Erlesene Freuden
Adlerstein Verlag
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Kurzfassung

Mono- bzw. mikrokristallines Silizium ist für die Herstellung von Solarzellen der häufigst genutzte Halbleiter. Silizium ist allerdings aus physikalischer Sicht nicht zwingend das beste Material für photovoltaische Anwendungen, da es als indirekter Halbleiter nur über einen niedrigen Absorptionskoeffizienten verfügt und dadurch dicke Absorberschichten notwendig sind. Mit den direkten Halbleitern CdTe und Chalcopyrit lassen sich zur Erzielung hoher Absorptionen deutlich dünnere Schichten herstellen, was sich positiv auf die Herstellungskosten auswirkt. Leider werden bei diesen Halbleitern seltene und zum Teil gesundheitsschädliche Elemente verwendet.

Ziel dieser Arbeit war es, alternative Verbundhalbleiter auf ihr Potential für die Photovoltaik zu untersuchen. Dazu wurden Schichten aus Kupfersulfid und Bismutsulfid präpariert und hinsichtlich ihrer optischen, strukturellen und opto-elektronischen Eigenschaften charakterisiert. Insbesondere über die quasi-Ferminiveau-Aufspaltung war eine Untersuchung der opto-elektonischen Qualität ohne Messungen an einer vollständigen Solarzelle möglich. Mit Hilfe von temperatur- und intensitätsabhängigen Photolumineszenz (PL)-Messungen wurden Defekte in Kupfersulfid und Bismutsulfid untersucht und klassifiziert. Mit ortsaufgelösten PL-Experimenten konnte zudem eine Homogenität der Schichten bezüglich der elentaren Zusammensetzung, der lokalen Bandlücke und der Defektdichte untersucht werden. Dabei hat sich gezeigt, dass sowohl die Stöchiometrie als auch die Morphologie der Filme stark von den Präparationsbedingungen abhängen.

Ortsaufgelöste PL-Messungen, die auch an den untersuchten Proben durchgeführt wurden, sind aufgrund des schlechten Signal-Rausch-Verhältnisses komplizierter durchzuführen als makroskopische Messungen. Deshalb wird oft auf eine absolute Kalibrierung des gemessenen Photonenflusses verzichtet und die quasi-Ferminiveau-Aufspaltungen werden unter Annahme eines konstanten Offsets miteinander verglichen. Anhand eines neu entwickelten analytischen Modells und experimenteller Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass die absolute Kallibrierung der PL-Spektren jedoch von fundamentaler Bedeutung für die Statistik der quasi-Ferminiveau-Aufspaltungen ist und bei einem Fehler in der Kalibrierung von mehreren Größenordnungen ein Trend über mehrere Proben sogar umgekehrt werden kann.

Für die Auswertung im Rahmen dieser Arbeit angefallenen Mikrolumineszenzmessungen wurde eine Software programmiert, die mit parallelsierten Subroutinen in einer geeigneten Programmiersprache eine vollständige Auswertung in wenigen Sekunden ermöglicht hat.