id,collection,dc.contributor.author[],dc.contributor.firstReferee[],dc.contributor.furtherReferee[],dc.contributor.gender[],dc.date.accepted[],dc.date.accessioned[],dc.date.available[],dc.date.issued[],dc.description.abstract[de],dc.format.extent[],dc.identifier.uri,dc.identifier.uri[],dc.identifier.urn[],dc.language[],dc.rights.uri[],dc.subject.ddc[],dc.subject[],dc.title.translated[de],dc.title[],dc.type[],dcterms.accessRights.dnb[],dcterms.accessRights.openaire,dcterms.format[de],refubium.affiliation[de],refubium.mycore.derivateId[],refubium.mycore.fudocsId[] "021de7f3-434d-4be3-a9cd-219c66f9d2d6","fub188/14","Neldner, Kai","Prof. Dr. Susan Schorr","PD Dr. Ralf Milke","m","2016-12-05","2018-06-07T22:53:30Z","2017-01-11T14:42:45.724Z","2017","The finite resources of fossil fuels, the security risk of atomic power plants and the absence of a permanent repository for nuclear waste have greatly increased the importance of renewable energies like wind power and solar energy. Photovoltaic materials have seen a rapid development in the recent years. Especially in the thin film solar cell research multiple new technologies and absorber materials have emerged. In a short period of time the efficiency of the thin films based on CZTS have reached a record efficiency of 12.6% [97]. The main advantages of thin film solar cells are fast (vacuum free) fabrication processes, fewer material usage and therefore lower fabrication costs. To further increase the efficiency of CZTS based thin film solar cells it is important to understand the limiting factors of the material system to reach similar efficiency as the CIGS system of 22.6% [8] by avoiding the use of toxic and scarce elements like Cd and In. This work presents a systematic and fundamental study on the structural variations and chemical trends in off-stoichiometric CZTS type compound semiconductors. Therefore CZTS powder samples are synthesized by solid state reaction and the chemical composition is determined by WDX analyses at an electron micro probe analyzer. Several advanced diffraction techniques like X-ray diffraction, anomalous X-ray diffraction and neutron diffraction are used to obtain lattice parameters and site occupations of the Wyckoff positions. The goal is to study intrinsic point defects and the corresponding defect concentration in relation to the distinct off-stoichiometric CZTS types. In total six different off- stoichiometric types are identified by introducing the E- [29], F-type [96] to the already postulated A-, B-, C- and D-type [45]. The chemical characterization of the CZTS powders shows that single-phase samples are formed preferably in the off-stoichiometric B-type region, with mixtures of A- and F-type, which correspond mainly to Cu-poor / Zn-rich conditions. X-ray diffraction results show that CZTS is the main phase in all samples even if secondary phases like copper, zinc and tin sulfides are present. Furthermore the evaluation of the tetragonal deformation and unit cell volume show a strong relation to the Cu and Zn content of the samples. The tetragonal deformation and unit cell volume decrease from Cu-poor / Zn-rich to Cu-rich / Zn-poor conditions (no tetragonal deformation = 1). Also the intrinsic point defects, defect complexes and defect concentrations determined by neutron diffraction in combination with the average neutron scattering length method, change by chemical composition and correspond to the proposed off- stoichiometric CZTS types. Furthermore the analyzed Cu-Zn disorder is independent of the off-stoichiometric CZTS types and is the dominating defect complex in the majority of samples.||Begrenzte Reserven von fossilen Brennstoffen, Sicherheitsbedenken von Atomkraftwerken sowie die Endlagerung atomarer Abfälle haben die Bedeutung erneuerbarer Energien wie z. B. Wind- und Sonnenkraft gesteigert. Photovoltaik hat in den letzten Jahren bedeutsame Entwicklungen erlebt, wodurch sich besonders bei den Dünnschichtsolarzellen mehrere neue Absorbermaterialien sowie Technologien etabliert haben. In kurzer Zeit wurde eine Effizienz von Dünnschichtsolarzellen basierend auf CZTS von 12.6% [97] erreicht. Die Vorteile der Dünnschichttechnologie liegen besonders in den schnellen (teils vakuumfreien) Herstellungsverfahren, dem geringen Rohstoffbedarf und den daraus resultierend gesunkenen Herstellungskosten. Um die Effizienz von CZTS Dünnschichtsolarzellen weiter zu steigern, ist es wichtig die limitierenden Faktoren des Materials zu verstehen, um eine vergleichbare Effizienz wie bei CIGS mit 22.6% [8] zu erreichen und gleichzeitig den Einsatz von giftigen und seltenen Elementen wie Cd oder In zu vermeiden. In dieser Arbeit wird eine systematische und grundlegende Untersuchung über die strukturellen Variationen und chemischen Trends in nichtstöchiometrischen Kesterit- Halbeitern durchgeführt. Dafür werden Pulverproben mittels Festkörpersynthese hergestellt und deren chemische Zusammensetzung mittels WDX-Analysen bestimmt. Außerdem werden mehrere Diffraktionsmethoden wie die Röntgenbeugung, anomale Röntgenstreuung und Neutronenbeugung eingesetzt, um die Gitterkonstanten und Platzbesetzungen der Wyckoff Positionen zu bestimmen. Das Ziel ist die detaillierte Analyse der intrinsischen Punktdefekte und der entsprechenden Defektkonzentrationen in Zusammenhang mit den unterschiedlichen nichtstöchiometrischen Kesterit-Typen. Insgesamt kann zwischen sechs unterschiedliche nichtstöchiometrische Kesterit-Typen unterschieden werden. Neben den bereits bekannten A-, B-, C- und D-Typ [45] werden der E- [29] und F-Typ [96] neu eingeführt. Die chemische Charakterisierung der Pulver ergibt, dass einphasige Proben mit B-Typ Chemismus mit Anteilen von A- und F-Typ bevorzugt gebildet werden (Cu-arm / Zn-reich). Die Ergebnisse der Röntgenbeugung zeigen, dass CZTS die Hauptphase in allen Proben ist, auch wenn Sekundärphasen entdeckt wurden. Außerdem zeigt die tetragonale Deformation und das Einheitszellenvolumen eine starke Abhängigkeit vom Cu- und Zn-Anteil der Proben. Die tetragonale Deformation und das Einheitszellenvolumen verringern sich von Cu-armen / Zn-reichen zu Cu-reichen / Zn-armen Bedingungen (keine tetragonale Deformation = 1). Des Weiteren hängen die Defektkomplexe und -konzentrationen, die mittels Neutronenbeugung und der durchschnittlichen Neutronenstreulänge bestimmt wurden, von der chemischen Zusammensetzung ab und stimmen mit den vorgeschlagenen Kesterit- Typen überein. Außerdem wird die Cu- Zn-Unordnung untersucht, die unabhängig von den Kesterit-Typen und der Stöchiometrie auftritt und den dominierenden Defektkomplex in den meisten Proben darstellt.","XI, 171 Seiten","http://dx.doi.org/10.17169/refubium-13976","https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/9778","urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000103719-5","eng","http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen","500 Naturwissenschaften und Mathematik||500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie::550 Geowissenschaften","CZTS||kesterite||XRPD||neutron diffraction||WDX||solid state reaction||lattice parameters||intrinsic point defects","Struturelle Trends und Phasenbeziehungen in nicht-stöchimetrische Kesterit-Typ Verbindungshalbleitern","Structural trends and phase relations in off-stoichiometric kesterite type compound semiconductors","Dissertation","free","open access","Text||Bild","Geowissenschaften","FUDISS_derivate_000000020595","FUDISS_thesis_000000103719"