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Freie Universität Berlin

1. Bäcker, Jan-Peter. Echtzeit-Untersuchungen der schnellen thermischen Reaktion von Cu-In-Ga Vorläuferschichten zu Cu(In,Ga)Se2 Dünnschicht-Solarzellenabsorbern.

Degree: 2018, Freie Universität Berlin

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) wird als Absorberschicht für die Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen eingesetzt. Ein industriell relevanter Ansatz zur kostengünstigen und schnellen Herstellung von CIGS ist der sequentielle Prozess. Der in dieser Arbeit angewandte sequentielle Prozess basiert auf dem Sputtern einer Cu-In-Ga-Vorläuferschicht, der dann in Se-Dampf aufgeheizt wird um innerhalb von Minuten zu einer CIGS-Schicht zu reagieren (Selenisierung). Der sequentielle Prozess führt jedoch typischerweise zu einer Ga-Segregation am Rückkontakt. Die beobachtete Ga-Segregation verhindert das Einstellen der effektiven Bandlücke, um Solarzellen mit höherer Effizienz zu erreichen. Eine ausreichende Anpassung des Ga-Tiefenprofils bei der schnellen Selenisierung in Se-Dampf wurde bisher nicht erreicht. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die physikalischen Ursachen von Ga-Segregation zu identifizieren und die starke Ga-Segregation innerhalb eines schnellen sequentiellen Prozesses zu verhindern. Der Einfluss eines i) verzögerten Se-Angebots sowie ii) des Se-Partialdruckes auf die Kinetik wurden untersucht. Die Untersuchung ergab, dass i) ein verzögertes Se-Angebot zu lateraler Phasensegregation und Entnetzung führen kann. Die Ergebnisse zeigen die Möglichkeit und das Erweitern des Parameterraums für die verzögerte Selenisierung mit einem vorherigen Aufheizen von bis zu 580 °C durch schnelle Aufheizraten oder einer zusätzlichen NaF-Schicht auf dem Vorläufer. ii) Die Steuerung des Se-Angebots wurde durch Verdampfen von Se aus einer externen Quelle erreicht. Zum besseren Verständnis des Wachstums von CIGS wurde die Entwicklung von Phasen und deren Tiefenverteilung mit einer simultanen in situ EDXRD/EDXRF-Methode untersucht. Durch den Vergleich der gemessenen mit numerisch berechneten Fluoreszenzintensitäten wurde ein schematisches Modell für die Entwicklung der Phasentiefenverteilung während der Selenisierung ermittelt. Zwei verschiedene Wachstumspfade wurden analysiert, einer mit starker Ga-Segregation und einer mit Ga-Homogenisierung. Für Ersteren war es möglich, die Bildung und die Dauer der Anwesenheit von Cu2−xSe und die Position im oberflächennahen Teil des Films zum ersten Mal mit dieser Methode nachzuweisen. Die Absenkung der Temperatur der Se-Quelle entspricht einem geringeren Se-Angebot und war der Schlüssel zur Verhinderung der Ga-Segregation im Absorber. Dieses Wachstum mit Ga-Homogenisierung wurde erstmals mit einer in situ-Methode beobachtet. In diesem Fall wurde eine andere Entwicklung der Phasenbildung und des Tiefenprofils beobachtet. Eine Folge des geringen Se-Angebots war eine längere Anwesenheit der Zwischenphasen InSe und γ-Cu9(In,Ga)4. Bei 500 °C bewegen sich Ga und Cu schnell in Richtung der Oberfläche und die minimale Bandlücke des resultierenden Absorbers wird vergrößert. Ein schematisches Wachstumsmodell wird vorgeschlagen. Dieser Herstellung wird eine wichtige Rolle für eine zukünftige industriell relevante Technologie zugeschrieben. Die Nutzung der CIGS-Herstellung mit einer höheren Ga-Konzentration nahe… Advisors/Committee Members: male (gender), Lips, Klaus (firstReferee), Schlatmann, Rutger (furtherReferee).

Subjects/Keywords: CIGS; Photovoltaic; Rapid thermal processing; Solar cells; Photovoltaik; CIGS; Ga-Segregation; Ga-Homogenisierung; 500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik

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APA (6th Edition):

Bäcker, J. (2018). Echtzeit-Untersuchungen der schnellen thermischen Reaktion von Cu-In-Ga Vorläuferschichten zu Cu(In,Ga)Se2 Dünnschicht-Solarzellenabsorbern. (Thesis). Freie Universität Berlin. Retrieved from http://dx.doi.org/10.17169/refubium-293

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Chicago Manual of Style (16th Edition):

Bäcker, Jan-Peter. “Echtzeit-Untersuchungen der schnellen thermischen Reaktion von Cu-In-Ga Vorläuferschichten zu Cu(In,Ga)Se2 Dünnschicht-Solarzellenabsorbern.” 2018. Thesis, Freie Universität Berlin. Accessed December 05, 2019. http://dx.doi.org/10.17169/refubium-293.

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MLA Handbook (7th Edition):

Bäcker, Jan-Peter. “Echtzeit-Untersuchungen der schnellen thermischen Reaktion von Cu-In-Ga Vorläuferschichten zu Cu(In,Ga)Se2 Dünnschicht-Solarzellenabsorbern.” 2018. Web. 05 Dec 2019.

Vancouver:

Bäcker J. Echtzeit-Untersuchungen der schnellen thermischen Reaktion von Cu-In-Ga Vorläuferschichten zu Cu(In,Ga)Se2 Dünnschicht-Solarzellenabsorbern. [Internet] [Thesis]. Freie Universität Berlin; 2018. [cited 2019 Dec 05]. Available from: http://dx.doi.org/10.17169/refubium-293.

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Council of Science Editors:

Bäcker J. Echtzeit-Untersuchungen der schnellen thermischen Reaktion von Cu-In-Ga Vorläuferschichten zu Cu(In,Ga)Se2 Dünnschicht-Solarzellenabsorbern. [Thesis]. Freie Universität Berlin; 2018. Available from: http://dx.doi.org/10.17169/refubium-293

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