Absorber

Für die Abscheidung der Absorberschichten mit Bandlücken im Bereich von 1-2,5 eV wird in der Abteilung E-I6 vorrangig das technisch bereits sehr breit eingesetzte Verfahren des (reaktiven) Magnetronsputterns (RMS) verwendet. Die Besonderheit in der AG Magnetronsputtern ist, dass nicht nur passive Schichten (Metalle, Oxide, Nitride usw.) durch RMS abgeschieden werden, sondern auch aktive Halbleiterschichten, für die die Forderungen hinsichtlich Verunreinigungs- und Defektarmut besonders kritisch sind. Kürzlich konnten wir erstmals zeigen, dass durch reaktives Magnetronsputtern von einem Cu- und einem In-Target in einer Ar/H₂S-Atmosphäre CuInS₂-Dünnschichtsolarzellen mit einem zu rein thermischen Verfahren vergleichbaren Wirkungsgrad hergestellt werden können (siehe Bild 3) [1]. Mit einem abgewandelten Magnetronsputterverfahren konnten wir auch erstmals durch schnelle, metallinduzierte Kristallisation photoaktive WS₂ (Tungstenit)-Schichten herstellen, die eine ca. 100-fach höhere Lichtabsorption als Silizium besitzen, so dass sie sich als Absorbermaterialien für Dünnschichtsolarzellen (und auch für die Wasserspaltung) besonders eignen. Zukünftig soll das reaktive Magnetronsputtern auch für die Präparation von anderen Chalkopyriten, insbesondere auch von Seleniden, eingesetzt werden. Darüber hinaus werden Oxide, Oxinitride und zukünftig auch Sulfo- oder Selenooxide durch RMS hergestellt werden, die speziell für die photokatalytische Wasserspaltung von Interesse sind.
Um die Zusammenhänge zwischen dem Abscheideverfahren und den Schichteigenschaften aufzuklären, werden Plasma- (Langmuirsondenmessung, Messung der Ionenenergien und -spezies, Messung des gesamten Energiestroms in die wachsende Schicht) und Schichtcharakterisierung (XRD, Stöchiometriebestimmung mittels RBS, Seebeck- und Hallmessungen) eng miteinander verknüpft.

Rasterelektronenmikroskopische Querschnittsaufnahme einer magnetrongesputterten CuInS₂-Dünnschichtsolarzelle bestehend aus der Molybdän-Rückkontaktschicht auf dem Glas, der CuInS₂-Absorberschicht und der transparenten Fenster- und Kontaktschicht aus ZnO.

Literatur:

[1] Unold, T., I. Sieber, and K. Ellmer, Efficient CuInS₂ Solar Cells Prepared by Reactive Magnetron Sputtering. Appl. Phys. Lett., (2006), 88, p. 213502