05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Einfluss von Protonen- und Elektronenbestrahlungen auf die photovoltaischen Parameter von Cu(In,Ga)Se2-Solarzellen(2004) Weinert, Kristin; Werner, Jürgen H. (Prof. Dr. rer. nat. habil.)Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen von Elektronen- und Protonenbestrahlung auf die elektrischen Eigenschaften von Cu(In,Ga)Se2-Solarzellen. Die Schwerpunkte liegen dabei in Bestrahlungsexperimenten mit Elektronen der Energie 1 und 3 MeV und mit Protonen der Energie 110, 210 und 290 keV. Den experimentellen Untersuchungen geht eine theoretische Berechnung der zu erwartenden Strahlenschäden voraus. Die theoretische Beschreibung von Strahlenschäden durch hochenergetische Elektronen in Cu(In,Ga)Se2 verlangt eine Unterscheidung in eine primäre, direkt durch eingestrahlte Elektronen verursachte und in eine, durch primär verlagerte Atome bewirkte, sekundäre Schädigung. Die Berechnung der Verlagerungsraten, welche die Anzahl der von den Gitterplätzen entfernten Atome der Cu(In,Ga)Se2-Schicht definieren, erfolgt für die Elektronenbestrahlung durch Anwendung eines analytischen Modells, das die Wechselwirkung zwischen Elektronen und Festkörperatomen beschreibt. Ausgehend von den primären Verlagerungsraten lässt sich mit Hilfe eines Monte-Carlo-Programmes die Auswirkung der verlagerten Atome auf das umgebende Cu(In,Ga)Se2-Material untersuchen und damit die Gesamtverlagerungsrate im Cu(In,Ga)Se2 durch hochenergetischen Elektronen bestimmen. Die theoretische Verlagerungsrate beträgt für die Bestrahlung mit 1-MeV-Elektronen etwa 10 cm-1 und für die 3-MeV-Elektronenbestrahlung etwa 50 cm-1. Neben der durch die Elektronenbestrahlung verursachten Verlagerungsraten von Atomen im Cu(In,Ga)Se2 liefert das Monte-Carlo-Programm auch Informationen über die räumliche Verteilung von Vakanzen, die durch einen primären Treffer eines Elektrons an einem Atom im Cu(In,Ga)Se2 erzeugt wurden. Die Untersuchung dieser räumlichen Verteilung zeigt, dass ein primärer Treffer eines Elektrons durch den sekundären Verlagerungseffekt eine Vielzahl von Verlagerungen in einer eng lokalisierten Umgebung des primären Treffers verursachen kann. Die lokale Dichte dieser Verlagerungen ist so groß, das eine Interaktion der erzeugten Punktdefekte und damit die Bildung von Defektkomplexen, die aus mehreren Punktdefekten bestehen, sehr wahrscheinlich wird. Die in den Bestrahlungsexperimenten bestimmten Generationsraten für tiefe Defekte korrelieren nicht mit den theoretischen Verlagerungsraten, sondern mit den abgeschätzten Generationsraten für Defektkomplexe. Die Untersuchung der Auswirkungen von Protonenbestrahlungen auf Cu(In,Ga)Se2 erfolgt ebenfalls mit dem Monte-Carlo-Programm. Die in den Bestrahlungsexperimenten gewählten Protonenenergien verursachen theoretisch unter der Voraussetzung eines senkrechten Einfalls der Protonen eine maximale Verlagerungsrate in unterschiedlichen Tiefen des Cu(In,Ga)Se2-Absorbers: Die Bestrahlung mit 110-keV-Protonen schädigt vor allem eine Schicht des Cu(In,Ga)Se2-Absorbers, die sich unmittelbar an der Grenzfläche zum CdS befindet, während die Bestrahlung mit 210-keV-Protonen eher in der Mitte der Cu(In,Ga)Se2-Schicht und die Bestrahlung mit 290-keV-Protonen im Bereich des Rückkontakts die größte Schädigung verursacht. Aus der Gesamtzahl der in der Cu(In,Ga)Se2-Schicht erzeugten Vakanzen lassen sich die Verlagerungsraten für die Protonenbestrahlungen bestimmen. Die theoretischen Verlagerungsraten betragen 86000 cm-1 für die Bestrahlung mit 110-keV-Protonen, 119000 cm-1 für die 210-keV-Protonenbestrahlung und 143000 cm-1 für die 290-keV-Protonenbestrahlung. Die Betrachtung der räumlichen Verteilung der durch ein einzelnes Proton verursachten Verlagerungen zeigt, dass der sekundäre Verlagerungseffekt im noch viel stärkeren Maße als für die Elektronenbestrahlungen lokal begrenzte Gebiete mit einer sehr hohen Defektdichte erzeugt. Damit erscheint eine Wechselwirkung dieser Defekte und die Bildung von Defektkomplexen als sehr wahrscheinlich. Die durch die Protonenbestrahlung gebildeten Defektkomplexe können somit der Ursprung der in den Bestrahlungsexperimenten elektrisch gemessenen Störstellen sein.