Elektro-optische Untersuchung von CIGSe-Dünnschichtsolarzellen

Die Galliumverteilung in CIGSe-Dünnschichtsolarzellen ist für die Effizienz von entscheidender Bedeutung. Im sequenziellen Herstellungsprozess lässt sich dieser aber nur schwer beeinflussen. Ziel dieser Arbeit ist es daher, die Prozessschritte des sequentiellen Zwei-Stufen-Prozesses hinsichtlich der Verteilung von Gallium als Funktion von der Schichttiefe zu charakterisieren. Dazu wird zunächst eine Messmethode entwickelt, die es mittels Energiedispersiver Röntgenspektroskopie ermöglicht, die Zusammensetzung mit einer hohen Ortsauflösung zu bestimmen. Die Prozessvariation konzentriert sich im Wesentlichen auf die Abscheidung der Vorläuferschichten und die Temperatur der einzelnen Selenisierungsstufen des sequentiellen Zwei-Stufen-Prozesses. Zur Bestimmung der quantitativen Elementzusammensetzung werden mit einer Ionenfeinstrahlanlage Lamellen mit einer Dicke von wenigen zehn Nanometer aus den Querschnitten der Solarzellen präpariert. Durch die geringe Lamellendicke kann sich der Elektronenstrahl in der Lamelle nicht ausbreiten und die Auflösung ist in erster Näherung nur vom Durchmesser des Elektronenstrahls abhängig. Zudem werden Kathodolumineszenzmessungen an diesen Lamellen zur Charakterisierung der Galliumverteilung verwendet. Dabei zeigen sich Liniendefekte sowie inhomogene Elementverteilungen innerhalb von Körnern. Darüber hinaus wird durch die Kombination verschiedener Messmethoden die Absorberbildung untersucht und die Entstehung der Chalkopyritphase lokalisiert. Es zeigt sich, dass der Temperaturverlauf zu Beginn der Selenisierung entscheidend für die Galliumverteilung in den fertig prozessierten Solarzellen ist. Mit ansteigender Substrattemperatur in der ersten Selenisierungsstufe wird die Galliumverteilung zunehmend homogener. Dagegen hat die Temperatur der zweiten Selenisierungsstufe keinen signifikanten Einfluss auf die Verteilung.