Untersuchung des Phasenverhaltens von Cu2ZnSnSe4-Schichten unter Zugabe von Silber und Natriumfluorid

Abstract

Kesteritbasierte Cu₂ZnSnSe₄ (CZTSe)-Schichten stellen eine vielversprechende Solarzelltechnologie dar, die den Einsatz von kritischen Rohstoffen vermeidet. Die geringe Toxizität und die sichere Verfügbarkeit der Elemente machen CZTSe besonders attraktiv. Herausforderungen ergeben sich jedoch aus der komplexen Materialstruktur, der Bildung sekundärer Phasen und Defekte sowie der im Vergleich zu etablierten Technologien geringeren Effizienz. Diese Dissertation untersucht die Herstellung von CZTSe-Schichten durch thermische Ko-Verdampfung. Das Phasenwachstum unter Silberlegierung wird mittels in-situ XRD analysiert und zeigt ein komplexes Phasenverhalten bei einer Substrattemperatur von 500°C. Die Zugabe von NaF wird durch tiefenaufgelöste GDOES-, ToF-SIMS- und SEM-Messungen charakterisiert und offenbart die Bildung von NaF-Ausscheidungen im CZTSe. Diese Arbeit beleuchtet damit die Grenzen und Möglichkeiten des Einbaus von Ag und Na in CZTSe-Schichten.

Kesterite-based Cu₂ZnSnSe₄ (CZTSe) layers represent a promising solar cell technology that avoids the use of critical raw materials. The low toxicity and secure availability of the constituent elements make CZTSe particularly attractive. However, challenges arise from the complex material structure, the formation of secondary phases and defects, and the relatively lower efficiency compared to established technologies. This dissertation investigates the fabrication of CZTSe layers via thermal co-evaporation. Phase growth under silver alloying is analyzed using in-situ XRD, revealing complex phase behavior at a substrate temperature of 500°C. The addition of NaF is characterized by depth-resolved GDOES, ToF-SIMS, and SEM measurements, showing the formation of NaF precipitates in the CZTSe. This work thus explores the limits and potentials of incorporating Ag and Na in CZTSe layers.