Optoelektronische Eigenschaften ultradünner Cu(In,Ga)Se2 Solarzellen und der Einfluss von Mikrostrukturierung

Abstract

In dieser Arbeit werden die optoelektronischen Eigenschaften von Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) Solarzellen hinsichtlich der Abhängigkeit von der Absorberschichtdicke im Bereich von 0.2 μm bis 2.8 μm, sowie im Hinblick auf den Einfluss einer Mikrostrukturierung des Rückkontaktes auf die Effizienz der Solarzelle untersucht. Dazu werden die optischen Konstanten, die Dotierdichte, der Bandlückengradient, der Natriumgehalt, die Minoritätsladungsträgerlebensdauer und die Rückseitenrekombinationsgeschwindigkeit der Absorber bestimmt. Zusätzlich werden von den in diesem Zusammenhang präparierten Solarzellen die Solarzellenparameter und die externe Quanteneffizienz bestimmt. Auf der Grundlage von optischen Simulationen kann das Rückkontaktdesign optimiert und das optische Reflexionsvermögen am Rückkontakt erheblich gesteigert werden. Mit diesem Konzept wird eine relative Steigerung der Effizienz um 40 % bei einer Absorberschichtdicke von 200 nm erreicht.

In this work, the optical and electronical properties of Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) based solar cells are studied with respect to the absorber layer thickness in a range of 0.2 μm to 2.8 μm. Further, the influence of a micro structured back contact on the solar cell efficiency is investigated. Therefore, the optical constants, the doping density, the bandgap gradient, the sodium content, the minority carrier lifetime, and the back contact recombination velocity of the absorbers are determined. Additionally, the solar cell parameters and the quantum efficiency of the corresponding solar cells are determined. Based on optical simulations, the back contact design is optimized, which results in a strongly increased optical back contact reflectivity. Using this concept, a relative efficiency improvement of around 40 % for an absorber layer thickness of 200 nm is achieved.