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drei Größenordnungen kleiner. Der Diffusionskoeffizient von Cadmium ist 10 −18 cm 2 /s [42],
der von Zink 10 −11 cm 2 /s [43] und der von Schwefel 10 −13 cm 2 /s [44]. Natrium sorgt im CIGS
für eine geringere Interdiffusion von Indium und Gallium [45].
Mit steigender Korngröße, welche durch eine Cu-reiche Abscheidung im CIGS erreicht wird,
steigt die Diffusionsgeschwindigkeit von In und Ga [46]. Eine Diffusion über Korngrenzen ist
auszuschließen [47].
Die chemische Stabilität einer Grenzfläche und deren Eigenschaften hängen maßgeblich von der
Fähigkeit zur Interdiffusion der beteiligten Spezies ab. So wurde eine Interdiffusion von S, Se
und In an der Grenzfläche von CIGS/CdS von Heske et al. [48] nachgewiesen. Hierbei diffundiert
S in Cu-reichem CuInSe 2 leichter als in Cu-armen [44]. Eine Cd-Diffusion vom CdS in das
CIGS und eine Cu-Verarmung an der Grenzfläche vom CIGS zum CdS wurde von Nakada et al.
[49] detektiert.
Der dominierende Mechanismus der Kupferdiffusion ist in der Literatur noch in der Diskussion.
Aufgrund von theoretischen Berechnungen der Bildungsenthalpien ∆H f für die möglichen
diffundierenden Spezies sind zwei energetisch günstige Spezies identifiziert worden: Hierbei
handelt sich um Kupferleerstellen, die nach der Kröger-Vink Notation [50] mit V Cu (∆H f =
0.63 eV [51]) abgekürzt werden und interstitielles Kupfer Cu + i
(∆H f = 0.17 eV [52]); beide
Werte wurden bei E F = E V B berechnet. Mit Hilfe von zusätzlich bestimmten Migrationsbarrieren
kann, für das typische Fermi-Niveau in kupferarmen Absorbermaterialien, wie es für CIGS
Solarzellen verwendet wird, die Aktivierungsenergie für die einzelnen Diffusionsmechanismen
berechnet werden. Die Aktivierungsenergie beträgt für die Diffusion über interstitielles Kupfer
1.14 eV für den direkten Mechanismus und 1.26 eV für den indirekten und 1.26 eV für die Diffusion
über Kupferleerstellen [52]. Aufgrund der ähnlichen Aktivierungsenergien tragen somit
alle drei Mechanismen zur Diffusion von Kupfer in CIGS bei.
Aufgrund der Tatsache, dass die mobile Spezies, sprich das Kupfer, auch eine native Dotierung
darstellt, kann es durch die Diffusion von Kupfer zu lokalen p- und n-dotierten Bereichen im
CIGS kommen [53]. Dies ist bei kupferarmen Oberflächen von p-dotiertem Volumenmaterial
der Fall. Die Oberfläche besitzt eine n-Dotierung und es liegt somit eine Typinversion vor
[54, 55].
Für Natrium wird eine schnellere Diffusion in oxidativer Atmosphäre, sprich an Luft, beobachtet
[56]. Hierbei ist die Diffusion nicht von der Na-Diffusion in die Mo-Schicht limitiert, sondern
von der geringen Affinität des Absorbers für Na und der Diffusion aus dem Glas. Des weiteren
benötigt Na Austauschpartner um die Ladungsneutralität zu gewährleisten. Hierfür kommt H +
aus dem Mo und Ga 3+ aus dem Absorber in Frage. In 3+ und Cu + werden von der Mo-Schicht
geblockt [57].
16 2 Grundlagen