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Durch das Dotieren wird die Ladungsträgerkonzentration n oder p erhöht und somit steigt die
Leitfähigkeit des Materials. Verbindungshalbleiter wie CIGS können aufgrund von Eigendefekten
auch ohne das Einbringen einer Dotierung von außen freie Ladungsträger aufweisen. Hierbei
handelt es sich z.B. um Kupferleerstellen, die als Elektronenakzeptor wirken und somit eine
p-Dotierung verursachen.
2.1.3 Rekombination
Bei der Rekombination treffen sich ein Elektron aus dem Leitungsband und ein Loch aus dem
Valenzband und eliminieren sich gegenseitig. Dies kann durch Ladungsträgerfallen (Defekte) in
der Mitte der Bandlücke geschehen. Außerdem kann Rekombination strahlend über Band-zu-
Band Übergänge und durch Auger-Rekombination stattfinden. Rekombination führt zum Verlust
von photogenerierten Überschuss-Ladungsträgern und somit zu geringeren Effizienzen in
Solarzellen. Entgegen dem Einfangen von Elektronen und Löchern auf einem Defekt wirkt die
Emission von Elektronen und Löchern von diesem Defekt.
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Defekt mit einem Ladungsträger besetzt ist, hängt direkt von
der energetischen Distanz des Defekts zu der entsprechenden Bandkante ab. Ein Elektronen-
Donator sitzt nahe am Leitungsbandminimum. Die Wahrscheinlichkeit, dass dieser mit einem
Loch besetzt ist ist also relativ hoch, während die Wahrscheinlichkeit, dass der Zustand mit einem
Elektron besetzt ist sehr gering ist. Zu einer Rekombination von Ladungsträgern kann es
aber nur kommen, wenn ein Zustand zur gleichen Zeit mit einem Elektron und einem Loch
besetzt ist. Dies ist am Wahrscheinlichsten in Zuständen in der Bandmitte, da dort die Aufenthaltswahrscheinlichkeit
von Elektronen und Löchern ungefähr gleich groß ist.
Die Rekombination auf einem einzelnen Defektniveau wird als Shockley-Read-Hall Rekombination
bezeichnet und wird über die Rekombinationsrate u beschrieben [26]:
u =
σ n · n
+ n i · ex p E T −E i
kT
σ n σ p· < v th > · n
· p − n 2 i
· NT
+ σp · p
+ n i · ex p − E T−E i
kT
(2.7)
Hierbei sind σ n und σ p die Wirkungsquerschnitte für Elektronen und Löcher, die mittlere
thermische Geschwindigkeit der Ladungsträger, E T die Energie und N T die Konzentration des Defektes,
E i die Lage des Fermi-Niveaus für einen intrinsischen Halbleiter und n i die Konzentration
der intrinsischen Ladungsträger.
10 2 Grundlagen