Kapazitäts-Spektroskopie
Einleitung
Neben der optischen Charakterisierung von Defekten (z.B. Photolumineszenzspektroskopie) steht in der Abteilung Technologie außerdem als komplementäre Methode die elektrische Defektcharakterisierung von Solarzellen auf der Basis dieser Absorber zur Verfügung. Dazu soll im Folgenden kurz auf (frequenzabhängige, spannungsabhängige und temperaturabhängige) Kapazitätsmessungen eingegangen werden.
Spannungsabhängige Kapazitätsmessung
Die gängigste kapazitive Methode der Halbleiter-Charakterisierung ist die Messung der Raumladungszonenkapazität in Abhängigkeit von der angelegten (Sperr-) Spannung. Damit lassen sich bei geeigneter Auswertung die Ladungsträgerkonzentrationen und das eingebaute Potential bestimmen. Desweiteren kann ein ortsaufgelöstes Defektprofil aufgenommen werden. Die Messungen werden temperaturabhängig (T=30-473K) und frequenzabhängig durchgeführt. Bei der frequenzabhängigen Messung spricht man von:
Admittanzspektroskopie
Aus diesen Messungen lassen sich Aussagen über tiefe Defektzustände in der Bandlücke der Diode machen. Bei geeigneten Konfigurationen lassen sich auch die Banddiskontinuitäten von Heteroübergängen beobachten.
Bei der Admittanzspektroskopie wird der Wechselstromleitwert (Admittanz) Y=G+iωC (G: Leitwert, ω: Winkelfrequenz, C: Kapazität) einer Diode als Funktion der anliegenden Gleichspannung, der Temperatur (T=30-473K) und der Frequenz (f=100Hz-1MHz) gemessen. Die Messung erfolgt entweder mit den CG-Messbrücken HP 4280A und HP4274A oder mit einem Lock-In-Verstärker. Des Weiteren besteht die Möglichkeit die Probe während der Messung mit monochromatischem Licht (lambda=350nm-2500nm) zu beleuchten um Wechselwirkungen von Defekten mit Majoritäts- und Minoritätsladungsträger zu untersuchen.
DLCP-Messungen
Bei Drive-Level Capacitance Profiling-Messungen können tiefe Defekte bezüglich ihrer Konzentration und ihrer räumlichen Lage im Halbleiterübergang aufgelöst werden. Diese Messungen können bei verschiedenen Frequenzen und Temperaturen durchgeführt werden.
Kapazität einer CIGSe-Solarzelle als Funktion von der Frequenz. Die Kapazitätsverläufe wurden bei verschiedenen Temperaturen im Bereich von 100K bis 310K gemessen.
DLCP-Messung an CIGSe-Solarzelle. Ein Aufschluss über Defektkonzentration und Dotierung als Funktion vom Abstand zur Heterogrenzfläche kann gewonnen werden.
DLTS-Meßtechnik
Die Deep Level Transient Spectroscopy ist eine Methode zur Unterscheidung von tiefen Störstellen im Volumen und an der Grenzfläche von Halbleiterkontakten. Durch die Messung des zeitlichen Verlaufs der Gesamtkapazität nach Umpolung von Durchlass- in Sperrichtung des pn-Übergangs, lassen sich durch die Kapazitätsgradienten der tiefen Störstellen deren Zustandsdichte, Einfangquerschnitt und deren energetische Lage bestimmen.
