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Title Bewertung der elektronischen und chemischen Oberflächeneigenschaften von Kesterit
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University/Publisher Freie Universität Berlin
Abstract Kesterit-basierte Dünnschicht-Solarzellen mit der allgemeinen Zusammensetzung Cu2ZnSn(Se,S)4 sind in den letzten Jahren Gegenstand intensiver Forschungs-und Entwicklungsarbeiten gewesen. Kesterit kann wegen der ungiftigen und in der Erdkruste häufig vorkommenden Bestandteile und einer vergleichbaren Bandlücke ein guter Ersatz für Chalkopyrit (Cu(In,Ga)(Se,S)2) sein. Beim Übergang von der reinen Sulfid- zur reinen Selenidzusammensetzung verändert sich die Kesteritbandlücke von 1.5 auf 1 eV. In dieser Arbeit wurden die folgenden Fragen untersucht: wie ändern sich die elektronischen und chemischen Oberflächeneigenschaften von Kesterit, wenn wir das [S]/([S]+[Se])-Verhältnis ändern? Wie ändert sich die Bandanpassung mit der Pufferschicht? Was sind die relativen Valenzband- und Leitungsbandpositionen, wenn man von CZTS zu CZTSe geht? Um die elektronischen Eigenschaften von Kesterit zu untersuchen, wurden umfassende Analysen von Dünnschicht-Kesteritabsorbern unter Verwendung von oberflächensensitiven Techniken wie Röntgen-Photoelectronenspectroskopie (XPS) und Ultraviolett-Photoelektronenspectroskopie (UPS) sowie synchrotronbasierter Spektroskopie erfolgreich durchgeführt. Proben mit unterschiedlichen Konzentrationsverhältnissen von [S]/([S]+[Se]) wurden vor und nach der Anwendung spezieller nasschemischer Ätzverfahren untersucht. Es wurden starke Abweichungen zwischen der chemischen Zusammensetzung von unbehandelten und geätzten Oberflächen beobachtet. Generell unterscheiden sich Oberflächen und Volumenzusammensetzung. Die relativen Positionen der Valenzbandkante wurden mit UPS ausfühlich untersucht. Die dabei mit der Laborquelle erzielten Ergebnisse konnten mit Messungen mit unterschiedlichen Anregungsenergien am Synchrotron bestätigt wurden. Die experimentellen Ergebnisse stimmen gut mit theoretischen Werten zusammen, die in der Literatur verfügbar sind. Die Änderungen in der Anionenzusammensetzung bewirken eine Verschiebung nicht nur im Valenzbandmaximum (VBM), sondern auch im Leitungsbandminimum (LBM). Dies wurde mit Röntgennahkanten-Absorptionsspektroskopie (NEXAFS) gezeigt. Eine Serie von Absorptionskanten wurde für CZTS- und CZTSe-Proben erhalten: Cu, Zn K- and L-Kanten und die Sn L-Kante. Die relativen Verschiebungen zwischen den Spektren wurden der Verschiebung im LBM zugeschrieben. Der Wert der Verschiebung war für alle Kanten innerhalb der Fehlergrenze gleich. Neben den polykristallinen Dünnfilmproben wurden einphasige Pulverproben als Referenzen verwendet. Wir haben experimentelle Ergebnisse mit theoretischen Berechnungen korreliert und eine gute Übereinstimmung zwischen ihnen gefunden. Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen der Leitungsbandzustände haben die in den Experimenten gesehene Tendenzbestätigt: Die relativen Positionen der unbesetzten-Zustände an der LB-Kante liegen in den Seleniden bei niedrigeren Energien als die des Schwefels. Unter Verwendung einer sogenannten GW- Annährung wurden die Werte der Verschiebung von VBM und LBM erhalten. Sie stimmen innerhalb der Fehlergrenzen mit den experimentellen…
Subjects/Keywords kesterite; solar cells; absorption spectroscopy; valence band; conduction band; 500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
Contributors [email protected] (contact); w (gender); Prof. Dr. M. Ch. Lux-Steiner (firstReferee); Prof. Dr. C. Roth (furtherReferee)
Language en
Rights http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
free
open access
Country of Publication de
Record ID oai:refubium.fu-berlin.de:fub188/2521
Repository fu-berlin
Date Retrieved
Date Indexed 2019-12-16
Issued Date 2017-01-01 00:00:00

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…discontinuity of the conduction and the valence bands exist together withthe respective amount of bend bending and . [6] is the effective band gap seen by the charge carriers. The difference in the band gaps of two materials is equal to the sum of the…

…with a change in the buffer layer? What are the relative positions of conduction (CB) and valence band (VB) when going from CZTS to CZTSe? A comprehensive study of the kesterite absorbers was done using surface-sensitive techniques…

…spectroscopy built-in potential bend bending open circuit voltage valence band valence band maximum valence band offset X-ray absorption spectroscopy X-ray photoelectron spectroscopy conduction band offset valence band offset electron affinity work function…

conduction band. Similarly in the p-type part of the junction, where EF moves away from the valence band. Thus a new equilibrium position of the Fermi level is established. It is worth noting that the Fermi level remains unchanged in the bulk of each material…

conduction and valence band discontinuities [41]: (3.1.) Interestingly, the difference in the materials electron affinity equals the conduction band discontinuity. The so called electron affinity rule (or Anderson rule) predicts…

…evaluation of the XPS data 4.1.5. Ultraviolet photoelectron spectroscopy 4.1.6. Analysis of the UPS spectra 4.2. Synchrotron radiation at BESSY II 4.2.1. NEXAFS 4.2.2. NEXAFS spectra 4.3. Theoretical methods for the conduction band evaluation 4.3.1. Ab-initio…

…calculations of the conduction band states using the exciting code 4.3.1.1. First principle approach to the X-ray absorption 4.3.1.2. Calculation of the band gap using GW approximation 4.3.2. FDMNES package 4.3.2.1. Applying the FDMNES to the X-ray absorption…

…Surface vs bulk [S]/([S]+[Se]) 5.2.2. Cation surface composition 5.3. Depth-dependent composition studied by high energy XPS 5.4. Determination of valence band edges by UPS 5.4.1. The valence band edge study by high…

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