I. Physikalisches Institut der JLU Giessen
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Photovoltaische Schichten

Prof. Dr. Bruno K. Meyer       Dr. Angelika Polity

Herstellung von ZnTe-Dünnschichten/ anionische Substitution durch Sauerstoff

Ein Ziel unserer Forschung ist die Herstellung von Absorberschichten für Solarzellen auf ZnTe-Basis. Dazu muss die Bandkantenenergie von 2,26 eV in einen für photovoltaische Anwendung günstigen Bereich verschoben werden. Zu diesem Zweck wird am I. Physikalischen Institut die anionische Substitution von Tellur durch Sauerstoff an Dünnschichten der Zusammensetzung ZnTe1-xOx untersucht. Eine anschließende Dotierung des Materials ist vorgesehen.

Die Schichten werden über einen RF-Sputterprozess (Radiofrequenz, 13.56 MHz) hergestellt. Als Ausgangsmaterial dient dabei ein ZnTe-Keramiktarget, welches mit Argon als Prozessgas sowie variabler Zugabe von Sauerstoff als Reaktivgas abgetragen wird. Die Resultate anschließender Temperung in unterschiedlicher Atmosphäre werden untersucht.

Zur Analyse der Kristallstruktur wird Röntgenbeugung (XRD) verwendet, Bestimmung der Bandkantenenergie erfolgt mittels optischer Transmissionsmessung. Als weitere Untersuchungsmethode dient Rasterelektronenmikroskopie (SEM) in Verbindung mit energiedispersiver Röntgenmikroanalyse (EDX), um die Oberflächenstrukturierung sowie Zusammensetzung der Schichten zu bestimmen. Zur Analyse der elektrischen Materialeigenschaften (spezifischer Widerstand, Ladungsträgertyp, -dichte und -beweglichkeit) steht ein Hall-Messplatz zur Verfügung.

Herstellung von polykristallinem CuInS2 mittels RF-Sputtern

Ziel ist die Herstellung von Dünnschicht-Absorberschichten durch RF-Sputtern in einem Ein-Schritt-Prozess. Über die Kontrolle der stöchiometrischen Zusammensetzung des Materialsystems lässt sich die intrinsische Defektdichte und damit der Ladungsträgertyp beeinflussen. Darüber hinaus stehen diverse Fremdmaterialien zur extrinsischen Dotierung zur Verfügung. Auf dieser Basis werden Untersuchungen zur bipolaren Dotierbarkeit von CuInS2 durchgeführt.

Die Herstellung der Dünnschichten erfolgt durch RF-Sputtern eines Cu-In-Legierungstargets mit H2S als Reaktivgas. Es stehen dafür Targets mit unterschiedlichem Cu/In-Verhältnis zur Verfügung. Der Schwefelgehalt der Schichten kann über den Reaktivgasfluss kontrolliert werden. Die Dotierung der Schicht erfolgt über die Zugabe eines zweiten Gases während des Prozesses.