Das Projekt "Absorber- und Solarzellenherstellung und Untersuchung von Diffusionsvorgängen an der Absorber/Puffer Grenzfläche mittels SIMS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Das Thema des beantragten Projektes sind die Aufklärung der Ursachen von chemischen Gradienten innerhalb von Cu(In,Ga)(S,Se)2-Dünnschichtsolarzellen (kurz: CIS) und die sich daraus ergebenden Konsequenzen. Ziel des Vorhabens ist es produktionsrelevante Fragen bzgl. grundlegenden physikalischen und chemischen Vorgängen im Materialsystem Cu(In,Ga)(S,Se)2 zu verstehen. Es sollen Vorgänge aufgeklärt werden, die einerseits das Schichtwachstum betreffen, wie z.B. der Einfluss von Eigen- und Fremddiffusion im Absorber selbst, sowie die Ausbildung von Inhomogenitäten und deren Auswirkungen auf die relevanten Größen der Solarzelle. Andererseits werden Vorgänge am Heterokontakt Absorber/Puffer untersucht und deren Bezug zur Zellcharakteristik hergestellt. Das Projekt ist in 3 Arbeitspakete (AP) gegliedert, die sich mit dem Schichtwachstum (AP1), der Bildung von Inhomogenitäten (AP2) und der Grenzfläche zwischen Absorber- und Puffermaterial (AP3) beschäftigen. Die CIS-Schichten werden mittels statischer sowie auch dynamischer, mehrstufiger Prozesse mittels Ko-Verdampfung abgeschieden. Als Charakterisierungsmethoden kommen IU-Kennlinien, QE-Messungen, XPS-, SIMS-, sowie SNMS-Analysen und Mikro-Ramanspektroskopie zum Einsatz. Aufbauend auf der durch das Projekt erweiterten Wissensbasis bzgl. grundlegender Phänomene im Dünnschichtmaterial selber, sowie an der Grenzfläche, werden industrierelevante Handlungsstrategien für die Verbesserung der CIS-Solarzellen erarbeitet. Die Ergebnisse werden von den sehr eng mit der Industrie kooperierenden Projektpartnern direkt den jeweiligen Firmen zugänglich gemacht, oder im Rahmen von Industrieworkshops Vertretern aus der Dünnschichtsolarzellenbranche vorgestellt. Zusätzlich werden die neu gewonnenen Erkenntnisse auf nationalen und internationalen Fachtagungen einem großen Publikum zugänglich gemacht.
Das Projekt "Lumineszenz Charakterisierung von Cu(In,Ga)(S,Se)2-mikroskopische (In-)Homogenität, Gradienten, Phasen und Grenzflächen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Magdeburg, Institut für Experimentelle Physik durchgeführt. Mittels hoch orts-, spektral- und zeitaufgelöster Kathodolumieszenz (KL) und EBIC/EBIV (electron beam induced current/voltage) sollen die Homogenität sowie die Gradienten der chemischen Zusammensetzung in CIS-Absorbern in Abhängigkeit von der Schichtherstellung und der Ausbildung der Grenzfläche zum Puffermaterial detailliert analysieren werden. Darüber hinaus sollen die Ursachen chemischer Gradienten und die unmittelbar damit verbundene Diffusion von Spezies aufgeklärt werden, wofür insbesondere mikroskopisch ortsaufgelöste Techniken, wie KL und EBIC/EBIV geeignet sind. Andererseits sollen die Konsequenzen dieser Zusammenhänge für das Schichtwachstum, die elektronischen Eigenschaften des Absorbers und Auswirkung auf die Effizienz der Solarzellen verstanden werden. Zeitaufgelöste KL wird hierfür Erkenntnisse zur Ladungsträgerkinetik liefern. Die räumliche Verteilung der elektrischen und optischen Eigenschaften in einem Größenbereich von einigen nm bis zur cm ist durch die abbildende Lumineszenzanalyse (KL) experimentell direkt zugänglich. Die mikroskopischen Materialeigenschaften insbesondere des Absorbers und die lokale Qualität der Raumladungszone kann durch simultane EBIC/EBIV-Messungen korreliert werden. Da diese Messungen kontinuierlich zwischen 5K und 300K durchgeführt werden, können thermische Aktivierungsprozesse an Defekten bzw. Domänengrenzen bestimmt werden. Im Rahmen der fundamentalen Reziprozität von Lichtemission und Ladungsträgersammlung in Solarzellen gibt diese Methode grundsätzlich wichtige Informationen über die photovoltaischen Eigenschaften von CIS-Modulen. Aus Platzgründen siehe Teilprojektantrag, indem die wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Ergebnisverwertung detailliert erläutert wird.
Das Projekt "Chemische Gradienten in Cu(In,Ga)Se2 Solarzellen: Grenzflächenuntersuchungen und theoretische Modellierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Material- und Geowissenschaften, Bereich Materialwissenschaft, Fachgebiet Oberflächenforschung durchgeführt. Das Gesamtziel des Verbundprojektes ist Gradienten der chemischen Zusammensetzung in Cu(In,Ga)(S,Se)2 Dünnschichtsolarzellen in Abhängigkeit der Schichtherstellung und der Ausbildung der Grenzfläche zum Puffermaterial zu analysieren. Im Teilprojekt der TU Darmstadt sind einerseits die Aufklärung von chemischen Gradienten an Grenzflächen mittels Photoemission und andererseits die theoretische Bestimmung von Phasen- und Defektgleichgewichten sowie die quantitative Berechnung von Diffusivitäten. Im Teilprojekt der TU Darmstadt werden einerseits umfangreiche Experimente zur Analyse der Grenzflächeneigenschaften von Cu(In,Ga)(S,Se)2 Solarzellen mit Photoelektronenspektroskopie durchgeführt. Andererseits wird die Eigen- und Fremddiffusion mit ab initio Methoden berechnet. Die Ergebnisse werden zu denen der anderen Projektpartner in Bezug gesetzt. Die Ergebnisse werden einerseits in Publikationen der Fachwelt sowie durch permanenten Austausch den Projektpartnern zur Verfügung gestellt. Diese sind teilweise direkt in die Entwicklung der Solarzellen und deren Produktionsprozesse eingebunden. Auf zwei Industrieworkshops ist außerdem eine ausführliche Diskussion der Ergebnisse mit auf dem Gebiet tätigen Instituten und Firmen vorgesehen.