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1
Energied[eV]
0
-1
-2
-3
E LB
E F
E VB
Cu(In,Ga)Se 2
Cu(In,Ga) 5
Se 8
CdS i-ZnO
2.20
2.25
2.30
2.35
xd[µm]
2.40
2.45
2.50
2.55
Abbildung 2.5: Ausschnitt aus dem Banddiagram einer CIGS-Solarzelle mit CdS-
Puffer. x beschreibt den Abstand zum Molybdän Rückkontakt. Die Ausdehnung der
Cu(In,Ga) 5 Se 8 -Phase wurde nur aufgrund der verbesserten Darstellung auf 5 nm gewählt.
Es ist davon auszugehen, dass diese kleiner 1 nm ist.
anstreben. Elektronen bewegen sich im Banddiagramm folglich immer freiwillig den „Berg runter“,
während Löcher freiwillig den „Berg rauf“ laufen. Am Valenz- und Leitungsbandversatz
kann es zur Behinderung des Ladungsträgertransports kommen.
Um einen maximalen Wirkungsgrad der Solarzelle zu erzielen müssen V OC und I SC maximal
werden. Beide hängen von der Bandlücke des Absorbermaterials ab. Hierbei sinkt I SC mit steigender
Bandlücke (siehe Abbildung 2.6 links) und V OC steigt mit steigender Bandlücke linear
an [59]. Eine Superposition der beiden Verläufe ergibt das in Abbildung 2.6 (rechts) gezeigte
Shockley-Queisser Limit [2]. Dieses gibt den theoretischen maximalen Wirkungsgrad einer
Solarzelle in Abhängigkeit der Bandlücke des Absorbermaterials an.
2.2.1 CIGS-Dünnschichtsolarzellen
Der typische Aufbau einer CIGS-Solarzelle ist in der Substratkonfiguration. Das heißt ein Kalk-
Natron Glassubstrat bildet den Boden der Zelle und dient somit der mechanischen Stabilisierung.
Auf dieses wird mittels DC Sputtern eine Schicht aus metallischem Molybdän abgeschieden,
die als Rückkontakt dient. Auf das Molybdän wird das Absorbermaterial mittels eines
mehrstufigen Ko-Verdampfungsprozesses auf das sich bewegende Substrat deponiert [62]. Hierbei
wird für die momentan effizientesten Zellen am Ende der Abscheidung ein Galliumgehalt
von ca. 30 % eingestellt. Dies entspricht einer Bandlücke von ungefähr 1.2 eV, die sich nach Gleichung
(2.21) mit Cu(In 1−y Ga y )Se 2 berechnet [63]. Außerdem ist die CIGS-Schicht im Vergleich
zu stoichiometrischen Schichten mit einem Defizit an Kupfer versehen. Die dadurch beobachteten
verbesserten elektrischen Eigenschaften der Schicht werden mittels geringerer Grenzflächenrekombination
erklärt [64]. Die verringerte Rekombination an der Grenzfläche kann auf
2.2 Solarzellen 19