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Grenzflächenmodifikation des CdS/ CdTe Heterokontaktes für CdTe Dünnschichtsolarzellen

Feldmeier, Eduard (2015)
Grenzflächenmodifikation des CdS/ CdTe Heterokontaktes für CdTe Dünnschichtsolarzellen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

In der vorliegenden Dissertation werden verschiedene Depositionsmethoden der Cadmiumsulfid (CdS)-Fensterschicht von Cadmiumtellurid (CdTe)-Dünnschichtsolarzellen miteinander verglichen. Als alternative, vakuumbasierte Abscheidemethoden werden kathodenzerstäubte sowie thermisch verdampfte CdS-Schichten im Vergleich zu der am Fachgebiet verwendeten Standardabscheidemethode „Closed Space Sublimation“ (CSS) gegenübergestellt. Die auf einem kommerziellen Glassubstrat, mit fluor-dotiertem Zinnoxid (SnO2:F) als Frontkontakt, abgeschiedenen CdS-Schichten wurden hinsichtlich optischer, morphologischer, chemischer, struktureller und elektronischer Eigenschaften charakterisiert. Darüber hinaus wurden auch komplette Bauteile hergestellt, um die Auswirkung der verschiedenen Einflüsse auf die Solarzellenkennwerte zu untersuchen. Essentiell für gute Wirkungsgrade sind dünne, aber dichte CdS-Fensterschichten, die frei von Löchern (sog. „pin-holes“) sind. Mithilfe der Kathodenzerstäubung sowie des thermischen Verdampfens wurden entsprechende CdS-Schichten hergestellt, die mittels der CSS-Technik nicht realisiert werden konnten. Mit kathodenzerstäubten CdS-Schichten ist eine Wirkungsgradsteigerung der Solarzellen im Vergleich zu Solarzellen mit CSS-CdS-Schichten erzielt worden. Bei den thermisch verdampften CdS-Schichten hingegen wurde keine Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht. Ein anderer Teil dieser Arbeit stellt eine Modifikation der CdS-CdTe-Grenzfläche durch das Einbringen einer gradierten CdSxTe1-x-Schicht dar. Anders als bei der herkömmlichen, diskreten Abscheidung von CdTe auf CdS sollte mit Hilfe der gradierten Zwischenschicht eine verbesserte Gitterfehlanpassung erreicht werden. Hierfür wurden CdS und CdTe aus je einer Effusionszelle co-verdampft. Zudem wurde geprüft, ob durch das Einbringen der gradierten Schicht auf die notwendige Aktivierung der Zellen mittels CdCl2 verzichtet werden kann. Diese CdSxTe1-x-Schichten sind metastabil und zeigen keinen positiven Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften. Eine Substitution der Aktivierung war nicht möglich.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2015
Autor(en): Feldmeier, Eduard
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Grenzflächenmodifikation des CdS/ CdTe Heterokontaktes für CdTe Dünnschichtsolarzellen
Sprache: Deutsch
Referenten: Jaegermann, Prof. Dr. Wolfram ; Ensinger, Prof. Dr. Wolfgang
Publikationsjahr: 11 Juli 2015
Datum der mündlichen Prüfung: 16 Juni 2015
URL / URN: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/4617
Kurzbeschreibung (Abstract):

In der vorliegenden Dissertation werden verschiedene Depositionsmethoden der Cadmiumsulfid (CdS)-Fensterschicht von Cadmiumtellurid (CdTe)-Dünnschichtsolarzellen miteinander verglichen. Als alternative, vakuumbasierte Abscheidemethoden werden kathodenzerstäubte sowie thermisch verdampfte CdS-Schichten im Vergleich zu der am Fachgebiet verwendeten Standardabscheidemethode „Closed Space Sublimation“ (CSS) gegenübergestellt. Die auf einem kommerziellen Glassubstrat, mit fluor-dotiertem Zinnoxid (SnO2:F) als Frontkontakt, abgeschiedenen CdS-Schichten wurden hinsichtlich optischer, morphologischer, chemischer, struktureller und elektronischer Eigenschaften charakterisiert. Darüber hinaus wurden auch komplette Bauteile hergestellt, um die Auswirkung der verschiedenen Einflüsse auf die Solarzellenkennwerte zu untersuchen. Essentiell für gute Wirkungsgrade sind dünne, aber dichte CdS-Fensterschichten, die frei von Löchern (sog. „pin-holes“) sind. Mithilfe der Kathodenzerstäubung sowie des thermischen Verdampfens wurden entsprechende CdS-Schichten hergestellt, die mittels der CSS-Technik nicht realisiert werden konnten. Mit kathodenzerstäubten CdS-Schichten ist eine Wirkungsgradsteigerung der Solarzellen im Vergleich zu Solarzellen mit CSS-CdS-Schichten erzielt worden. Bei den thermisch verdampften CdS-Schichten hingegen wurde keine Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht. Ein anderer Teil dieser Arbeit stellt eine Modifikation der CdS-CdTe-Grenzfläche durch das Einbringen einer gradierten CdSxTe1-x-Schicht dar. Anders als bei der herkömmlichen, diskreten Abscheidung von CdTe auf CdS sollte mit Hilfe der gradierten Zwischenschicht eine verbesserte Gitterfehlanpassung erreicht werden. Hierfür wurden CdS und CdTe aus je einer Effusionszelle co-verdampft. Zudem wurde geprüft, ob durch das Einbringen der gradierten Schicht auf die notwendige Aktivierung der Zellen mittels CdCl2 verzichtet werden kann. Diese CdSxTe1-x-Schichten sind metastabil und zeigen keinen positiven Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften. Eine Substitution der Aktivierung war nicht möglich.
Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

In this dissertation different deposition techniques of the cadmium sulfide (CdS) window layer in cadmium telluride (CdTe) thin film solar cells are compared. As alternative, vacuum-based deposition techniques sputtered and thermal evaporated CdS-layers are opposed to closed space sublimation (CSS), which is the standard deposition technique at the department. The CdS-layers, which are deposited onto a commercial glass substrate with a fluorine-doped tin oxide (SnO2:F) frontcontact are characterised with respect to optical, morphological, chemical, structural and electronic properties. Moreover, complete devices were prepared in order to investigate the effects of the different influences on the solar cell parameters. Thin but dense CdS-window layers, which are free of any holes (so-called “pin-holes”) are essential for achieving good efficiencies. Such CdS-layers were deposited with sputtering or thermal evaporation, which can’t be realised with the CSS-technique. Compared to CSS-CdS-layers improved solar cell efficiencies were obtained with sputtered CdS-layers. In contrast, with the thermal evaporated CdS-layers no improvement was scored. Another part of this work illustrates the modification of the CdS-CdTe-interface by introducing a graded CdSxTe1-x-layer. With this graded intermediate layer a better lattice mismatch should be reached opposite to the conventional, discrete deposition of CdTe on CdS. Therefore CdS and CdTe are co-evaporated each from an effusion cell. In addition it was investigated if the introduced graded layer can substitute the needed activation process of the cells with CdCl2. These CdSxTe1-x-layers are meta-stable and have no beneficial effect on the electronic properties of the cells. A substitution of the activation was not possible.

Englisch
Freie Schlagworte: Solarzelle, Dünnschicht, CdTe, Cadmiumtellurid, CdS, Cadmiumsulfid, Fensterschicht, Wirkungsgrad
Schlagworte:
Einzelne SchlagworteSprache
solar cell, thin film, CdTe, CdS, window layer, efficiencyEnglisch
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-46173
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Oberflächenforschung
Hinterlegungsdatum: 02 Aug 2015 19:55
Letzte Änderung: 02 Aug 2015 19:55
PPN:
Referenten: Jaegermann, Prof. Dr. Wolfram ; Ensinger, Prof. Dr. Wolfgang
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 16 Juni 2015
Schlagworte:
Einzelne SchlagworteSprache
solar cell, thin film, CdTe, CdS, window layer, efficiencyEnglisch
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