Femtosekunden Laserverstärkersystem
Final Report Abstract
Das Laserverstärkersystem wurde neben dem Einsatz in der Materialbearbeitung für optische Untersuchungen an GaAs/AlAs Typ-II Quantenfilmen und neuartigen Polysilizium Tunnelstrukturen für Tandemsolarzellen genutzt. Aufgrund der speziellen Bandstruktur in den untersuchten Typ-II Quantenfilmen besteht nur eine geringe Übergangswahrscheinlichkeit, aus dem angeregten Zustand des Quantenfilms in den Grundzustand zurückzukehren. Dies hat zur Folge, dass der angeregte Zustand mehrere µs erhalten bleibt. Bei zeitaufgelösten Photolumineszenzmessungen mit entsprechend langen Lebensdauern wie in den Typ-II Heterostrukturen ist die vergleichsweise geringe Repetitionsrate des Verstärkersystems (1kHz bzw. 10kHz) optimal, um die langsame Rekombinations- und Spindynamik der optisch Ladungsträger zu untersuchen. Gleichzeitig erlauben die kurzen Pulslängen Messungen mit einer sehr hohen zeitlichen Auflösung, sodass auch schnelle Ladungsträgerprozesse direkt nach der Laseranregung aufgelöst werden können. Zeitaufgelöste PL-Messungen zeigen in den von uns untersuchten Probenstrukturen bei niedrigen Temperaturen eine zunächst temperaturunabhängige PL-Lebensdauer von 20 µs, die jedoch oberhalb von 15 K mit steigender Probentemperatur drastisch abnimmt. Aus der Abnahme kann direkt auf die relevante Aktivierungsenergie geschlossen werden. Ausführliche Messungen zur Exzitonenspindynamik in den Typ-II Quantenfilmen zeigen ebenfalls eine starke Temperaturabhängigkeit der Spinlebensdauer, die von 15 µs bei tiefen Temperaturen exponentiell abfällt und bereits bei 15 K um mehr als eine Größenordnung schneller ist als bei 2 K. Spinlebensdauern von 15 µs sind im Vergleich zu Elektronen- und Lochspinlebensdauern in Volumen-GaAs, die im Bereich von 100fs bis 100ns liegen, extrem lang. Magnetfeldabhängige Messungen an den Typ-II-Quantenfilmen zeigen zudem, dass der anfängliche zirkulare Polarisationsgrad der PL stark vom externen Magnetfeld abhängt und im Bereich von 0 bis 100 mT von 0 auf 25% ansteigt. Die Ursache dafür ist die reduzierte Symmetrie der AlAs/GaAs-Grenzflächen. Messungen bei hohen Magnetfeldern von bis zu 8 Tesla zeigen zudem eine temperaturabhängige Gleichgewichtspolarisation der Photolumineszenz. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Solarenergieforschung Hameln (AG Peibst) wurde die Ladungsträgerdynamik in p/n Polysilizium/Oxid (POLO) im Hinblick auf Tunnelkontakte in PERC-Typ Solarzellenzellen (Passivated Emitter and Rear Cell) untersucht. Dabei steht die Optimierung der Ladungsträgerdynamik und die damit verbundene Ladungsträgerextraktion aus den auf polykristallinem Silizium basierende Tunnelstrukuren im Vordergrund.
