4 Optische Eigenschaften des strukturier - JUWEL ...

2 Grundlagen
In diesem Kapitel werden die Eigenschaften der in den Dünnschichtsolarzellen eingesetzten
transparenten leitfähigen Oxidschichten (TCO) erläutert. Es wird sowohl auf die Struktur als
auch auf die elektrischen und optischen Eigenschaften von ZnO eingegangen. Anschließend
wird der Aufbau der Dünnschichtsolarzellen behandelt. Hierbei wird insbesondere die Rolle
der TCO-Schichten und das Einfangen des Lichtes in der Solarzelle – das sogenannte “Light
Trapping“ – beschrieben.
2.1 Transparente, leitfähige Metalloxide (TCO)
Für die Herstellung der transparenten leitfähigen Schichten wurde Aluminium-dotiertes Zinkoxid
verwendet. Das Material wird in einem Sputterprozess auf 1 mm dickes Corning-Glas
(Typ 1737) aufgebracht (siehe Kap. 3.1). Die Schichten haben in der Regel eine Dicke zwischen
500 nm und 800 nm.
2.1.1 Struktur von Zinkoxid
Stöchiometrisches Zinkoxid ist ein II-VI Halbleiter. Es kristallisiert in der hexagonalen Wurtzitstruktur
(siehe Abbildung 2.1 ). Die Struktur kann als Abfolge von Atomdoppelschichten
senkrecht zur c-Achse beschrieben werden, die mit zwei polaren (0001)-Oberflächen abschließt.
Die Atome sind innerhalb der Doppelschicht dreifach gebunden, während zwischen
den Doppelschichten nur eine Bindung pro Atom existiert. Die Valenzelektronen des Zinks
sind in einer Elektronenpaarbindung mit 50-60 % ionischem Bindungsanteil an den Sauerstoff
gebunden [6].
c-Achse c-Achse
(0001)
(1010)
(0001)
Sauerstoff
Zink
Abbildung 2.1: Wurtzitstruktur von ZnO und kristallographische Bezeichnung einiger Kristallflächen. (Die
c-Achse ist die Anisotropieachse) aus [7].
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