Die Leerlaufspannung von Solarzellen basierend auf Cu(In,Ga)S2 wird durch Rekombinationsverluste über Grenzflächendefekte limitiert. Erhöhte Werte für die Leerlaufspannung lassen sich durch erhöhte Ga-Konzentrationen erzielen. Dabei ist über den Einfluss von Ga auf die Energiebänder in Schwefel-basierten Chalcopyriten bisher wenig bekannt. In dieser Arbeit werden Cu(In,Ga)S2 Solarzellen mit unterschiedlichen Ga-Tiefenprofilen in der Absorberschicht mit Hinblick auf den Einfluss von Ga auf Solarzellenparameter und Defekteigenschaften mit Hilfe elektro-optischer Methoden untersucht. Die ermittelten Zusammenhänge geben Aufschluss auf den Einfluss von Ga auf die Energiebänder in Cu(In,Ga)S2 Solarzellen. Darüber hinaus werden die Eigenschaften der mittels Admittanzspektroskopie nachgewiesenen Signaturen mit den Charakteristika der in Cu(In,Ga)Se2 Solarzellen auftretenden Signaturen N1 und N2 verglichen. Auf diese Weise können die beobachteten Signaturen weiter klassifiziert werden. <dt.>
The open circuit voltag of solar cells based on Cu(In,Ga)S2 is limited by recombination losses via interface defect states. An increase of the open circuit voltage can be achieved by increasing the Ga content. However, little is known about the effect of Ga on the energy bands in sulfur-based chalcopyrites. In this work Cu(In,Ga)S2 solar cells with different Ga depth profiles are investigated by means of electro-optical methods with regard to the influence of Ga on the device and defect parameters. The results provide information about the influence of Ga on the energy bands of Cu(In,Ga)S2 solar cells. Furthermore, the characteristics of signatures evaluated by means of thermal admittance spechtroscopy are compared to those of the signatures N1 and N2 that are known from Cu(In,Ga)Se2 solar cells. This allows for further classification of the observed signatures. <engl.>
Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung neuartiger bzw. verbesserter Methoden für Photolumineszenz(PL)-Messungen an inhomogenen Absorbern um laterale Fluktuationen und tiefenabhängige Variationen spektroskopischer, optischer und opto-elektronischer Eigenschaften im submikroskopischen bzw. mikroskopischen Bereich zu identifizieren. Ein Konzept beschäftigt sich mit der PL-Emission von der Vorder- und der Rückseite eines Absorbers, während ein anderer Ansatz die Analyse von PL-Spektren, die von der Vorderseite eines Absorbers emittiert werden, für unterschiedliche Absorberschichtdicken verfolgt. Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung von tiefenabhängigen Variationen bilden konfokale PL-Messungen an Absorberbruchkanten. Der Schwerpunkt der letzten Methode ist die Untersuchung von lateralen Fluktuationen mit einem optischen Nahfeldmikroskop an speziell präparierten Absorbern. Die Realisierung dieser vier Strategien erfolgt an Cu(In,Ga)Se2-basierte Dünnschichtsysteme. <dt.>
The aim of this thesis is the development and refinement of photoluminescence (PL) methods for inhomogeneous absorbers to identify lateral fluctuations and depth-dependent variations of spectroscopic, optical and opto-electronic properties in the submicron/micron range. The first approach deals with the spectral investigation of PL emission from the front and the rear side of an absorber, whereas the second idea is about the analysis of PL spectra from the front side of the absorber for different absorber thicknesses. Another technique for determination of depth-dependent variations are confocal PL measurements at cross sections of absorbers. The last concept pursues the study of lateral fluctuations with an optical near-field microscope on specially prepared absorbers. These four strategies are demonstrated with samples based on Cu(In,Ga)Se2. <engl.>
Der Beitrag unterschiedlicher Rekombinationsmechanismen zur Reduktion der Voc wurde für galvanisch hergestellte CIGS Solarzellen systematisch untersucht. Mit Hilfe von temperatur- und beleuchtungsabhängigen I-V-Messungen wurde festgestellt, dass die Grenzflächenrekombination am Heteroübergang die Leerlaufspannung von Solarzellen mit einem In2S3-Puffer limitiert, und für Proben mit einem CdS-Puffer die Rekombination über Zustände im Absorbervolumen dominiert. Mittels Admittanzspektroskopie und DLTS wurden tiefe Zustände mit EA>300 meV beobachtet. Die Eisendiffusion wurde durch die Variation des Substratmaterials als Quelle für Defekte ausgeschlossen. Durch Variation des Sauerstoffgehalts während des RTP-Prozesses wurde festgestellt, dass durch Sauerstoffeinbau tiefe Zustände erzeugt werden. Die Konzentration der N2-Zustände korreliert mit den Verlusten in der Leerlaufspannung. <dt.>
The contribution of different recombination mechanisms was systematically studied for CIGS solar cells with electroplated absorber. Temperature and irradiation dependent I-V measurements were used for determination of the dominant recombination path. Surface recombination limits the Voc for solar cells with In2S3 buffer and recombination via defect states in the bulk is dominant for samples with CdS buffer. Deep states with EA>300 meV were obtained by means of admittance and DLTS. Iron diffusion was excluded as defect source by variation of the substrate material. Variation of the oxygen content while RTP-Process allowed to conclude that oxygen incorporation is responsible for deep states. The concentration of the N2 state correlates with Voc losses. <engl.>
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines neuartigen Konzepts für Silizium-Dünnschicht-Solarzellen. Aktuell gefertigte multispektrale Silizium-Dünnschicht-Module erreichen Effizienzen von 12.5%. Elektrooptische Simulationen zeigen, dass diese Wirkungsgrade durch den Einsatz so genannter Triple-Junction Konzepte weiter gesteigert werden können. Ausgehend von einer Materialstudie so wie der simulativen Betrachtung des Zusammenspiels der Einzelsolarzellen wurde daraufhin ein neuartiges Konzept für Dünnschicht-Solarzellen erarbeitet. Das neue Konzept beruht hierbei im Wesentlichen auf der Verwendung amorpher bzw. mikrokristalliner Germanium-Dünnschicht-Solarzellen, deren Herstellung und Optimier ausführlich behandelt werden. Dazu wurden die optischen und elektrischen Schicht- und Solarzelleigenschaften untersucht und in Beziehung zu den Ergebnissen aktueller Arbeiten gesetzt. Im Ergebnis gelang es so das Potential des neuartigen Solarzellenkonzepts ausgiebig darzulegen. <dt.>
his thesis presents the development of a novel device concept for thin film silicon solar cells. Industrially produced a-Si:H/myc-Si: multi-junction-modules reach actually efficiencies of 12.5 %. Sophisticated simulations proof that so-called triple-junction concepts have the opportunity for further increase of the module efficiencies. A survey of semiconductor materials in combination with simulative evaluation of multi-junction solar cells leads finally to a novel multi-junction-solar-cell concept. This concept is based on the implementation of amorphous or microcrystalline germanium thin-film-solar-cell. The manufacturing and improvement from this germanium is discussed in detail in this thesis by the comparison of optical and electrical behavior of the different structures. Finally, a good correspondence between simulation and experimental characteristics was achieved which allowed to estimate the efficiency limit and commercial potential of new triple junction solar cells. <engl.>