und eröffnen zum anderen die möglichen Strategien zur Verringerung/Vermeidung uner-wünschter und für die Wandlungswirkungsgrade nachteiliger lokaler Inhomogenitäten.
PINET-BMBF
p-i-n-Solarzellen mit alternativen hochabsorbierenden Verbindungshalbleitern - Charakterisierung von Einzelschichten, Schichtsequenzen und kompletten Heterodioden mit hochauflösenden optischen und spektroskopischen Methoden
Für das Gesamtvorhaben der "pin-Dioden mit alternativen hochabsorbierenden Verbindungshalbleitern" werden die relevanten Kenngrössen für Strahlungswandlung, beispielsweise der jeweilige Anregungszustand, die spektrale Absorption und die Rekom-binationsverluste von individuellen Absorbern und diese in Kombination mit Front- und Rück-seiten-Kontakten (Injektionsschichten) quantitativ erfasst.
Die verwendeten Methoden,wie spektraleTransmission/Reflexion/Absorption, Photothermi-sche Ablenkungsspektroskopie, quantitative und mikroskopische Lumineszenz gestatten den experimentellen Zugriff auf Defektzustände geringer Konzentrationen im Volumen von Ab-sorbern, ermöglichen die Detektion von Defektzuständen an Grenz- und Oberflächen, die jede für sich Rekombinationsverluste verursachen, und erlauben die Bestimmung der Aufspaltung der quasi-Ferminiveaus, als Mass für die Güte des photogenerierten Anregungs-zustandes und damit auch die quantitative Angabe der intrinsischen Limits des Wirkungsgrades für die Wandlung solarer Strahlung, ohne dass das finale Bauelement technologisch schon gefertigt sein muss.
Die Analysen der internen Kenngrössen von Absorbern und Kontaktschichten dienen nicht nur zur definitiven Identifikation von Effekten und Prozessen, die den Wirkungsgrad einschränken, und erlauben die wesentlich gezieltere Optimierung von Einzelkomponenten und damit des Gesamtsystems, sondern sie verkürzen substantiell die Zyklen der Optimierung durch die direkte Rückkopplung aus den experimentellen Daten, bevor das finale Bauelement vorliegt. Zudem gestatten sie neuartigen Einblick in interne fundamentale Prozesse, deren Kenntnis zur numerischen Reproduktion der Funktion des Bauelementes unabdingbar sind.