dc.contributor.author
Höpfner, Britta
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:11:05Z
dc.date.available
2014-08-05T10:56:25.161Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/10160
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-14358
dc.description
1 Prinzip der Cu(In,Ga)Se2-Tandemsolarzelle 2 Thermodynamische Betrachtung der
CuInSe2/ZnO-Grenzfläche 3 Grundlagen des CuInSe2-ZnO-Systems 4 Grundlagen der
Messmethoden 5 Experimenteller Aufbau 6 Aufbau der Proben 7 Interdiffusion an
CuInSe2/i-ZnO-Grenzflächen für Cu(In,Ga)Se2-Superstratsolarzellen 8
Interdiffusion an CuInSe2/ZnO:Al-Grenzflächen für
Cu(In,Ga)Se2-Tandemsolarzellen 9 NEXAFS-Messungen an CuInSe2/ZnO:Al-
Grenzflächen 10 Zusammenfassung
dc.description.abstract
Bei der Abscheidung von Cu(In,Ga)Se2 auf transparenten oxidischen Leitern
(TCOs) wie ZnO kommt es zu störender Interdiffusion und Fremdphasenbildung an
der Grenzfläche. Als Modellsysteme wurden CuInSe2/i-ZnO- und CuInSe2/ZnO:Al-
Grenzflächen untersucht, wie sie in chalkopyritbasierten Superstrat- und
Tandemsolarzellen Verwendung finden. Die Untersuchung der CuInSe2/ZnO-Stapel
erfolgte von der ZnO-Seite aus. Um dies zu ermöglichen, müssen die Proben nach
der Deposition umgedreht werden. Dies wurde durch eine spezielle Präparation
auf wasserlöslichen NaCl- und KBr-Einkristallsubstraten realisiert. Das ZnO
wurde dann schrittweise mit 10%iger Essigsäure abgeätzt, was eine
tiefenabhängige Betrachtung der Diffusion von Kupfer, Indium und Gallium ins
ZnO erlaubte. Hierzu wurden oberflächensensitive Methoden wie
Röntgenelektronenspektroskopie (XPS) und
Röntgennahkantenabsorptionsspektroskopie (NEXAFS) genutzt. Bei üblichen
CuInSe2-Depositionstemperaturen (TS=480°C-530°C) kommt es zur Bildung einer
In2O3-Trennschicht zwischen ZnO und CuInSe2. Im Fall von n-dotiertem ZnO:Al
bildet sich außerdem Al2O3 und ZnAl2O4 im ZnO:Al. Diese Fremdphasen wurden mit
``ChemSage’’ simuliert und mit XPS- und NEXAFS-Messungen experimentell
nachgewiesen. Der Nachweis der in geringen Mengen auftretenden Aluminiumphasen
wurde durch das Ätzverfahren ermöglicht. Da Al2O3 und ZnAl2O4 mit 10%iger
Essigsäure nicht ätzbar sind, erhöht sich ihr Anteil an der Probenoberfläche
beim Ätzen. Während In2O3 als TCO auch in Solarzellen eingesetzt wird, sind
Al2O3 und ZnAl2O4 aufgrund fehlender Leitfähigkeit zu vermeiden. Es konnte
gezeigt werden, dass das Auftreten dieser nicht leitfähigen Phasen durch
niedrigere ZnO:Al-Depositionstemperaturen sowie das Austauschen des im
Substratmaterial vorkommenden Natriums durch Kalium verringert werden kann. An
der CuInSe2/i-ZnO-Grenzfläche wurde eine Abhängigkeit der Kupferdiffusion ins
i-ZnO von der CuInSe2-Depositionstemperatur entdeckt. Mit einer
Temperaturerhöhung von 480°C auf 520°C steigt der Kupfergehalt im i-ZnO um das
etwa 10-fache. Dies kann mit dem Entstehen von ZnkIn2O(k+3)-Phasen mit k=5
oder k=7 an der In2O3/i-ZnO-Grenzfläche erklärt werden. An der CuInSe2/ZnO:Al-
Grenzfläche war kein Anstieg der Kupferdiffusion bei TS=520°C zu beobachten.
Naheliegend ist, dass die ZnkIn2O(k+3)-Bildung dort durch die Al2O3-Phase
verhindert wird, die sich an der In2O3/ZnO:Al-Grenzfläche verstärkt ausbildet.
de
dc.description.abstract
When depositing Cu(In,Ga)Se2 on transparent conducting oxides (TCOs), as
needed in superstrat and tandem solar cell concepts, inter diffusion and
impurity phases occur at the interface. To investigate those, the
CuInSe2/i-ZnO and CuInSe2/ZnO:Al interfaces where chosen as model systems. The
CuInSe2/ZnO stacks had to be investigated from the ZnO side. To permit this a
preparation method was developed with water soluble NaCl and KBr crystals as
substrates to reverse the sample stack after deposition. By etching the ZnO
with acetic acid of a 10% concentration, analyses were made possible at
different depths of the ZnO layer. Using this method diffusion of copper,
indium and selenium was traceable through the ZnO. The CuInSe2 deposition
happens at high temperatures (TS=480°C-530°C) which leads to the formation of
a separating In2O3 layer between ZnO and CuInSe2. In case of aluminum doped
ZnO:Al, additional impurity phases as Al2O3 and ZnAl2O4 appear in the ZnO:Al.
Those phases where predicted with ``ChemSage’’ calculations as well as
demonstrated by XPS and NEXAFS measurements. Al2O3 and ZnAl2O4 appear in low
quantities due to the addition of aluminium as a dopant. Their confirmation
was made possible by the special etching process. Al2O3 and ZnAl2O4 do not
dissolve in 10% acetic acid, therefore their concentration on the ZnO:Al
surface rises during the etch. While In2O3 is a TCO and is already used in
solar cells, Al2O3 and ZnAl2O4 need to be avoided in cell structures due to
their lack of conductivity. Their appearance was shown to be reduced by
lowering the ZnO:Al deposition temperature and substitution of sodium with
potassium in the substrate. At the CuInSe2/i-ZnO interface a CuInSe2
deposition temperature (TS) dependency of copper diffusion into the i-ZnO was
shown. Raising TS from 480°C to 520°C increases the amount of copper in the
i-ZnO about 10 times. This can be explained with the formation of ZnkIn2O(k+3)
phases with k=5 or k=7. On CuInSe2/ZnO:Al interfaces no comparable dependency
of copper diffusion to TS was seen. The formation of ZnkIn2O(k+3) is
restricted by the Al2O3 phases which appear especially at the In2O3/ZnO:Al
interface and work as a reaction barrier.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
transparent conducting oxides
dc.subject
tandem solar cells
dc.subject
superstrate solar cells
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik
dc.title
Diffusion und Phasenbildung bei der Abscheidung von Chalkopyritabsorbern auf
transparenten oxidischen Leitern
dc.contributor.contact
brittahoepfner@googlemail.com
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. M. Ch. Lux-Steiner
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. B. Kanngießer
dc.date.accepted
2014-05-12
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000097248-9
dc.title.translated
Diffusion and phase formation during the deposition of chalcopyrite absorbers
on transparent conducting oxides
en
refubium.affiliation
Physik
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000097248
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000015609
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access