// Hoch auflösende Analysemethoden klären Wirkungsweise von Alkali-Nachbehandlung bei CIGS-Solarzellen

Alkalielemente sind bei der Herstellung von CIGS-Dünnschichtsolarzellen das „Salz in der Suppe“. Schon kleinste Mengen Natrium (0,3 Promille) tragen zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads von bis zu 50 % bei. Lange Zeit galt Natrium als wichtigstes Alkalielement, um die Effizienz von polykristallinen CIGS-Solarzellen zu optimieren. Im Jahr 2013 stellte man allerdings fest, dass auch das schwerere Alkalielement Kalium zu einer deutlichen Wirkungsgradsteigerung führt. Die letzten Wirkungsgradrekorde von bis zu 22,6 % erzielte das ZSW mithilfe einer Rubidium-Fluorid-Nachbehandlung. Dabei wurde beobachtet, dass das schwerere Alkalielement Rubidium das leichtere Natrium aus der CIGS-Schicht verdrängt.

Um diesen Vorgang genauer zu verstehen, wurde die Verteilung der Alkalimetalle dreidimensional ortsaufgelöst gemessen (mit 3D-ToF-SIMS). Die Messung (s. Abb. unten) zeigt, dass Rubidium an den Korngrenzen stark angereichert ist, aber auch im Volumen der Körner bis zu einer Konzentration von 16 ppm (parts per million) vorliegt, was üblichen Dotierkonzentrationen von Halbleitern entspricht. Diffusionsmessungen zeigten, dass Rubidium stärker entlang der Korngrenzen diffundiert, wenn vorher schon Natrium in der Schicht vorhanden war. Hierbei verdrängt das schwerere Rubidium das leichtere Natrium vornehmlich aus den Korngrenzen und passiviert somit besser die sonst elektrisch schädlichen Korngrenzen (s. Abb. unten). Neueste Analysemethoden wie die massenspektrometrische Tiefenprofilierung (ToF-SIMS) sind dabei außerordentlich hilfreich, um mikroskopisch kleine Vorgänge besser verstehen zu können.

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Dr. Roland Würz
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