Recent advancements in Cu(In,Ga)Se2 based solar cells with alkaline fluoride treatment have suggested the role of the recombination at the absorber/buffer interface as a limiting factor of open-circuit voltage (Voc ) in high-efficiency CIGSe solar cells. Therefore, this work focuses on the interface engineering at the CIGSe/buffer of 2 μm standard absorbers. Furthermore, as the influence of recombination at the back interface becomes noticeable with thin absorbers, the back interface Mo/CIGSe of thinner absorbers is also optimised. Both use the concept of point junctions through a passivation layer (PaL). A low-cost versatile technique for point contact fabrication is developed by using a nanolithographic technique employing a sacrificial template of low temperature synthesised, mono-dispersed, self-assembled and size-tunable CdS nanoparticels (NP’s), and a PaL of aluminium oxide (Al2O3), thereby achieving 60 nm point contact radius and a maximum of 89% PaL coverage on CIGSe. The impact of point contacts at the CIGSe/buffer interface on solar cell performance is theoretically analysed using three-dimensional simulations on the point contact radius, coverage area, defect density and interface quality. An efficient PaL should create positive surface charge, which induces band bending at the CIGSe/PaL and influences the contact junction properties; its beneficial effect on Voc and efficiency reaches a maximum when the coverage area of PaL is more than 95% and the interface charge density is greater than 10^12/cm2 . The point contact technology is experimentally validated by incorporating it into tangible CIGSe devices, featuring CdS and Zn(O,S) buffer layers. A positive impact of +10.4% is seen on the Voc of the point contact devices with sputtered Zn(O,S) compared to the unpassivated reference cells. However the power conversion efficiency (PCE) didn’t follow the same trend, which might be due to an upward bandbending created by Al2O3 at the interface, impeding the current flow. Nonetheless, at the Mo/CIGSe interface of thinner CIGSe absorbers, the technology led to a significant reduction in the surface recombination velocity, due to the back surface field from the Al2O3 layer. Consequently, all cell parameters of point contact devices showed a relative improvement to the unpassivated reference devices: open-circuit voltage (Voc : +21%), short-circuit current (Jsc : +2.6%), fill-factor (FF: +4.9%), and efficiency (η: +31%).
Jüngste Fortschritte bei Cu(In,Ga)Se2 -basierten Solarzellen durch eine Alkalimetallfluorid Behandlung haben dazu geführt, dass die adungsträgerrekombination an der Absorber/Puffer-Grenzfläche als limitierender Faktor für die Leerlaufspannung (Voc) in hocheffizienten CIGSe-Solarzellen diskutiert wird. Daher konzentriert sich diese Arbeit auf die Optimierung der Grenzfläche CIGSe/Puffer von Solarzellen mit 2 μm Standard absorbern. Außerdem wird auch der Rückkontakt Mo/CIGSe von Solarzellen mit dünneren Absorbern optimiert. In beiden Fällen wird das Konzept der Punktkontakte durch eine Passivierungsschicht (PaL) verwendet. Eine vielseitige, kostengünstige nanolithografische Technik zur Herstellung von Punktkontakten wird unter Verwendung einer Opferschicht realisiert, die als Schablone eingesetzt wird. Diese besteht aus bei niedrigen Temperaturen synthetisierten, monodispersen und größenabstimmbaren CdS-Nanopartikeln (NP’s) und einem PaL aus Aluminiumoxid (Al2O3). Damit lässt sich ein Punktkontaktradius von 60 nm und eine Oberflächenbedeckung von maximal 89% PaL auf CIGSe erreichen. Der Einfluss von Punktkontakten an der CIGSe/Puffer-Grenzfläche auf die Leistung der Solarzelle wird mittels dreidimensionaler Simulationen unter Berücksichtigung des Punktkontaktradius, der Oberflächenbedeckung, der Defektdichte und der Qualität der Grenzfläche analysiert. Eine effiziente PaL sollte eine positive Oberflächenladung erzeugen, die am CIGSe/PaL eine Bandverbiegung induziert und damit die Eigenschaften der Grenzfläche beeinflusst; ihre positive Wirkung auf Voc und den Wirkungsgrad erreicht ein Maximum, wenn die Oberflächenbedeckung der PaL mehr als 95% beträgt und die Grenzflächenladungsdichte größer als 10^12/cm2 ist. Die Punktkontakttechnologie wird mithilfe von CIGSe-Solarzellen mit CdS- und Zn(O,S)- Pufferschichten experimentell validiert. Eine Steigerung der Voc um 10,4% gegenüber den unpassivierten Referenzzellen wird mit der Punktkontaktsolarzelle erzielt. Allerdings wird keine Erhöhung des gesamten Wirkungsgrads erreicht, was auf eine von Al2O3 erzeugte, nach oben gerichtete Bandverbiegung an der Grenzfläche hindeuten könnte, die den Stromfluss behindert. Am Mo/CIGSe-Rückkontakt von dünneren CIGSe absorbern führt die Einführung der Punktkontakte jedoch zu einer signifika nten Senkung der Oberflächen rekombinationsgeschwindigkeit, bedingt durch das durch Ladungen in der Al2O3 -Schicht induzierte elektrische Feld. Folglich zeigten alle Zellparameter von unktkontaktsolarzellen eine relative Verbesserung gegenüber den unpassivierten Referenzzellen: Leerlaufspannung (Voc : + 21%), Kurzschlussstrom (Jsc: + 2,6%), Füllfaktor (FF: + 4,9%) und Wirkungsgrad (FF+ 31%).
