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da die Unterschiede in den Löslichkeitsprodukten viel geringer sind: pK ZnS = 25, pK ZnO/Zn(OH)2 = 16, pK CdS = 28 und pK Cd(OH)2 = 14 [86]. Folglich liegt im CBD-ZnO 0.4 S 0.6 ein Gemisch aus ZnS, ZnO und Zn(OH) 2 vor. Bei Vernachlässigung des Hydroxidgehaltes kann die Bandlücke des ZnO 1−x S x als Funktion der Zusammensetzung über Gleichung (2.22) mit einem „bowing parameter“ b von 3 eV bestimmt werden [87, 88]. Die Bandlücke von ZnS beträgt 3.6 eV [89], die von ZnO 3.2 eV [90, 91]. E g,ZnOS = E g,ZnS x + E g,ZnO − b (1 − x) x (2.22) Bei der Verwendung von alternativen Puffern werden verstärkt lichtinduzierte Metastabilitäten beobachtet. Hierbei ändern sich die Eigenschaften der Solarzelle mit zunehmender Beleuchtungsdauer. Wobei sich vor allem die Leerlaufspannung und der Füllfaktor verbessern. Bei ALD- Zn(O,S) Puffern [92] und RF-ZnO 1−x S x Puffern [93] wird kein Light Soaking (siehe Abschnitt 2.2.4) beobachtet. i-ZnO und Zn 1−x Mg x O Undotiertes oder auch intrinsisches Zinkoxid (i-ZnO) bildet den zweiten Teil des CBD-CdS Puffersystems. Beim CBD-ZnO 0.4 S 0.6 Puffersystem wird Zn 1−x Mg x O mit 25 % Magnesium eingesetzt [65]. Beide Pufferschichtverbände weisen eine gesamte Dicke von je 100 nm auf. ∆E VB zwischen CdS und ZnO ist abhängig von den Depositionsbedingungen des ZnO und liegt zwischen 1.2 eV [94, 95] und 1.6 eV [95] je nach Präparationsbedingung. Die Rolle der i-ZnO-Schicht ist noch weitgehend unklar, es wird aber davon aus gegangen, dass durch die Einführung eines lokalen Serienwiderstandes in Form der i-ZnO Schicht Bereiche lokal erhöhter Rekombination isoliert werden, die V OC limitieren würden [96]. Außerdem wird vermutet, dass das i-ZnO als Diffusionsbarriere für das Al im ZnO:Al wirken könnte [97]. Des weiteren kann bei erhöhten Temperaturen ab 450°C Interdiffusion von Zn in CuInSe 2 und Interdiffusion von In in ZnO auftreten. Das Indium führt zu einer zusätzlichen n-Dotierung des ZnO. Zn im CuInSe 2 führt zu einem Zn Cu Donatorlevel 150 meV unterhalb des Leitungsbandminimums [98]. Bei ALD-ZnO auf CIGS wurde keine Interdiffusion von Zn beobachtet [99]. Für Zn 1−x Mg x O steigt mit zunehmendem Magnesiumgehalt der Wert der Bandlücke an [100]. Hierbei bleibt die Position des Valenzbandmaximum für kleine Magnesiumgehalte konstant und die Vergrößerung der Bandlücke erhöht die Position des Leitungsbandminimums [101, 102]. Die Bandlücke von Zn 1−x Mg x O mit 25 % Magnesium beträgt 3.75 eV [100]. Die Grenzfläche zeigt eine Interdiffusion von Zink, welches im CIGS als n-Dotierung wirkt [103]. ∆E VB zwischen ZnO und Zn 1−x Mg x O beträgt 0 eV und wurde über Transitivität von Ergebnissen an den Grenzflächen von CdS/ZnO (∆E VB = 1.2 eV) und von CdS/Zn 1−x Mg x O (∆E VB = 1.2 eV) abgeleitet 24 2 Grundlagen
[102]. Zn 1−x Mg x O wird auch als Pufferschicht verwendet, indem es direkt auf das Absorbermaterial aufgebracht wird [104]. Der dominierende Rekombinationsmechanismus in CIGS/Zn 1−x Mg x O ist bei niedrigem Magnesiumgehalt und einem damit verbundenen negativen ∆E LB die Grenzflächenrekombination. Zellen mit hohem Magnesiumgehalt zeigen tunnel-unterstützte Rekombination in der Raumladungszone. Im Bereich dazwischen ist kein dominierender Rekombinationsmechanismus aus zu machen [105]. Weitere TCOs und deren Eigenschaften können [106] entnommen werden. Einfluss von Natrium Durch die Verwendung von Kalk-Natron-Glas diffundiert Natrium in den CIGS-Absorber [107]. Dies führt durch eine Erhöhung der offenen Klemmenspannung zu einer starken Erhöhung des Wirkungsgrades [108]. Hierbei ist der Einfluss des Natrium vielfältig: Natrium reduziert die Menge an natürlich gebildetem Selenoxid (SeO 2 ), induziert eine Bandverbiegung und reduziert den Oberflächendipol [109]. Natrium erhöht die Korngröße [110], sättigt die intrinsischen Selenleerstellen V Se ab [111] und kann durch Abgabe eines Elektrons die Cu-Se Bindung spalten. Dadurch entsteht Na 2 Se x [112] und Cu + , welches von der Grenzfläche weg ins Innere des Absorbers diffundiert [113]. Natrium wurde fast ausschließlich an der Grenzfläche zwischen Absorber und Puffer gefunden [114], wobei die maximale Natriumkonzentration begrenzt ist [115] und durch Abspülen mit Wasser entfernt werden kann [116]. 2.2.3 Grenzfläche CIGS/Puffer Zur Charakterisierung der Absorber /Puffer Grenzfläche wird der Valenzbandversatz ∆E VB herangezogen. Verschiedene experimentelle Werte sind in Tabelle 2.1 für CdS und ZnO 1−x S x Puffer in Abhängigkeit des Depositionsverfahrens angegeben. Hierbei steht CBD für „chemical bath deposition“, PVD für „physical vapor deposition“, ALD für „atomic layer deposition“, RF für „Radio Frequency (Sputtern)“ und DFT für „density functional theory“. DFT stellt keine Depositionsmethode sondern eine theoretische Berechnungsmethode dar. Zusätzlich wird zwischen stöchiometrischem CIGS und kupferarmen CIGS (abgekürzt mit 158) unterschieden. Weitere Bandanpassungsdaten zwischen einem Cu(In,Ga)(S,Se) 2 Absorber und gesputtertem ZnO 1−x S x sind in Quelle [132] gegeben. 2.2 Solarzellen 25
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die Galliumkonzentration wieder lei
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Berücksichtigung der Emissionslini
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SKLMM CKKLL 10KminKCdS CdKMNN Na1s
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Deposition von CdS wird aufgrund de
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CBD-CdS zwischen der Emissionslinie
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gesamte Grenzflächenexperiment nah
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Schichtdicke anzeigt. 2.0 2.0 E F -
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vom CIGS konstant. Das Valenzbandma
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Ga2p 3/2 Zn2p 3/2 Cu2p 3/2 O1s In3d
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Pufferschicht zu groß um nur von A
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5.6 Temperaturbehandlung der Puffer
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Der Verlauf des Auger Parameters in
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Werte von 20, 10 und 5 gewählt. Ei
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höhte Verspannung durch eine höhe
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6 Impedanzmessungen In diesem Kapit
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Der resultierende Cole-Cole Plot be
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10 CBD-ZnOS CBD-CdS D [a. u.] 1 0.1
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ei 31 °C. Mit steigender Temperatu
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Ersatzschaltbild C R p1 R p2 C p1 C
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Deshalb wird für diese Auswertung
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6.1.7 Einfluss der Messfrequenz auf
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Realteild[Ω] 10 7 10 6 10 5 10 4 1
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6.2.2 C-V Messungen bei unterschied
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6.2.5 Diskussion zum Frontkontakt B
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gehalten werden. Die ZnO 0.4 S 0.6
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25x10 15 20 CdS 31°C CdS 38°C CdS
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N A [cm -3 ] 10 18 2 6 5 4 3 10 17
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detektiert werden kann. Die Kapazit
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Bereich 30°C 38°C 60°C A2 - 22 7
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In Abbildung 6.25 ist das C-f Verha
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Neben einer Änderung des Cu-Gehalt
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7.3 Fazit CIGS Dünnschichtsolarzel
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A.4 Detailspektren CBD-ZnO 0.4 S 0.
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A.5 Bandanpassungen RF-ZnO 0.5 S 0.
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A.7 Impedanzmessungen: C-f in Cole-
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A.9 Impedanzmessungen: C-V-t von CB
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Tabelle A.2: Fit Ergebnisse, die mi
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A.12 Verwendete Daten: Ladungsträg
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B Symbole und Abkürzungen χ Elekt
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Veröffentlichungen und Konferenzbe
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Danksagung An dieser Stelle möchte
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