dc.contributor.author
Barkschat, Axel
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:05:38Z
dc.date.available
2004-05-21T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/2018
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-6220
dc.description
## Inhaltsverzeichnis
Vorspann
Titelseite i
Inhaltsverzeichnis v
abstract ix
Kurzzusammenfassung xi
Einleitung xiii
Theoretischer Teil
1 Halbleiter 3
2 Charakterisierung von Solarzellen 25
3 Elektrische Charakterisierung von Halbleitern 29
4 Airy-Muster und Durchmesser des Laserspots 37
Experimentelle Methoden
5 Das SMSC-Gerät 45
6 Hall- und Leitfähigkeitsmessungen 63
7 Texturmessungen 67
8 HPLC-Chromatographie 73
Ergebnisse und Diskussion
9 Schichtgitterhalbleiterproben (WS2, WSe2, MoS2, MoSe2) 79
9.1 Einleitung 79
9.2 Struktur und Eigenschaften 79
9.3 Literaturüberblick: Herstellung von Schichtgitterhalbleitern 85
9.4 Literaturüberblick: Elektrochemische Messungen an Schichtgitterhalbleitern
90
9.5 Herstellung und Charakterisierung der Probenmaterialien 96
9.6 Der Iod/Iodid-Elektrolyt 102
9.7 Probenpräparation 105
9.8 SMSC-Messungen an Kristallproben 109
9.9 Hohe Photostromdichten analog zu Ultramikroelektroden 118
9.10 Chemische Oberflächenbehandlung von WSe2 124
9.11 Bildgebende Messungen mit µm-Auflösung an p-WSe2-Kristallstufen 130
9.12 SMSC-Messungen an neuen Schichtgitterproben 143
9.13 MoS2\- und WS2-Dünnschichten durch Sulfurieren 156
9.14 Texturmessungen an MoS2\- und WS2-Schichten 168
9.15 Zusammenfassung 174
10 Injektionssolarzellen 177
10.1 Einleitung 177
10.2 Aufbau und Funktionsweise 179
10.3 Durchführung der ortsaufgelösten Messungen 182
10.4 Einfluß der Titandioxid-Schichtdicke 184
10.5 Degradationsuntersuchungen 187
10.6 Zusammenfassung 203
11 HPLC-Messungen zur Degradation von Injektionssolarzellen 205
11.1 Einleitung und Literaturüberblick 205
11.2 Aufbau und Funktion des HPLC-Gerätes 206
11.3 Proben und Probenvorbereitung 207
11.4 Durchführung der HPLC-Messungen 208
11.5 Auswertung der Ergebnisse 209
11.6 Untersuchungen zur Probenherstellung 225
11.7 Diskussion 232
11.8 Zusammenfassung 235
12 CuInS2-Dünnschichtsolarzellen 239
12.1 Aufbau und Herstellung 239
12.2 Benetzungswinkelmessungen an CIS-Schichten 240
12.3 Untersuchungen neuer Pufferschichten 252
13 Zusammenfassung und abschließende Diskussion 261
Anhang
Technischer Anhang 271
Meß- und Steuerprogramme 279
Symbolverzeichnis 293
Abkürzungsverzeichnis 297
Danksagung 299
Veröffentlichungen 303
Lebenslauf 305
Abbildungsverzeichnis 307
Literaturverzeichnis 311
dc.description.abstract
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.
de
dc.description.abstract
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.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
imaging techniques
dc.subject
electrochemistry
dc.subject
layered semiconductor
dc.subject
dye-sensitized cell
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
dc.title
Bildgebende elektrochemische Untersuchungen an Grenzflächen mit
metallzentrierten Elektronenübertragungen
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. H. Tributsch
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. J. K. Dohrmann
dc.date.accepted
2004-04-28
dc.date.embargoEnd
2004-05-25
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2004001242
dc.title.translated
Investigation of interfaces characterized by metal-centered electron transfer
using electrochemical imaging techniques
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000001229
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2004/124/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000001229
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open access