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Über dieses Buch

Spezielle potentielle Absorber-Material-Konzepte werden vorgestellt. und diskutiert. Experimentell ermittelte Parameter son Solarzellen mit schwefelhaltigen Absorberschichten sind besprochen sowie unterschiedlichen Puffer- und Zwischenschichten (z. B. CdS, i-ZnO:Al, Bi2S3) und deren Einfluss auf die Funktion von Solarzellen. Konzentrations-Variationen unterschiedlicher Elemente (z.B. Sn, Pb, Bi, Sb, Cu, S) und typischen Sputter-Parametern auf die physikalischen Werte der untersuchten Dünnschichten können nachvollzogen werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Übersicht zu den Experimenten

CI(G)S-Technologie: Bekannt ist bereits die sogenannte CI(G)S-Technologie, die primär auf chemischen Verbindungen von Kupfer, Indium (Gallium) und wahlweise Schwefel oder Selen sowie einigen weiteren Elementen basiert. Die prominentesten Vertreter sind Kupfer-Indium-Disulfid CuInS2, Kupfer-Indium-Diselenid CuInSe2, Kupfer-Gallium-Disulfid CuGaS2 und Kupfer-Gallium-Diselenid CuGaSe2. Der Bandabstand für Kupfer-Gallium-Diselenid beträgt beispielsweise Eg = 1,02 eV. Das teilweise Ersetzen von Indium durch Gallium und von Selen durch Schwefel erlaubt es, den Bandabstand an die fotovoltaische Anwendung anzupassen (Bandgap-Engineering). Damit ergibt sich eine große Vielfalt an möglichen Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid Cu(In,Ga)Se2 oder noch allgemeiner Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Disulfid Cu(In,Ga)(Se2,S2) Strukturen. Diese Verbindungen stellen I-III-VI2-Verbindungshalbleiter dar (Gruppennummern des Periodensystems). Diese werden wegen ihres Kristallaufbaus den Chalkopyriten zugeordnet. Aufgrund des hohen Absorptionsvermögens von Licht, welches auch durch die tiefschwarze Farbe dieser Materialien belegt wird, weisen die CI(G)S-Solarzellen einen sehr hohen Wirkungsgrad und eine hohe Quanteneffizienz auf.
Andreas Stadler

2. Transparente, isolierende und leitende Materialien

Generell sollten transparente, isolierende Glas- und BSG-Substrate (Bor-Silikat-Glas) sehr geringe Reflexionen (ggf. mit Antireflexionsschicht) und Transmissionen von nahezu 100 % aufweisen – ihre Absorptionen sollten folglich vernachlässigbar klein sein. Die Tatsache, dass es sich hierbei um Isolatoren handelt, beruht einerseits auf dem Mangel an kostengünstigen transparenten, leitenden Substraten. Andererseits können hiermit ggf. auch undefinierte Substratströme vermieden werden.
Andreas Stadler

3. Opake, absorbierende Sulfide (Absorber)

Ziel ist es letztendlich mittels Sulfosalzen, d. h. sehr komplexer Sulfidstrukturen, funktionierende Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden herzustellen. Eingangs jedoch ist es sicher sinnvoll vergleichsweise einfache Materialkombinationen mit überschaubaren atomaren Einheitszellen zu untersuchen. So verwendeten wir vorerst reine binäre Sulfide, wie Zinnsulfid SnS (vgl. erster Band dieses Werkes), Bismutsulfid Bi2S3 und versuchsweise auch reines Antimonsulfid Sb2S3. Wenngleich die stöchiometrische Zusammensetzung der Targets zur Herstellung dieser Sulfide als exakt angenommen werden soll, können insbesondere in den gesputterten Schichten, u. a. bedingt durch Segregation und Desorption, lokal oder auch global andere Stöchiometrien auftreten. Es ist deshalb sinnvoller bei diesen Sulfiden von SnxSy, BixSy oder SbxSy zu sprechen.
Andreas Stadler

4. Anhänge

Ziel ist es letztendlich mittels Sulfosalzen, d. h. sehr komplexer Sulfidstrukturen, funktionierende Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden herzustellen. Es empfiehlt sich jedoch bei der Erforschung schwefelhaltiger Dünnschicht-Solarzellen, von vergleichsweise einfachen, vielversprechenden Materialkombinationen, mit überschaubaren atomaren Einheitszellen, auszugehen und diese zu komplexen Materialkombinationen, mit größeren, vielfältigeren Einheitszellen, zu entwickeln. So wurden hier vorerst binäre Sulfide, wie Zinnsulfid SnS (vgl. erster Band dieses Werkes), Bismutsulfid Bi 2 S 3 und versuchsweise auch reines Antimonsulfid Sb 2 S 3 verwendet. Wenngleich die stöchiometrische Zusammensetzung der Targets zur Herstellung dieser Sulfide als exakt angenommen werden kann, muss davon ausgegangen werden, dass insbesondere in den gesputterten Schichten, u. a. bedingt durch Segregation und Desorption, lokal oder auch global leicht abweichende Stöchiometrien oder Mischformen unterschiedlicher Stöchometrien auftreten – weshalb gelegentlich auch die allgemeinen Bezeichnungen Sn x S y , Bi x S y oder SbxSy verwendet werden.
Andreas Stadler
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