An ausgewählten, in der Entwicklung befindlichen Solarmaterialien wurden bildgebende Messungen der lokalen Photoaktivität durchgeführt, um Einblicke in die Funktionsweise, Degradation und Möglichkeiten der gezielten Modifizierung zu erhalten. Zu diesem Zweck wurde ein optisches Raster-Laser-Mikroskop (SMSC: scanning microscope for semiconductor characterization) aufgebaut. Durch die Abbildung des lokalen Photostroms mit Auflösungen bis zu 1µm konnte in vielen Fällen ein anderes und besseres Verständnis der relevanten Prozesse gewonnen werden, wie es aus integralen Messungen nicht zugänglich gewesen wäre. Bei den halbleitenden Sulfiden und Seleniden des Molybdäns und Wolframs vom Schichtgittertyp, WS2, WSe2, MoS2 und MoSe2, zeigte sich in den bildgebenden Messungen meist eine sehr anisotrope Photoaktivität. Im Vergleich mit optischen mikroskopischen Aufnahmen wurden senkrecht zu den van der Waalschen Ebenen liegende Flächen, etwa an Bruchkanten und Stufen, als Rekombinationszonen identifiziert. In Messungen mit einer Auflösung von 1µm wurde erstmals die Rekombination photogenerierter Ladungsträger an gewachsenen Kristallstufen in Photostromabbildungen gezeigt. Durch chemische Oberflächenbehandlung mit Tween80, einem Polyethoxysorbitanoleat, und Ethylendiamintetraessigsäure konnte die Photoaktivität an den Kristalloberflächen modifiziert werden. Besonders in zuvor wenig photoaktiven Zonen wurden bis zu achtfache Steigerungen beobachtet. Auf der Suche nach ausgedehnten und isotrop photoaktiven Schichten wurde eine Vielzahl verschiedener Schichtgitterhalbleiterproben mit dem SMSC-Gerät untersucht. Am vielversprechendsten erscheinen polykristalline Filme und auf Molybdän- und Wolframblechen durch Sulfurieren erhaltene Sulfidschichten. Diese Schichten zeigten in röntgendiffraktometrischen Messungen eine deutliche Textur. An Injektionssolarzellen auf der Basis von TiO2 und dem Sensibilisator Ru535 wurde das SMSC überwiegend für Degradationsuntersuchungen eingesetzt. So wurde die nur unter Belichtung und Lufteinwirkung ablaufende, vollständige Auflösung der Platinierung des Rückkontaktes beobachtet. Bei intakter Platinierung wurde in Langzeituntersuchungen mit Maskenbelichtung getrennt die Photodegradation im belichteten Bereich und eine Degradation des Elektrolyten untersucht. Die Belichtung durch einen Graukeilfilter unter linearer Abnahme der Lichtintensität führte zu einer proportionalen Abnahme der Photoaktivität. Diese Photodegradation wird als eine Folge der Instabilität des Halbleiter- Sensibilisator-Systems angesehen. In HPLC-Analysen von Farbstoffextrakten an Injektionszellen, die über einen Monat belichtetet wurden, wurde eine Vielzahl von Substanzfraktionen gefunden, die auf eine Reaktion des Farbstoffs hindeuten, aber noch nicht abschließend bewertet wurden. Bei Kupferindiumdisulfidzellen (CIS) wurde gezeigt, daß sich Benetzungswinkelmessungen als Voruntersuchung der CIS-Schichten vor der Weiterprozessierung zu CIS-Solarzellen eignen. Die bildgebenden Photostrommessungen führten zu einem anderen Verständnis und einer besseren Bewertung der Benetzungswinkelmessungen. In Versuchen zur Herstellung neuer cadmiumfreier Pufferschichten wurden vielversprechende, hohe lokale Kurzschlußphotoströme gemessen.
In order to obtain a deeper insight into the mechanisms of operation, the degradation of materials and the possibilities of chemical modification of solar materials still under development, a microscopic photocurrent-mapping technique was used and further developed. For these measurements, samples were selected for their importance in progressing photovoltaic research, and a new improved microscopic set-up (SMSC: scanning microscope for semiconductor characterization) for measurements under local illumination by a tiny laser spot was constructed. The maximum resolution for measurements in electrolytes was 1µm. Surfaces of semiconducting, layer-type sulfides and selenides of tungsten and molybdenum, WS2, WSe2, MoS2 and MoSe2 usually exhibit an anisotropic distribution of photoacivity. By comparison with optical micrographs it was seen that this is due to charge carrier recombination at surface states in the vicinity of cracks or broken edges. At these locations, crystal faces perpendicular to the van der Waals plane with dangling bonds exist. Locally resolved images of the quantum efficiency on as-grown crystallite surfaces of the above materials demonstrate the recombination of photogenerated charge carriers at steps. By chemical surface treatment with Tween80, a polyethoxysorbitaneoleate, and ethylenediaminetetraacetic acid, the photoacitivity could be enhanced. An up to eightfold increase of the locally measured photocurrent was observed, especially in surface areas of previously low photoactivity. In search for samples with isotropic photoactivity stretched out over wider surface areas, a large number of differently prepared samples of the above layer-type semiconductors were examined by the use of the SMSC. Under this point of view, the most promising materials appeared to be polycrystalline films and layers of MoS2 and WS2 obtained from sulphurized molybdenum and tungsten sheets. The latter layers displayed a well expressed texture, as was found out by x-ray diffractometry. In experiments with dye-sensitized solar cells based on TiO2 and sensitized with Ru535-dye, mechanisms of degradation were in the focus of interest. In some cases the complete dissolution of the platinization of the back- contact was observed, which occured only under illumination and only in the presence of air (possibly oxygen). Under longterm-illuminination through round masks, the photodegradation in the illuminated areas and the degradation of the electrolyte could be examined separately. For these cells effects of dissolving platinization could be excluded. If a neutral filter with linearly decreasing optical density was used in the longterm-illumination experiment, a decrease of the photocurrent proportional to the intensity of the incoming light was observed. The photodegradation is assumed to result from instability of the semiconductor-sensitizer-system. In HPLC-analytical investigations a large number of different fractions of possible products were found. This result indicates a reaction of the Ru535-dye, but the experimental basis is so far not sufficient to draw a final conclusion. It was shown for copper indium disulphide (CIS) solar cells, that simple contact angle measurements at CIS-layers prior to further processing can be used to evaluate their suitability for the production of efficient solar cells. Here, SMSC-measurements led to a better understanding and a different interpretation of the results compared to integral measurements of the solar cell performance. In CIS-cells a cadmium sulphide buffer layer is used to prevent shunts between the CIS-layer and the ITO-window material. For environmental aspects CdS is unfavourable and should be replaced. New buffer layers from chemical treatment with solutions containing different metals, especially indium and manganese, were formed and cells with high local photocurrents under short circuit conditions could be obtained.
