Electronic Properties of ALD Zinc Oxide Interfaces and its Implication for Chalcopyrite Absorber Materials

Zinkoxid (ZnO) in seiner Eigenschaft als transparenter elektrischer Leiter wird heute in vielen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise als Frontkontakt für Dünnschicht-Solarzellen. Dort wird der Heteroübergang zwischen dem p-dotierten Chalkopyrit Absorber heutzutage noch mit einer dünnen Schicht aus n-CdS erzeugt. Da es wünschenswert wäre das Schwermetall Cadmium sowohl aus Umweltaspekten, als auch aufgrund unvorteilhafter Produktionsbedingungen zu vermeiden, sind in den letzten Jahren starke Forschungsanstrengungen in dem Feld sogenannter alternativer Pufferschichten zu vermerken. Um die Prozesse an der Grenzfläche des Absorbers im Detail zu verstehen werden in dieser Arbeit einkristalline Chalkopyrit Absorber in der technologisch relevanten (112) Kristallorientierung hergestellt und verwendet. Auf diese Absorber wurde ZnO mittels Atomic Layer Deposition (ALD) gewachsen. ALD hat den Vorteil, dass durch sein selbstlimitierenden Wachstumsmodus einzelne ZnO Monolagen definiert abgeschieden werden können. Dafür wurde eine UHV-kompatible ALD Anlage aufgebaut und in Betrieb genommen. In einem Temperaturbereich zwischen 200 − 225 °C, dem sogenannten ALD Fenster, wurde eine konstante Wachstumsrate von 3,0 Å/Zyklus bestimmt. Untersucht wurden die chemischen und elektrischen Eigenschaften der Grenzfläche mittels Röntgen-, Ultraviolett- und und Synchrotron-Photoelektronenspektroskopie am BESSY II. Eine Analyse des Auger Parameters während des initiellen Wachstums von ALD-ZnO auf CuInSe2 (112) und der Vergleich mit Referenzproben deutet auf die Bildung einer intrinsischen ZnIn2Se4 Grenzschicht hin, welche eine Dicke von nur einer Monolage aufweist. Die Kombination aus XPS und UPS erlaubt die Untersuchung der elektronischen Eigenschaften der CuInSe2|ZnIn2Se4|ZnO Heterostruktur und liefert ein detailliertes Bild der elektronischen Bandanpassung an den jeweiligen Grenzflächen. Zudem wird in dieser Arbeit ein neuer wasserfreier ALD Prozess zur ZnO Abscheidung mittels Diethylzink (DEZn) und molekularem Sauerstoff (O2) präsentiert. ZnO zeigt üblicherweise eine starke n-Dotierung, hervorgerufen durch intrinsische Punktdefekte, sowie von Wasserstoff-Zwischengitteratomen. Um den Wasserstoff-Anteil im ZnO zu reduzieren wurde ein alternativer Sauerstoff-Lieferant zum H2O benutzt und der erfolgreiche ALD Prozess gezeigt. Das ALD Fenster der wasserfreien ALD ist leicht zu niederigeren Temperaturen verschoben (185 − 210 °C) und zeigt eine Wachstumsrate von 5,0 Å/Zyklus. Der Anstieg deutet auf einen grundlegend unterschiedlichen Reaktionsprozess hin, der nicht durch sterische Hinderung der Ethyl-Liganden limitiert wird. Im Vergleich beider Methoden zeigt sich, dass beide ZnO Filme jeweils eine zusätzliche Sauerstoff-Komponenten aufweisen. Im H2O-ALD Prozess wird diese durch eine Hydroxid-Oberflächenkomponente erzeugt, wohingegen der Ursprung beim wasserfreien ALD Prozess ein O22− dumbbell Defekt ist. Zerstörungsfreie Photoemissions-Tiefenprofilierung zeigen keine weiteren wesentlichen Unterschiede der chemischen und elektronischen Eigenschaften beider ZnO Schichten.

Author dc:creator

• Janocha, Eike

Advisor dc:contributor.advisor

• Rech, Bernd

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-34818
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3167

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/3464