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Ersatzschaltbild C
R p1
R p2
C p1
CPE
T,P
R s
Abbildung 6.8: Ersatzschaltbild C:
(R p1 -C p1 ) - (R p2 -T) - R s Schaltung.
Das konstante Phasenelement CPE besteht
aus einer nicht idealen Kapazität
T und dem Kennwert P, der den
Grad des kapazitiven Verhaltens angibt.
Das resultierende Verhalten des Real- und Imaginärteils ist für das Ersatzschaltbild A in blau,
für das Ersatzschaltbild B in grün, für das Ersatzschaltbild C in schwarz und für die Messdaten
der CdS-Zelle in rot abgebildet.
Ausgehend von Ersatzschaltbild A, bei dem der Imaginärteil der Impedanz schon relativ gut mit
den Messwerten übereinstimmt, aber es in dem Realteil noch deutliche Abweichungen von den
Messwerten gibt, wird durch das Einführen eines seriellen Widerstands in Ersatzschaltbild B der
Realteil bei hohen Frequenzen besser nachgebildet. Außerdem liegt der Fit für Ersatzschaltbild
B in der Cole-Cole Auftragung deutlich besser auf der Messkurve als der Fit von Ersatzschaltbild
A. Eine Steigung von kleiner -2 im Realteil der Impedanz kann jedoch ohne Einführung eines
konstanten Phasenelements, wie in Ersatzschaltbild C, nicht realisiert werden. Das Ersatzschaltbild
C zeigt die beste Übereinstimmung der angepassten Daten und der Messdaten.
Die angepassten Daten zeigen ab Frequenzen größer 10 kHz im Real- und Imaginärteil Abweichungen
zu den Messdaten. Der Realteil weist einen Bereich zwischen 10 kHz und 1 MHz auf, in
dem die Steigung kleiner als -2 ist. Dieses Verhalten kann nicht mehr mit einer Kombination von
Widerständen und Kapazitäten beschrieben werden. Es wird ein sogenanntes constant phase
element (CPE) benötigt. Dieses besitzt einen nicht-idealen Phasenwinkel, der von 0 ° bzw. ±90 °
abweichen kann. Für die CdTe-Solarzelle wurden solche Elemente zur Beschreibung von Materialinhomogenitäten,
wie zum Beispiel tiefen Defekten [169] eingesetzt. Das hier verwendete
CPE besitzt ein T von 20.5 nF und ein P von 0.93, was in der Literatur noch als nahezu ideales
kapazitives Verhalten gilt[175].
Der Imaginärteil der Impedanz zeigt bei Frequenzen größer 1 MHz Resonanzeffekte. Zur Beschreibung
dieses Effektes muss eine zusätzliche Induktivität in das Ersatzschaltbild eingefügt
werden. Die ermittelte Induktivität beträgt 3·10 −7 H. Da sich durch den Einbau einer Induktivität
die erhaltene Kapazität nicht ändert und nur diese zur weiteren Auswertung heran gezogen
werden, wird hier auf die zusätzliche Induktivität verzichtet.
Die nachfolgenden C-V und C-V-t Messungen werden bei einer konstanten Frequenz durchgeführt,
somit ist es nicht mehr möglich die Daten mit dem Ersatzschaltbild B bzw. C anzupassen.
6.1 Frequenzabhängige Impedanzmessungen 119