AlkaCIGS - Effekte von Alkali-Elementen in Cu(In,Ga)Se2 Dünnschichten und Solarzellen

• Antragsteller: Dr. Roland Würz
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 381204229

Alkalielemente spielen eine wichtige Rolle bei der Umsetzung höchster Wirkungsgrade in Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) Dünnschichtsolarzellen. Der positive Effekt von Natrium (Na) auf die Eigenschaften von CIGS Solarzellen wurde bereits 1993 zufällig durch die Verwendung von Natron-Kalk- anstatt von Natrium-freien Glassubstraten entdeckt. In den Folgejahren wurde Kalium (K) und aktuell die schwereren Alkalielemente Rubidium (Rb) und Cäsium (Cs) als weitere wichtige Elemente zur Steigerung des Wirkungsgrads erkannt. Der genaue Wirkmechanismus ist bis heute nicht vollständig verstanden. So wurden zahlreiche Experimente durchgeführt, um herauszufinden, ob Na vornehmlich an Korngrenzen wirkt oder im Volumen der Körner oder beides. Natrium ist sowohl innerhalb der CIGS-Körner als auch in den Korngrenzen zu finden, an denen es sich stark anreichert. Bisher ist unklar, ob die Passivierung von Korngrenzen oder die Zunahme der p-Dotierung im Volumen der Körner der dominierende Effekt von Na ist. Der Einfluss von Na und anderer Alkalielemente auf die Defektphysik von CIGS ist ebenso noch wenig verstanden, da bei den meisten bisherigen Experimenten CIGS-Schichten, die im Beisein von Na gewachsen sind, mit CIGS-Schichten verglichen wurden, bei denen kein Na während des Wachstums anwesend war. Daher konnte der Effekt von Na auf die Defektbildung während des Wachstums nicht vom Effekt auf die opto-elektrischen Eigenschaften getrennt werden. Durch die in diesem Projekt angewandte Alkali-Nachbehandlung von CIGS-Schichten direkt nach dem Wachstum derselben kann dagegen der Effekt der Alkalielemente auf die Defektphysik und die opto-elektrischen Eigenschaften der CIGS-Schichten und -Zellen eindeutig zugeordnet werden. Das Ziel dieses Projekts ist es, den positiven Effekt von Natrium und anderer Alkalimetalle auf die CIGS-Schichten und Zell-Eigenschaften besser zu verstehen und die Wechselwirkung zwischen den unterschiedlichen Alkalimetallen in der CIGS-Schicht zu untersuchen. Ein Arbeitsschwerpunkt bildet hierbei die Unterscheidung und Trennung von Korngrenzen-, Kornvolumen- und Grenzflächen-Effekten. Das bessere grundlegende Verständnis der positiven Effekte der Alkalielemente soll dazu beitragen, den Zellwirkungsgrad weiter zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Malgorzata Igalson
• Mitverantwortlich: Dr. Pawel Zabierowski