Electrical characterisation, modelling and simulation of Cu (In, Ga), (Se, S)2 Solar Cells

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden Cu(In,Ga)(Se,S)2-Dünnschichtsolarzellen aus einem sequentiellen Beschichtungsprozess untersucht. Der Schwerpunkt der Arbeit lag bei der Auswirkung von Ga/(Ga+In)- und S/(S+Se)-Materialgradienten in der Absorberschicht auf die optoelektronischen Eigenschaften der Solarzellen. Die Möglichkeit, Rekombinationsprozesse von der Photostromsammlung räumlich zu trennen konnte durch den Einbau von S an der Absorbergrenzfläche nachgewiesen werden. Außerdem konnte aufgezeigt werden, dass die Anwendung des Reziprozitätstheorems (RT) zwischen Lumineszenzemission und photovoltaischer Quantenausbeute als diagnostisches Werkzeug für Solarzellen mit S- und Ga-Gradienten mit Vorsicht zu behandeln ist. Abweichungen vom RT als Folge der Ga-Segregation am Rückkontakt wurden aus experimentellen Ergebnissen ersichtlich. Darüber hinaus wurde eine lokal reduzierte Beweglichkeit der Ladungsträger als weiterer limitierender Faktor für die Validierung des RT identifiziert.

In this thesis, the impact of Ga/(Ga+In)- and S/(S+Se)-compositional gradients on the device performance of sequentially grown Cu(In,Ga)(Se,S)2 solar cells have been investigated. It has been demonstrated that it is possible to separate recombination processes from absorption and photocurrent collection by a S-incorporation into the absorber surface. Furthermore, it has been found that the application of the reciprocity relation (RR) between luminescent emission and external quantum efficiency as a diagnostic tool for solar cells with S- and Ga-gradients have to be handled with care, as under certain conditions deviations between the measured and calculated spectra can be observed. The violation of the RR can be induced by a back grading as a result of the Ga-segregation at the back contact. Moreover, locally reduced charge carrier mobility has been recognised as another limiting factor for the validation of the RR, which showed the best fit to the discussed measurements.