Die Methode der chemischen Gasphasendeposition im offenen System befindet sich noch in der Entwicklungsphase. Mit Beginn dieser Arbeit lag der maximal erreichte Wirkungsgrad von Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von CuGaSe₂-Absorberschichten aus dem offenen CVD-Prozess unter 4,5 %. Die Prozessverbesserung zur Abscheidung von CuGaSe₂-Dünnschichten mit der am HMI entwickelten Methode der chemischen Gasphasendeposition im offenen System war daher ein wesentlicher Schwerpunkt dieser Arbeit.

Die Methode der Photolumineszenzspektroskopie wurde insbesondere zur Analyse der dominierenden Defekte herangezogen. Die Ergebnisse dieser Analyse erlaubten die Erstellung eines Modells, das alle beobachteten strahlenden Rekombinationen in CuGaSe₂ beschreibt. Als die optoelektronischen Eigenschaften der Dünnschichten entscheidend beeinflussender Defektzustand wurde ein breites Akzeptorniveau (A3) mit einer Ionisierungsenergie E_A3 = 243 meV identifiziert. Vier weitere Defektzustände, zwei flache Akzeptoren (A1 und A2) sowie ein tiefer Donator (D2) und ein flacher Donator (D1), konnten identifiziert werden. Eine abschließende Analyse der kompositionsabhängigen Photolumineszenz ergab, dass mit Gallium Mangel in der Schicht korrelierte intrinsische Punktdefekte das tiefe Defektniveau A3 ausbilden. Die bevorzugte Entstehung dieser Punktdefekte bei der Schichtabscheidung konnte im Rahmen einer Modellentwicklung der komplexen chemischen Reaktionen in der Gas- und Festphase erklärt werden.

Auf der Grundlage der Kenntnis der dominanten Defekte und ihrer Bildung während des Schichtwachstums wurde ein Zwei-Stufen CVD-Prozess zur Abscheidung von CuGaSe₂-Dünnschichten als Absorber in Dünnschichtsolarzellen entwickelt. Solarzellen auf der Basis dieser Absorberschichten erreichen Wirkungsgrade von über 7 %. Damit ist man jedoch noch immer weit von theoretisch erreichbaren Wirkungsgraden entfernt.

Einen Beitrag zur Klärung dieser Diskrepanz liefert der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit, die direkte Spektroskopie der Zustandsdichte in der Bandlücke von CuGaSe₂-Dünnschichten mit den Methoden der photothermischen Deflektionsspektroskopie und des konstanten Photostroms. Aus dem Vergleich von PDS-Daten zur Defektabsorption und PL-Daten zur strahlenden Rekombination in CuGaSe₂-Dünnschichten wurde deutlich, dass der dominante Anteil photogenerierter Ladungsträger nicht-strahlend über Defektzustände in der Bandlücke rekombiniert. Weiterhin zeigte sich, dass CuGaSe₂-Dünnschichten eine Zwei-Schicht Defektverteilung, bestehend aus einer defektreichen Region nahe der Schichtoberfläche und einem vergleichsweise defektarmen Schichtvolumen besitzen.

Abschließende Untersuchungen zur chemischen und elektronischen Struktur der oberflächennahen Schicht mittels der Methode der Photoelektronenspektroskopie bestätigen diese Ergebnisse. Die sich deutlich von der Volumenkomposition abhebende Zusammensetzung der oberflächennahen Region deutet dabei auf die Bildung einer Cu₁Ga₃Se₅-Defektphase von CuGaSe₂ hin. Dabei muss von einer eher ungeordneten Struktur dieser Kupfer-armen Oberflächenregion hoher Defektkonzentration mit entsprechend negativen Auswirkungen auf die Effizienz der Solarzelle (Rekombinatiosverluste an den Grenzflächen) ausgegangen werden.