Herstellung kristalliner ZnO-Dünnschichten mittels PLD auf flexiblen Substratmaterialien

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es einzelne Kohlenstofffasern mittels Pulsed Laser Deposition (PLD) und einem gütegeschalteten CO2-Laser vollständig mit Dünnschichten aus Zinkoxid (ZnO) zu beschichten, um daraus Photoanoden für textile, flexible und luftdurchlässige Farbstoffsolarzellen (DSSCs) herzustellen. Der erste Teil der Arbeit untersucht das Wachstumsverhalten der Dünnschichten zunächst auf starren Substraten, sowie den Einfluss der Substrattemperatur, des Sauerstoffdrucks und aller Parameter, die durch die Beschichtung von Fasern bedingt werden. Dazu wurde insbesondere die Kristallstruktur der hergestellten Schichten mittels Röntgendiffraktometrie untersucht und die Ausbildung einer Vorzugsorientierung in Richtung der kristallografischen c-Achse des ZnO beobachtet, die auf die Diffusionslänge des ZnO zurückgeführt werden konnte. Weiterhin wurde das Abscheideverhalten bei Raumtemperatur untersucht, bei der es zur Ausbildung weniger kristalliner, dickerer, zinkhaltiger Schichten kam, und ein Modell zur Erklärung entwickelt. Der zweite Teil der Arbeit untersucht die Eignung der Dünnschichten als Photoanode. Hierzu wurden zunächst leitfähig beschichtete Glassubstrate mit ZnO bei zwei verschiedenen Substrattemperaturen beschichtet, hinsichtlich ihrer optischen sowie elektrischen Eigenschaften charakterisiert und DSSCs aus ihnen hergestellt. Da die DSSCs zwar prinzipiell funktionierten, jedoch sehr geringe Wirkungsgrade zeigten, wurde zunächst der elektrische Kontakt zwischen Kohlenstofffaser und Halbleiter untersucht. Er zeigte eine für diese Anwendung unerwünschte Schottky-Barriere, welche ein Diodenverhalten erzeugt und somit den Wirkungsgrad reduziert. Durch Ausnutzung der im ersten Teil gewonnenen Erkenntnisse über die zinkhaltigen Schichten war es möglich, auf Basis eines Mehrschichtsystems die Schottky-Barriere zu vermeiden und den Wirkungsgrad zu steigern.