12.06.1997
Ingo Dirnstorfer, Universität Giessen
" Optische Charakterisierung von CuInSe2-Dünnschichtsolarzellen"

Abstract

Konventionelle Solarzellen aus kristallinem Silizium haben einen Nachteil: Sie sind zu teuer. Aus diesem Grund werden zahlreiche hochabsorbierende Halbleiter fuer die Produktion von deutlich kostengünstigeren Dünnschichtsolarzellen untersucht. Der Chalkopyrit CuInSe2 gilt zur Zeit als das aussichtsreichste Materialsystem. Im Labormaßstab werden bereits Wirkungsgrade bis zu 17% erreicht, die Effizienz von groşflächigen Solarmodulen liegt jedoch noch darunter. Die Firma Siemens Solar erzielt mit dem RTP-Prozeş Wirkungsgrade um 12%. Für die Steigerung der Solarzellen-Effizienz ist die Kenntnis über die Defekte in der Absorberschicht von groşer Bedeutung. Die energetischen Defektniveaus wurden optisch charakterisiert. In Photolumineszenz (PL)-Untersuchungen ist eine breite und unstrukturierte Emissionsbande bei etwa 0.9eV zu beobachten. Laut Literatur wird der beobachtete Uebergang einer Donator-Akzeptor-Paar-(DAP) Rekombination zugeordnet. Bei genauer Untersuchung der Lumineszenz-Eigenschaften treten jedoch große Abweichungen von den theoretischen Vorhersagen der DAP-Theorie auf. Das Bild von diskreten Donator und Akzeptor-Niveaus innerhalb der Bandlücke ist somit nicht mehr haltbar. Eine alternative Interpretation der Lumineszenz geht davon aus, daş die hohe Defektkonzentration und die hohe Kompensation in dem Halbleiter zu Bandfluktuationen fuehren. Nach B.I. Shklovskii und A.L. Efros werden die Rekombinationsprozesse dann nicht mehr von Ladungen auf diskreten Energieniveaus bestimmt, sondern von Ladungen, die in räumlich getrennten Potentialmulden lokalisiert sind. Mit dieser Theorie können die optischen Eigenschaften konsistent erklärt werden. Auch die elektrischen Eigenschaften, können auf Bandfluktuationen zurückgeführt werden, allerdings sind hier andere Längenskalen relevant. Während optische Prozesse aufgrund der exponentiell abfallenden Tunnelwahrscheinlichkeit nur zwischen Fluktuationen mit geringen Abständen stattfinden, sind für den elektrischen Transport gerade die ausgedehnten Fluktuationen relevant. Die ausgedehnten Fluktuationen bestimmen aufgrund ihrer grö&zslig;eren Amplitude die Aktivierungsenergie fuer die Leitfähigkeit. Ein Vergleich der optischen und elektrischen Eigenschaften gibt einen Einblick in die Defektkonzentration und Kompensation von CuInSe2.