Korrelative Charakterisierung von co-verdampften Cu2ZnSnSe4-Dünnschichten

• Antragsteller: Dr. Baptiste Jean Germain Gault, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285187084

Kesterit strukturierte Cu2ZnSn(S,Se)4 Verbindungshalbleiter werden neuerdings intensiv als Absorbermaterialien für Dünnschichtsolarzellen untersucht. Das rapide wachsende Interesse an diesen Verbindungen kann auf die niedrigen Kosten und der Verfügbarkeit der Rohmaterialien sowie der nützlichen optoelektronischen Eigenschaften (direkte Bandlücke und hohe Absorptionskoeffizienten), die ähnlich zu denen der etablierten Chalkopyrite sind, zurückgeführt werden. Jedoch stellt ein großer Verlust an Leerlaufspannung bezogen auf die Bandlücke eine der größten Probleme von Kesterit-Solarzellen dar, wobei die Gründe für dieses Phänomen unklar sind. Die elektronische Struktur von Kesterit-Solarzellen wird sehr wahrscheinlich stark von Sekundärphasen beeinflusst. Sekundärphasen können sich während der Herstellung und Verarbeitung von Kesterit-Schichten leicht bilden, da Kesterit-Verbindungen sehr begrenzte Existenzbereiche in Phasendiagrammen aufweisen. Allerdings ist eine klare Verbindung zwischen dem Auftreten von Sekundärphasen und der elektronischen Struktur von Kesterit-Absorbern noch nicht hergestellt. Dies liegt daran, dass die Charakterisierung von Sekundärphasen eine große Herausforderung darstellt. In diesem Projekt planen wir, Cu2ZnSnSe4-Schichten, welche durch Co-Verdampfung hergestellt werden, korrelativ zu charakterisieren. Zu den Analysemethoden, die eingesetzt werden sollen, gehören die Atomsondentomographie, die Elektronenmikroskopie, Photo- und Kathodolumineszenz sowie die elektrische Charakterisierung. Hauptziel dieses Projektes ist es, die Korrelation zwischen der elektronischen Struktur von Kesterit-Dünnschichten (Bandlücke, Defekte, Rekombinationspfade), der Bulkzusammensetzung und der Mikrostruktur (Sekundärphasen, Ordnungs- / Unordnungsübergang) zu verstehen. Anhand fundamentaler Zusammensetzung-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen soll ein Werkstoffdesignkonzept erarbeitet werden, welches eine auf Wissen basierende Entwicklung von Solarzellen unterstützt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Luxemburg
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Susanne Siebentritt