TY - THES

T1 - Adaptierung und Optimierung einer Versuchsanlage zur thermischen Behandlung und Selenisierung von CIGSe-Dünnschichten für photovoltaische Anwendungen

AU - Stock, Christoph Manfred

N1 - gesperrt bis 29-03-2017

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Angesichts des weltweit steigenden Energiebedarfs, des drohenden Klimawandels und der damit verbundenen Notwendigkeit zur Reduktion von CO2-Emissionen sowie der zunehmenden Unsicherheiten bei der Energieversorgung, ist die Nutzung von erneuerbaren Energien von steigendem Interesse. Besonders die Erzeugung der elektrischen Energie aus fossilen Brennstoffen soll minimiert oder gar ganzheitlich durch Photovoltaikanlagen ersetzt werden. Zur Herstellung von Photovoltaikzellen gibt es verschiedene Möglichkeiten, wobei diese lange Zeit ausschließlich aus Silizium gefertigt wurden. Nicht zuletzt wegen des detaillierten Fachwissens zur Herstellung von sogenannten Siliziumwavern, ist dieses Verfahren nach wie vor sehr verbreitet, erfährt jedoch in den letzten Jahren immer stärkere Substituierung durch andere Materialien und Herstellungsmethoden. Silizium ist zwar praktisch unendlich in Form von Sand auf der Erde verfügbar, jedoch ist die Gewinnung des reinen Metalls sehr energieaufwendig und damit kostenintensiv. Die beste Alternative zu Silizium und gleichzeitig auch dessen größter Konkurrent stellen sogenannte Chalkopyrit-Halbleiter dar. Als wichtigster Vertreter dieser Spezies gilt der Cu(In,Ga)Se2-Halbleiter. Mit Hilfe eines ein- oder zweistufigen Verfahrens wird eine aus den Metallen Cu, Ga und In sowie Se bestehende Schichtfolge, der sogenannte Precursor, mittels eines Temperprozesses bei Temperaturen im Bereich von etwa 550 °C zum Verbindungshalbleiter Cu(In1-xGax)Se2 umgesetzt. Während des thermischen Vorganges erfolgt die Bildung des zentralen Elementes der späteren Solarzelle, die stark lichtabsorbierende, photoelektrisch aktive Schicht. Diesem Teilprozess kommt somit bei der Herstellung einer Dünnschichtzellle eine besondere Bedeutung zu. Ziel der vorliegen Arbeit war es, eine bestehende Versuchsanlage, die zur thermischen Behandlung von metallischen Bändern verschiedenster Zusammensetzung benutzt wurde, für den Selenisierungsprozess zu adaptieren. Dabei musste besonders auf die Toxizität des entstehenden Selenwasserstoffs geachtet werden. Im Gegensatz zur üblichen Praxis war das Ziel, den Precursor nicht auf einer Glasplatte, sondern auf einem dünnen Stahlband mit Hilfe einer Sputteranlage abzuscheiden und danach in einem Schritt thermisch umzusetzen, und sowohl mikroskopisch als auch röntgenografisch zu untersuchen.

AB - Angesichts des weltweit steigenden Energiebedarfs, des drohenden Klimawandels und der damit verbundenen Notwendigkeit zur Reduktion von CO2-Emissionen sowie der zunehmenden Unsicherheiten bei der Energieversorgung, ist die Nutzung von erneuerbaren Energien von steigendem Interesse. Besonders die Erzeugung der elektrischen Energie aus fossilen Brennstoffen soll minimiert oder gar ganzheitlich durch Photovoltaikanlagen ersetzt werden. Zur Herstellung von Photovoltaikzellen gibt es verschiedene Möglichkeiten, wobei diese lange Zeit ausschließlich aus Silizium gefertigt wurden. Nicht zuletzt wegen des detaillierten Fachwissens zur Herstellung von sogenannten Siliziumwavern, ist dieses Verfahren nach wie vor sehr verbreitet, erfährt jedoch in den letzten Jahren immer stärkere Substituierung durch andere Materialien und Herstellungsmethoden. Silizium ist zwar praktisch unendlich in Form von Sand auf der Erde verfügbar, jedoch ist die Gewinnung des reinen Metalls sehr energieaufwendig und damit kostenintensiv. Die beste Alternative zu Silizium und gleichzeitig auch dessen größter Konkurrent stellen sogenannte Chalkopyrit-Halbleiter dar. Als wichtigster Vertreter dieser Spezies gilt der Cu(In,Ga)Se2-Halbleiter. Mit Hilfe eines ein- oder zweistufigen Verfahrens wird eine aus den Metallen Cu, Ga und In sowie Se bestehende Schichtfolge, der sogenannte Precursor, mittels eines Temperprozesses bei Temperaturen im Bereich von etwa 550 °C zum Verbindungshalbleiter Cu(In1-xGax)Se2 umgesetzt. Während des thermischen Vorganges erfolgt die Bildung des zentralen Elementes der späteren Solarzelle, die stark lichtabsorbierende, photoelektrisch aktive Schicht. Diesem Teilprozess kommt somit bei der Herstellung einer Dünnschichtzellle eine besondere Bedeutung zu. Ziel der vorliegen Arbeit war es, eine bestehende Versuchsanlage, die zur thermischen Behandlung von metallischen Bändern verschiedenster Zusammensetzung benutzt wurde, für den Selenisierungsprozess zu adaptieren. Dabei musste besonders auf die Toxizität des entstehenden Selenwasserstoffs geachtet werden. Im Gegensatz zur üblichen Praxis war das Ziel, den Precursor nicht auf einer Glasplatte, sondern auf einem dünnen Stahlband mit Hilfe einer Sputteranlage abzuscheiden und danach in einem Schritt thermisch umzusetzen, und sowohl mikroskopisch als auch röntgenografisch zu untersuchen.

KW - Photovoltaik

KW - Dünnschicht

KW - CIGSe

KW - CIGS

KW - Versuchsanlage

KW - Wärmebehandlung

KW - Selenisierung

KW - Selenization

KW - CIGS

KW - CIGSe

KW - thin film

KW - heat treatment

M3 - Masterarbeit

ER -