Wachstum von Dünnschichten des Materialsystems Cu-Zn-Sn-S: Materialwissenschaftliche Grundlagen zur Entwicklung von Kesterit-Solarzellen

Kesterit (Cu2ZnSnS4) ist ein viel versprechendes Dünnschicht-Absorbermaterial für die Photovoltaik. Bisher wurden die besten Kesteritsolarzellen in mehrstündigen Temperprozessen aus sulfidischen und metallischen Schichtstapeln hergestellt. Die Verbesserung und Beschleunigung des Herstellungsprozesses erfordert das Verständnis der Kesterit- Bildungskinetik und die Erforschung alternativer Prozessierungsmethoden. Entsprechend dieser Anforderungen behandelt diese Arbeit zunächst die Kinetik der Schichtbildung im Materialsystem Cu-Zn-Sn-S anhand von sulfidischen Schichtstapeln. Mittels energiedispersiver Röntgenbeugungs- und Röntgenfluoreszenzmessungen können erstmalig Reaktionsgeschwindigkeiten bei der Bildung von Kesteritschichten sowie der Zinnverlust aus den Schichten durch Cu2ZnSnS4-Zerfall in-situ bestimmt werden. Der zweite Teil der Arbeit beleuchtet die Herstellung von Kesteritdünnschichten in einem zweistufigen Aufdampfprozess. Aus Texturmessungen und hochaufgelösten elektronenmikroskopischen Messungen wird dabei ein Modell für das Kesteritwachstum entwickelt. Die experimentellen Ergebnisse führen schließlich zu Empfehlungen für die Herstellung von Kesteritdünnschichten.