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Beschreibung der Cadmiumsulfid-Abscheidung bei nasschemischen Depositionsprozessen mit einem kinetischen Modell

Wilchelmi, Krzysztof - Technische Universität Berlin (2010)


Bei Dünnschicht-Photovoltaikzellen wird CdS als eine Pufferschicht zwischen der Absorberschicht (hier: Chalkopyrit) und einer Fensterschicht (hier: ZnO) aufgetragen. Die Deposition der CdS-Schicht erfolgt in einem nasschemischen Verfahren. Dieses Verfahren ist seit Jahren bekannt und wird bei der Herstellung von Solarzellen genutzt. Obwohl das Verfahren angewendet wird, ist die Kinetik nicht eindeutig bestimmt und das Modell der CdS-Deposition nicht eindeutig aufgestellt worden. Bisher wird von drei nebeneinander bestehen Modellen ausgegangen. Neben dem heterogenen ion-by-ion Depositionsmodell bestehen die homogenen molecule-by-molecule und cluster-by-cluster Depositionsmodelle. Für die kinetische Untersuchung des Reaktionsnetzwerkes bei der CdS-Bildung wird in dieser Arbeit die Messung der Extinktion, der elektrischen Leitfähigkeit und des Schichtwachstums mit einer Quarzmikrowaage durchgeführt. Auf Grundlage der Ergebnisse werden Gleichungen der Reaktionsgeschwindigkeit für die CdS-Bildung in der Reaktionslösung, sowie für die CdS-Deposition, aufgestellt. Mit diesem kinetischen Verständnis werden gezielt Parametervariationen bei der Deposition von CdS durchgeführt. Durch die Variation der hydrodynamischen Bedingungen und der äußeren Einflüsse werden die Depositionsmodelle ion-by-ion und cluster-by-cluster ausgeschlossen und das molecule-by-molecule Modell als die dominante Deposition angenommen.

Vereinfachte Simulationen dieses Depositionsmodells mit dem Programm Berkeley Madonna bestätigen sowohl das molecule-by-molecule Modell als auch das vorliegende Reaktionsnetzwerk. Mit dem aufgestellten kinetischen Ansatz zur CdS-Bildung werden die kontroversen Beobachtungen in früheren Publikationen verglichen. Dabei ist es möglich, die in dieser Arbeit ermittelte Kinetik der CdS-Bildung, mit den Ergebnissen anderer Publikationen zu vergleichen und diese auf das molecule-by-molecule Modell zurückzuführen.

Das erworbene Verständnis der Reaktion wird im Anschluss die Selektivität in Bezug auf die CdS-Deposition optimieren. Das Verständnis wird ebenfalls dazu genutzt einen neuen Puffer zu entwickeln, mit dem der Wirkungsgrad der Solarzelle gesteigert wird.


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