Untersuchung der lokalen Zusammensetzung und Mikrostruktur von Cu(In,Ga)Se2-Solarzellen

Solarzellen basierend auf dem Verbindungshalbleiter Cu(In,Ga)Se2 erreichen bereits Wirkungsgrade über 22%. Für eine weitere Optimierung der Solarzellen ist ein besseres Verständnis über Inhomogenitäten der Zusammensetzung des Absorbers auf verschiedenen Größenskalen notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuer methodischer Ansatz entwickelt, bei dem dünne Querschnittslamellen unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls aus Cu(In,Ga)Se2-Solarzellen präpariert wurden und anschließend anhand von Synchrotron-basierter Röntgenfluoreszenzanalyse hinsichtlich ihrer lokalen Zusammensetzung charakterisiert wurden. Durch die Anwendung komplementärer elektronenmikroskopischer Messverfahren an denselben Lamellen, konnte die lokale Zusammensetzung mit der Mikrostruktur sowie den optoelektronischen Eigenschaften korreliert werden. Der neu entwickelte methodische Ansatz wurde auf aktuell relevante Themen der Cu(In,Ga)Se2-Forschung angewendet. Es wurde gezeigt, dass bei der sequentiellen Herstellung des Cu(In,Ga)Se2-Absorbers eine höhere Temperatur während der ersten Stufe eines zweistufigen Selenisierungsprozesses zu einer homogeneren Verteilung der Galliumkonzentration, über der Tiefe sowie lateral, führt. Damit konnten verbesserte elektronische Eigenschaften der Solarzelle erklärt werden. Außerdem wurde der Einfluss der Alkalimetalle Kalium und Rubidium auf die Eigenschaften von Cu(In,Ga)Se2-Solarzellen untersucht. So konnten an Solarzellen, die einer Nachbehandlung mit Kaliumfluorid unterzogen wurden, Variationen der Zusammensetzung an Korngrenzen sowie an der Oberfläche des Absorbers nachgewiesen werden. Darüber hinaus wurden im Rahmen dieser Arbeit Ursachen gefunden, die den positiven Einfluss einer Nachbehandlung mit Rubidiumfluorid erklären. Unter anderem wurde Rubidium an Korngrenzen, deren dazugehörige Körner eine zufällige Misorientierung aufweisen, nachgewiesen. Dort bewirkt das Rubidium sehr wahrscheinlich eine Passivierung von Defekten.