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

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Cu(In, Ga)Se2-Solarzellen erreichen mit einem Laborwirkungsgrad von etwa 20 % das größte Potenzial unter den kommerziell erhältlichen Photovoltaik-Dünnschichttechniken. Allerdings können laterale Inhomogenitäten im Mikrometerbereich innerhalb der polykristallinen Cu(In, Ga)Se2-Funktionsschicht den Wirkungsgrad beeinträchtigen. Diese Arbeit nutzt ortsaufgelöste und zerstörungsfreie Methoden wie Photolumineszenz und Raman-Mikroskopie, um mikroskopische Inhomogenitäten im quaternären System Cu-In-Ga-Se besser zu verstehen und deren Ursachen zu identifizieren. Eine umfangreiche Datenbasis wird durch Raman-Spektroskopie an Cu(In, Ga)Se2-Schichten mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen, die mittels Ko-Verdampfung hergestellt wurden, erstellt. Veränderungen im Kupfer- und Galliumgehalt beeinflussen die Raman-Moden aufgrund variierender Kraftkonstanten und Gitterkonstanten. Geringe Zugspannungen der Schichten haben keinen Einfluss auf die Raman-Messungen. Diese Erkenntnisse zur Raman-Spektroskopie bilden die Grundlage für ex-situ und in-situ Prozesskontrollen im industriellen Herstellungsprozess. Durch die Kombination von Photolumineszenz und Raman-Spektroskopie konnten drei Typen mikroskopischer Inhomogenitäten identifiziert und klassifiziert werden: „Typ Cu“ (lokaler Anstieg im Cu/(Ga+In)-Verhältnis), „Typ Ga“ (lokale Abnahme im Ga/(Ga+In)-Verhältnis) und „Typ Fluktuation“ (lokale Abnahme der Bandfluktuation).