@phdthesis{Hofmann2011, author = {Hofmann, Andreas}, title = {Elektronische Struktur epitaktischer Chalkopyrite und deren Heterokontakte f{\"u}r die Photovoltaik}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24434}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2011}, abstract = {Die vorliegende Arbeit stellt eine umfassende Studie der Oberfl{\"a}chenmorphologie, der elektronischen Struktur und der Heterokontakte epitaktischer CuInSe2-Schichten dar. S{\"a}mtliche Analysen wurden unter dem Aspekt der St{\"o}chiometrievariation von CuInSe2 zu kupferarmem CuIn3Se5 durchgef{\"u}hrt. Diese Kombination aus nah-st{\"o}chiometrischem Chalkopyrit im Volumen des Absorbers und kupferarmer Defektverbindung im Bereich der Absorber-Puffer-Grenzfl{\"a}che ist unter anderem f{\"u}r die außergew{\"o}hnlich hohe Effizienz der polykristallinen Solarzellen verantwortlich. S{\"a}mtliche Pr{\"a}parations- und Analyseschritte wurden im Ultrahochvakuum durchgef{\"u}hrt, um die Untersuchung hochdefinierter und kontaminationsfreier Oberfl{\"a}chen zu gew{\"a}hrleisten. Die Verwendung einkristalliner Proben erm{\"o}glicht die Bestimmung der Periodizit{\"a}t der Oberfl{\"a}che mittels Beugung niederenergetischer Elektronen. F{\"u}r die nat{\"u}rliche Wachstumsfl{\"a}che der Chalkopyrite, die (112)-Oberfl{\"a}che, konnten so beide von der Theorie als stabil vorhergesagten Rekonstruktionen nachgewiesen werden. Dabei handelte es sich um die kupferreiche, durch CuIn-Defekte stabilisierte sowie die nah-st{\"o}chiometrische 2 VCu-stabilisierte Oberfl{\"a}che. Beide Konfigurationen stellen eine c(4x2)-Rekonstruktion gegen{\"u}ber dem Zinkblendegitter dar und entsprechen somit der nat{\"u}rlichen Ordnung des Chalkopyritgitters. Die mit der Umordnung der Oberfl{\"a}che verbundene Kupferanreicherung bzw. -verarmung konnte mittels Tiefenprofilierung der Elementkonzentration mit winkelaufgel{\"o}ster XPS nachgewiesen werden. F{\"u}r die Oberfl{\"a}che der Defektverbindung CuIn3Se5 wurde eine Sphaleritordnung gefunden, was auf eine Abwesenheit der Chalkopyritordnung im Volumen des Materials hindeutet. Die ungew{\"o}hnliche Stabilit{\"a}t der (112)-Oberfl{\"a}che konnte durch den Vergleich mit den Rekonstruktionen der (001)- und (220)-Fl{\"a}che gezeigt werden. Die so gewonnen Kenntnisse hinsichtlich Pr{\"a}paration und Eigenschaften der Oberfl{\"a}chen wurde herangezogen, um die Valenzbandstruktur des CuInSe2 mit winkelaufgel{\"o}ster Photoemission zu messen. An CuInSe2(001)-Proben sind die Hochsymmetrierichtung Gamma-T und Gamma-N des reziproken Raumes zug{\"a}nglich. Der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit Bandstrukturen der Dichtefunktionaltheorie offenbarte eine {\"u}berraschend genaue {\"U}bereinstimmung. Deutliche Abweichungen, wie sie etwa f{\"u}r d-Elektronenzust{\"a}nde in Zn-VI-Verbindungen beobachtet werden treten in CuInSe2 nicht auf. Die Gegen{\"u}berstellung der nah-st{\"o}chiometrischen mit der Defektverbindung f{\"u}r Proben in (112)-Orientierung zeigte eine energetische Verbreiterung der B{\"a}nder durch eine erh{\"o}hte Defektdichte sowie eine Reduktion der Dispersion: Diese kann als erh{\"o}hte Lokalisation der elektronischen Zust{\"a}nde im Material mit hoher Defektdichte aufgefasst werden. Schließlich wurden f{\"u}r die Anwendung in der Photovoltaik relevante Grenzfl{\"a}chen des CuInSe2 untersucht. Hervorzuheben ist hier die Valenzbanddiskontinuit{\"a}t mit CuIn3Se5, die sich aus der Absenkung des Valenzbandmaximums durch die reduzierte p-d-Abstoßung in der Defektverbindung ergibt. Diese Diskontinuit{\"a}t wurde mit Photoemission an epitaktischen Schichten nachgewiesen und betrug 0.28 eV, in guter {\"U}bereinstimmung mit Ergebnissen der Theorie. In direktem Kontakt mit dem Absorber steht die Pufferschicht, wobei als Cadmium-freie Alternative ZnO untersucht wurde, welches mittels metall-organischen Prekursoren abgeschieden wurde. Die Verschiebung des Fermi-Niveaus innerhalb der Bandl{\"u}cke in Folge der Grenzfl{\"a}chenausbildung f{\"u}hrt zur Bildung von Kupferfehlstellen im Absorber und damit zur Entstehung der kupferarmen Grenzschicht. Diese grenzt an eine nur ca. 1 nm dicke ZnSe-Schicht, welche der initiellen Wachstumsphase des ZnO entspricht. Unabh{\"a}ngig von der Zusammensetzung des Chalkopyritabsorbers bildet sich also eine CuIn3Se5/ZnSe-Grenzfl{\"a}che zwischen Absorber und Fensterschicht aus. Die gefundenen Bandanpassungen zwischen CuInSe2 und ZnSe bzw. ZnO zeigen keine Orientierungsabh{\"a}ngigkeit und entsprechen den theoretischen Ergebnissen. F{\"u}r den elektronischen Transport im Leitungsband ergibt sich eine vorteilhafte Situation.}, subject = {Kupferkies; Elektronenstruktur; Grenzfl{\"a}che; Photoemission; Photovoltaik; Chalkopyrit; Grenzfl{\"a}che; Elektronische Struktur; Photoemission; Photovoltaics; Chalcopyrite; Interfaces; Elektronic structure; Photoelectron spectroscopy}, language = {de} }