Characterization of Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells by means of Atom Probe Tomography

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Pyuck-Pa Choi; Dr. Roland Würz
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 195097365

Polykristalline Dünnschicht-Solarzellen basierend auf dem Verbindungs-Halbleiter Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) als Absorbermaterial sind wegen ihrer hohen Effizienz, Langzeitstabilität und niedrigen Produktionskosten von großem Interesse für Anwendungen in der Photovoltaik. Es ist bekannt, dass die Effizienz dieser Solarzellen wesentlich durch die Elementverteilung innerhalb der Absorberschicht, insbesondere die Verteilung von Na-Atomen, die vom Natron-Kalk-Glas-Substrat stammen, bestimmt wird. Jedoch ist die Erhöhung der Effizienz der CIGS-Solarzellen durch den Einbau von Na-Atomen (auch bekannt als “Na-Effekt”) noch nicht verstanden. Dies liegt vor allem daran, dass genaue Konzentrationswerte von Na und anderen gelösten Elementen in den Korngrenzen und im Korninneren weitgehend unbekannt sind. Gegenstand dieses beantragten Projektes ist die Charakterisierung von CIGS-Absorberschichten mittels APT in Verbindung mit komplementären Methoden wie Elektronen Rückstreubeugung (EBSD) und Kathodenlumineszenz (CL). Im ersten Teil des Projektes sollen Diffusionsdaten und Löslichkeitsgrenzen von Na in CIGS (Korngrenzen und Korninnern) bestimmt werden. Im zweiten Teil soll, basierend auf den experimentellen Ergebnissen, ein Modell zum “Na-Effekt” in CIGS Solarzellen entwickelt werden. Die experimentellen Befunde über die lokale chemische Zusammensetzung, Struktur, Orientierung und elektrischen Eigenschaften von Körnern und Korngrenzen sollen mit der Effizienz dieser Solarzellen korreliert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen