@phdthesis{Lehmann2007, author = {Lehmann, Carsten}, title = {Elektronische Struktur d{\"u}nner Halbleiterfilme (Chalkopyrite) als Absorbermaterialien f{\"u}r D{\"u}nnschichtsolarzellen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4319}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2007}, abstract = {Ziel der Arbeit war es, erstmalig die Bandstruktur des in D{\"u}nnschichtsolarzellen verwendeten Absorbermaterials CuInS2 zu bestimmen. Zu diesem Zweck konnte ein neues GSMBE-Verfahren mit TBDS als Schwefel-Precursor etabliert werden, um die Verwendung von elementarem Schwefel in einem UHV-System zu ersetzen. Zus{\"a}tzlich zu den abgeschiedenen Schichten wurde eine Spaltfl{\"a}che pr{\"a}pariert. Die Charakterisierung der Proben erfolgte in situ mittels XPS/UPS und LEED. F{\"u}r weitere ex situ Untersuchungen standen XRD und SEM zur Verf{\"u}gung. Die ARUPS-Untersuchungen zur Bestimmung der Bandstruktur fanden unter Verwendung von Synchrotronstrahlung statt. Die aufgenommenen Bandstrukturen wurden mit Bandstrukturberechnungen Eyerts und Zungers verglichen. Dabei gestattete eine Zusammenarbeit mit Eyert eine exakte Verifizierung jenseits hochsymmetrischer Verl{\"a}ufe. CuInS2(001) und CuInS2(112) wurden auf Si und GaAs abgeschieden und zeigte Wachstumsraten, die im Vergleich mit MBE-Verfahren {\"a}lterer Arbeiten um bis zu 85 \% geringer waren. Dies f{\"u}hrte auf Si zur Ausbildung von CuSi-Phasen, so dass sich Si als Substrat in diesem Verfahren als ungeeignet erwies. Die CuInS2-Abscheidung auf GaAs zeigte eine starke Abh{\"a}ngigkeit von der vorhandenen Oberfl{\"a}chenrekonstruktion. Eine 2x1-Rekonstruktion auf GaAs(100) f{\"u}hrte zu einer terrassierten CuInS2-Schicht. Eine Abscheidung auf der 2x2-rekonstruierten GaAs(111)A-Oberfl{\"a}che hatte eine facettierte CuInS2-Oberfl{\"a}che zur Folge. Auf schwefelpassiviertem, rekonstruktionsfreien GaAs(111)B zeigte sich dagegen facettenfreies CuInS2(112)-Wachstum in vorherrschender Chalkopyrit-Struktur. An den Oberfl{\"a}chen von Cu-reichen CuInS2-Schichten bildeten sich CuS-Kristallite. Diese polykristallinen Ablagerungen f{\"u}hrten bei ARUPS-Untersuchungen zu nicht-dispergierenden Zust{\"a}nden, die die Bandstrukturen der CuInS2-Schichten {\"u}berlagerten. Bei k-senkrecht-Messungen zeigte sich ein Zustand, dessen Dispersion stark von Berechnungen Eyerts abweicht. Sein Ursprung konnte nicht eindeutig abgeleitet werden konnte, da der Beobachtungsraum aufgrund von Endzustandseffekten und Satellitenst{\"o}rungen stark eingeschr{\"a}nkt war. Generell zeigt ein Vergleich der Berechnungen nach Eyert bzw. Zunger mit entsprechenden Messungen, dass beide Modellrechnungen zu Bindungsenergien f{\"u}hren, die gegen{\"u}ber den Messwerten zu niedrig sind. Die energetische Ausdehnung der charakteristischen Bereiche und deren Lage zueinander wird jedoch zutreffend beschrieben. Konsistent mit Beobachtungen in anderen Arbeiten an analogen Systemen erweist sich dabei die theoretische Behandlung der d-Zust{\"a}nde bei der Modellierung als kritisch. Die Bandl{\"u}cke zwischen d-Charakter-dominierten und p-Charakter-dominierten Bereich wird von Eyert {\"u}bersch{\"a}tzt, von Zunger dagegen untersch{\"a}tzt. Dies l{\"a}sst sich auf die verwendeten N{\"a}herungen (LDA (Zunger), GGA (Eyert)) des Austauschkorrelationspotentials zur{\"u}ckf{\"u}hren. Bei einer Anpassung der von Eyert berechneten Bandstrukturen durch einen geeigneten Energieoffset zeigten sich im Vergleich mit k-parallel-Messungen im Allgemeinen gute, nahezu perfekte {\"U}bereinstimmungen von beobachteten Dispersionsverl{\"a}ufen. Es konnten die effektiven Massen der L{\"o}cher f{\"u}r die k-parallel-Messungen bestimmt werden. Die Werte liegen in der Gr{\"o}ßenordnung des Literaturwertes, jedoch im Mittel bei doppelt so hohen Werten. Ein signifikanter, richtungsabh{\"a}ngiger Trend l{\"a}sst sich aufgrund der starken Streuung nicht feststellen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte ausserdem gezeigt werden, dass die Verwendung eines (111)-Substrates zu einer Dom{\"a}nenbildung aufwachsender CuInS2(112)-Schichten f{\"u}hrt. ARUPS-Messungen an derartigen Schichten bestehen daher aus einer {\"U}berlagerung von Bandstrukturen entlang unterschiedlicher Richtungen. F{\"u}r zuk{\"u}nftige Arbeiten bietet es sich daher an, die (111)-substratinduzierte Fehlorientierung von (112)-Schichten durch ein Step-Flow-Wachstum auf Substraten mit Miscut zu unterbinden.}, subject = {Photovoltaik; D{\"u}nnschichtsolarzelle; Bandstruktur; Chalkopyrit; ARUPS; CIS; DFT; Band structure; Chalcopyrite; ARUPS; CIS; DFT}, language = {de} }