# Zusammenfassung
Chalkopyrite sind als Grundlage für die Herstellung hocheffizienter Dünnschichtsolarzellen seit einiger Zeit kommerziell erfolgreich. Gleichzeitig weist das Wissen um ihre physikalischen Eigenschaften, die diesen Erfolg ermöglichen, erhebliche Lücken auf, was die Verbesserung der Zellen behindert. Die Aufklärung grundlegender Materialparameter, wie die Dotierung und die Konzentration tiefer Defekte einerseits, sowie ihr Verhalten in einer Heterostruktur andererseits können wertvolle Hinweise auf Verbesserungsmöglichkeiten geben.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde am Beispiel des Kupfergalliumdiselenids (CuGaSe2) der morphologisch-chemische Aufbau von Heterogrenzflächen und Metall-Halbleiterkontakten durch ortsaufgelöste Augerelektronenanalysen an vollständigen Solarzellenstrukturen untersucht. Dabei wurden Diffusionskoeffizienten von Kupfer und Selen in Galliumarsenid und der von Gold in CuGaSe2 bestimmt.
Aus den Messungen der Admittanz als Funktion der Frequenz und Temperatur konnten eine Reihe von qualitativen Korrelationen zwischen Defektdichten bei verschiedenen Energien und den Leerlaufspannungen der Zellen gefunden werden: Werden sowohl flache als auch tiefe Defekte in einer Reihe vergleichbarer Zellen beobachtet, so steigt die Leerlaufspannung mit zunehmender Dichte des flacheren Defekts an. Dies kann mit einer Modifikation der Bandverbiegung an der Grenzfläche erklärt werden, die spannungsbegrenzende Effekte vermindert. Eine allgemein gültige Grenzenergie zur Unterscheidung dieser beiden Defektzustände kann aufgrund individuell zu bestimmender Energieskalen in unterschiedlichen Materialien nicht angegeben werden.
Die grundlegenden Mechanismen der Dotierung und des Ladungstransportes wurden durch Messungen des Hall-Effekts in epitaktischen Modellschichten untersucht. Hohe Beweglichkeiten bei Raumtemperatur unterstreichen die hohe Schichtqualität und damit ihre Eignung als Modell für die Untersuchung der grundlegenden Materialeigenschaften. Aus den temperaturabhängigen Beweglichkeitsverläufen konnten Rückschlüsse auf die Ladungstransportmechanismen gezogen werden, aus der der Ladungsträgerdichte konnte die Anregungsenergie des Majoritätsdotanden in CuGaSe2 bestimmt werden. Durch die genaue Analyse der Temperaturverläufe wurde die effektive Masse von Löchern in CuGaSe2, für die bislang nur eine ungefähre Abschätzung aufgrund von Messungen an verwandten Materialien vorlag, präzisiert.
Bei dieser Analyse wurden Hinweise auf zwei unterschiedliche Akzeptorniveaus und eine erhebliche Kompensation des Materials durch donatorische Zustände gefunden.
# Abstract
Thin film solar cells based on chalcopyrite absorbers are now commercially available. However, the knowledge concerning their physical properties enabeling this success is still lacking. The determination of basic material parameters, like doping and deep level defect concentrations on the one hand side, and their behaviour within heterostructures, on the other hand side can give precious hints for further developement.
Within the scope of this work the following investigations were performed on coppergalliumdiselenide as a typical chalcopyrite:
* To determine the morphology and chemical structure at the hetero- and metal-semiconductor interface, laterally resolved Auger Electron Spectroscopy was performed. Diffusion coefficients of copper and selenium in galliumarsenide and gold in CuGaSe2 were determined.
* From admittance measurements as a function of frequency and temperature qualitative correlations between defect concentrations at different activation energies and open circuit voltages of solar cells were found: If both, shallow and deep defects, are detected within the same sample, voltage increases with the concentration of the shallow defect. This can be explained by modifications of the band-bending at the interface, reducing voltage-limiting effects. A universal energy to separate this two defect level ranges cannot be given due to the individual determination of energy scale for each particular material system.
* The basic mechanisms of doping and charge transport were investigated by measurement of the Hall-effect on epitaxial layers. High mobilities at room-temperature show the high epitaxial quality and suitability as a model system for basic material properties. From the temperature dependence of the mobility the carrier transport mechanisms were deduced. From temperature dependence of the net carrier concentration the activation energy of the major dopand was calculated, as well as the effective mass of holes in CuGaSe2, where only rough estimates from related materials were available so far. Two distinct acceptor levels and significant compensation by donor type defects were found.
