dc.contributor.author
Schuler, Steffen
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:27:00Z
dc.date.available
2002-12-16T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/10498
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-14696
dc.description
Titelblatt 1
Inhaltsverzeichnis 3
1\. Einleitung 9
2\. Grundlagen 13
2.1. Materialeigenschaften 13
2.2. Solarzellen auf Chalkopyritbasis 17
3\. Stromtransport - Theorie und Methoden 29
3.1 Leitfähigkeit und Hall-Effekt 29
3.2. Ladungsträgertransport in den Bändern 31
3.3. Streuung an Korngrenzen 33
3.4. Hopping -Transport 36
4\. Entwicklung von Heterosolarzellen mit CuGaSe2-Absorbern 39
4.1. Präparation und Optimierung des CuGaSe2-Absorbers 39
4.2. Präparation und Modifikation des CdS-Puffers 43
4.3. Solarzellenkennlinien 45
5\. Struktur der CuGaSe2-Schichten -- CuGaSe2-Wachstum 47
5.1. Polykristallines CuGaSe2 47
5.2. Epitaktisches CuGaSe2 51
6\. Elektrische Volumeneigenschaften und Grenzflächendefekte in
CuGaSe2-Solarzellen 55
6.1. Experimenteller Aufbau 55
6.2. Einfluss der Puffermodifikation auf die Stromsammlung 55
6.3. Quanteneffizienz unter Vorspannung 56
6.4. Bestimmung der effektiven Sammlungslänge 57
6.5. Auswirkung der Puffermodifikation auf die Quanteneffizienz 58
6.6. Einfluss der Grenzflächendefekte auf den pn-Übergang 60
7\. Transportmechanismen und Defekte in CuGaSe2 63
7.1. Experimenteller Aufbau und Messverfahren 64
7.2. Vorbetrachtung anhand der Schichtleitfähigkeit 65
7.3. Ladungsträgertransport in epitaktischen Schichten 66
7.4. Ladungsträgertransport in polykristallinem CuGaSe2 69
7.5. Korngrenzen-Modell 73
7.6. Transport bei tiefen Temperaturen 74
7.7. Diskussion der Akzeptoraktivierungsenergie 75
7.8. Selbstkompensation und die Rolle des Na in CuGaSe2 79
8\. Zusammenfassung und Ausblick 81
Anhang A 85
Anhang B 87
Symbolverzeichnis 89
Literaturverzeichnis 95
Lebenslauf, Publikationen, Danksagung 101
dc.description.abstract
In der vorliegenden Arbeit wurden polykristalline und epitaktische
CuGaSe2-Schichten für die elektrische Charakterisierung mit Hall-Effekt und
Leitfähigkeitsmessungen und für die Verwendung in Mo/CuGaSe2/CdS/ZnO-
Heterosolarzellen mittels PVD hergestellt. Die Prozeßführung zur Herstellung
der polykristallinen Glas/CuGaSe2-Schichten und der epitaktischen
(001)GaAs/CuGaSe2-Schichten wurde optimiert, und ihre strukturellen
Eigenschaften mittels SEM, TEM, XRD und ECP charakterisiert. Die präparierten
Mo/CuGaSe2/CdS/ZnO-Heterosolarzellen erreichen Wirkungsgrade bis zu 7.9%. Für
die Diodeneigenschaften wichtige Größen Diffusionslänge der
Minoritätsladungsträger, Raumladungszonenweite, Dotierung und
Diffusionsspannung wurden mittels Quantenausbeutemessungen bestimmt. Die
Solarzelleneigenschaften wurden mit einer modifizierten CdS-Pufferpräparation
verbessert, wodurch die Dichte besetzter Grenzflächendefekte am Heteroübergang
reduziert werden konnte. Durch Hall-Effekt und Leitfähigkeitsmessungen konnte
erstmals für polykristalline Chalkopyrite ein Korngrenzenmodell erstellt
werden, das die Limitierung des Ladungsträgertransport durch
Potentialbarrieren an den Korngrenzen erklärt. Die dafür entscheidenden Werte,
d.h. die Dichte der Grenzflächenzustände an den Korngrenzen, die
Bandverbiegung durch dort lokalisierte Ladungen und die Dotierung im Volumen
der Kristallite wurden ermittelt. Bezüglich des die Transporteigenschaften
dominierenden Akzeptors wurde gezeigt, dass die thermische Aktivierungsenergie
im verdünnten Grenzfall in allen präparierten Schichten identisch ist, jedoch
mit steigender Defektkonzentration abnimmt. Die Defektdichte der
unterschiedlich hergestellten Schichten variiert um mehrere Größenordnungen.
Hiermit konnte ein direkter experimenteller Beweis erbracht werden, dass - wie
für die untersuchten Schichten der Fall - auch ausschließlich durch
Eigendefekte charakterisierte Halbleiter den Effekt der Selbstkompensation
aufweisen.
de
dc.description.abstract
In this work polycrystalline and epitaxial CuGaSe2 thin films were prepared by
PVD for their electrical characterisation by means of Hall effect and
conductivity measurements and for application in Mo/CuGaSe2/CdS/ZnO solar
cells. The structural properties of the polycrystalline Glass/CuGaSe2 layers
and the epitaxial (001)GaAs/CuGaSe2 films were studied by SEM, TEM, XRD and
ECP. The Mo/CuGaSe2/CdS/ZnO solar cells reach efficiencies of 7.9%. For the
diode characteristics important values like the diffusion length of the
minority carriers, space-charge region width, doping concentration and built-
in voltage were determined using quantum efficiency measurements. The solar
cell characteristics were improved by modifying the CdS buffer preparation,
whereby the density of occupied surface defects at the heterjunction could be
reduced. By Hall effect and conductivity measurements a grain boundary model
for polycrystalline chalcopyrites could be provided for the first time. Hereby
it is shown that the charge carrier transport is limited by potential barriers
at the grain boundaries. The density of charged defect states and the band
bending at the grain boundaries, as well as the doping in the volume of the
crystallites were quantified. Concerning the dominating acceptor in CuGaSe2 it
is demonstrated that the corresponding thermal activation energy is identical
in the infinite dillution limit, but decreases with rising defect
concentration. The defect density of differently prepared layers varies by
several orders of magnitude. Direct experimental evidence could be provided
that semiconductors characterised exclusively by intrinsic defects exhibit the
effect of the self compensation.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
CuGaSe<sub>2</sub>
dc.subject
transport properties
dc.subject
grain boundaries
dc.subject
self compensation
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
dc.title
Transporteigenschaften und Defekte in polykristallinen CuGaSe2-Schichten und
Heterostrukturen
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Martha Ch. Lux-Steiner
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. William D. Brewer
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. J. Luther
dc.date.accepted
2002-12-04
dc.date.embargoEnd
2002-12-20
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2002002944
dc.title.translated
Transport properties and defects in polycrystalline CuGaSe2 thin films and
heterostructures
en
refubium.affiliation
Physik
de
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FUDISS_thesis_000000000804
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