Többens, Daniel M.; Zander, Stefan; Neldner, Kai; Valle-Rios, Laura E.; Gunder, Rene; Galina, Gurieva; Schorr, Susan: Punktdefekte und Kationenverteilung in CZTS-Materialien aus anomaler Beugung an KMC-2 (BESSY II). German Conference for Research with Synchrotron Radiation, Neutrons and Ion Beams at Large Facilities (SNI) 2014 Bonn, Germany, 21.09.2014 - 23.09.2014 (2014)
Vorträge (Konferenz)
Abstract:
Kupfer-Zink-Zinn-Sulfid (CZTS) und darauf basierende Verbindungshalbleiter sind eine vielversprechende Alternative für Absorberschichten in Dünnschichtsolarzellen. Neben Chemismus und Phasenreinheit bestimmen vor allem Punktdefekte die Effizienz. Allerdings ist die Bestimmung der Konzentration von Cu-Zn-Fehlbesetzungen (anti sites) und Leerstellen nicht trivial: Cu(I) und Zn(II) sind isoelektrisch und durch konventionelle Röntgenbeugung nicht unterscheidbar. Neutronenstreulängen für Kupfer und Zink sind unterschiedlich und Besetzungs- und Temperaturfaktoren sind besser entkoppelt. Jedoch ist Neutronenstrahlung nur sehr begrenzt verfügbar. Hier stellen wir alternativ Experimente unter Verwendung anomaler Röntgenbeugung vor. Anomale Streukoeffizienten zeigen starke Wellenlängenabhängigkeit in der Nähe der Absorptionskanten des jeweiligen Elements. Dies läßt sich zur Kontrastverstärkung einsetzen. Signifikante Überbestimmung durch mehrere Wellenlängen erlaubt, Cu-, Zn- und Leerstellenkonzentrationen mehrerer kristallographischer Positionen zu verfeinern. Die Experimente wurden an der "Diffraction"-Station der KMC-2-Beamline an BESSY II durchgeführt (Berlin, Deutschland). KMC-2 bedient auch eine XANES-Station und bietet hohe Energieauflösung, stabile Energie und Intensität. Der verfügbare Energiebereich von 4 - 14 keV ist ideal für Messungen an den K-Kanten von Cu (8979 eV) und Zn (9659 eV). Ein psi-Sechskreis-Goniometer erlaubt die Messung von Pulverproben und Dünnschichten.