Neuartige Cd-freie Fensterstruktur für Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzellen ; Novel Cd-free window structure for chalcopyrite-based thin film solar cells

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine Cd-freie Fensterstruktur für Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzellen zu entwickeln. Als Fenster wird hierbei der transparente n-leitende Teil der Cu(In,Ga)(S,Se)2 - CIGSSe'- Solarzelle bezeichnet, welcher sich bisher aus der Schichtenfolge rf ZnO:Ga/ rf i-ZnO/ Puffer zusammensetzt. In einem ersten Schritt wurde der herkömmliche, im chemischen Bad (CBD) abgeschiedene CdS Puffer durch eine über das neue ILGAR (Ion Layer Gas Reaction) - Verfahren aufgebrachte, hoch-transparente, nicht toxische ZnO Schicht ersetzt. Basierend auf den erarbeiteten, detaillierten Kenntnissen über das ILGAR-ZnO Materialsystem in Verbindung mit dem erlangten Wissen über die optischen und elektronischen Eigenschaften des verwendeten CIGSSe-Absorbers, wurde dieser alternative Puffer systematisch in die Hetero-Struktur integriert. Dies führte zu Solarzellen mit Wirkungsgraden bis zu 15 %. Damit erreichen diese Bauteile deutlich höhere Effizienzen als Standardsolarzellen mit CBD-CdS Puffer. Für diese hocheffizienten, alternativ gepufferten Solarzellen war es allerdings notwendig, die Oberfläche des Absorbers mittels einer Cd2+/NH3-Behandlung vor der eigentlichen Abscheidung des ILGAR-ZnO Puffers zu modifizieren. Die chemischen und elektronischen Auswirkungen einer derartigen Behandlung auf die Absorberoberfläche wurde über verschiedene Analyse-Methoden intensiv charakterisiert. Die nachgewiesene Ausbildung von S-Cd - Bindungen sowie das Aufbrechen von S-Cu - Bindungen lässt darauf schließen, dass sich CdCu+ - Zustände ausbilden und sich Cd2+ an unabgesättigten S - anlagert. Dies führte zur Erweiterung des Defektmodells von Cahen und Noufi. Die Ausbildung der donatorartigen Zustände an der Absorberoberfläche sorgt für eine Verstärkung der Leitungstyp-Inversion, was an der ILGAR-ZnO/ CIGSSe-Grenzfläche in einen spike'- anstatt in einen cliff'-artigen Leitungsbandversatz resultiert. Mit diesen Erkenntnissen konnte die bei entsprechenden Bauteilen durch die Cd2+/NH3-Behandlung induzierte Verlagerung des ...