Materialwissenschaftliche Untersuchungen an CdTe-CdS-Heterosolarzellen

Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die Herstellung und Charakterisierung von CdTe-CdS-Heterosolarzellen. In einer eigenen Laborlinie gelingt es zunächst, Solarzellen mit Eigenschaften entsprechend dem Industriestandard herzustellen. Durch gezielte Modifikation des Prozesses können Solarzellen mit verbesserten Eigenschaften bei gleichzeitiger Verringerung der Absorberdicke erzielt werden. Die Abscheidung der CdTe-Schicht wird im Temperaturbereich zwischen 270 und 470°C untersucht. Bei 270°C werden ein stark orientiertes Wachstum sowie das Auftreten von Wurzitphasen nachgewiesen. Eine neue Strategie zur Herstellung besonders dünner CdTe-Schichten unter Verwendung der Tieftemperaturabscheidung wird abgeleitet. Maßnahmen zur Rückkontaktbildung werden untersucht. Beim NP-Ätzen wird eine Tellur-Anreicherung erzeugt, die erstmals durch Rutherford-Rückstreuungs-Messungen quantifiziert wird. Cu-Au-Mo-Rückkontakte erweisen sich als besonders geeignet für die Verwendung in dünnen Solarzellen. Die optischen Eigenschaften dünner CdS- und CdTe-Schichten werden untersucht und daraus die Durchmischung am p-n-Übergang bestimmt. Aus Kapazitäts-Spannungs-Messungen werden eine geringe flache Dotierung der CdTe-Schicht von etwa 1014cm-3 und die Ausdehnung der Raumladungszone bestimmt. Ansteigende Dotierprofile werden erstmals auf den Einfluss tiefer Störstellen zurückgeführt. Ein Modell wird entwickelt, mit dem eine geschlossene analytische Beschreibung der Quanteneffizienz von CdTe-Solarzellen möglich ist. Dabei wird insbesondere die Rekombination in der Raumladungszone berücksichtigt. Außerdem fließen die gemessenen optischen und elektrischen Schichteigenschaften ein. Aus der Anpassung experimenteller Ergebnisse mit diesem Modell werden Aussagen über die elektronischen Verlustmechanismen und die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger im Absorber abgeleitet. Es wird gezeigt, dass die Ladungsträgersammlung in den Solarzellen nahezu optimal ist