Mikroskopische Inhomogenitäten und opto-elektronische Eigenschaften von Cu(In,Ga)Se2-Schichten

Cu(In, Ga)Se2-Solarzellen haben mit einem derzeitigen Laborwirkungsgrad um 20 % das größte Potenzial aller kommerziell erhältlichen Photovoltaik-Dünnschichttechniken. Laterale Inhomogenitäten der Größe von wenigen Mikrometern innerhalb der polykristallinen Cu(In, Ga)Se2-Funktionsschicht können jedoch den Wirkungsgrad des Bauteils limitieren. Diese Arbeit trägt, durch die Kombination der ortsaufgelösten sowie zerstörungsfreien Methoden der Photolumineszenz und Raman-Mikroskopie, zu einem erweiterten Verständnis über mikroskopische Inhomogenitäten des quaternären Systems Cu-In-Ga-Se bei und zeigt die Ursachen für deren Entstehung auf. Eine breite Datenbasis wird experimentell mittels Raman-Spektroskopie an Cu(In, Ga)Se2- Schichten unterschiedlichster chemischer Zusammensetzungen erarbeitet, die alle mit dem industriell relevanten Verfahren der Ko-Verdampfung hergestellt wurden. Änderungen im Kupfer- sowie Galliumgehalt verschieben die Cu(In, Ga)Se2-Raman-Moden wegen veränderter Kraftkonstanten, bedingt durch Änderungen der Gitterkonstanten. Geringe Zugspannungen der Schichten haben keinen Einfluss auf die Auswertung der Raman-Messungen und Gitterkonstanten. Mit diesen Erkenntnissen zur Raman-Spektroskopie an Cu(In, Ga)Se2- Schichten ist die Grundlage für die ex-situ als auch in-situ Prozesskontrolle für den industriellen Herstellungsprozess gelegt. Durch Korrelation der opto-elektronischen Methode der Photolumineszenz mit der Raman- Spektroskopie, die Informationen über strukturelle und kompositionelle Änderungen liefert, konnten drei unterschiedliche Typen von mikroskopischen Inhomogenitäten identifiziert und auch klassifiziert werden: Eine Inhomogenität bezeichnet mit „Typ Cu“, die einem lokalen Anstieg im Cu/(Ga+In)-Verhältnis entspricht, zweitens eine Inhomogenität mit der Bezeichnung „Typ Ga“, eine lokale Abnahme im Ga/(Ga+In)-Verhältnis und der „Typ Fluktuation“, eine lokale Abnahme der Bandfluktuation