Karakterisering van de kinetiek van ladingsdragers in een dunne-film zonnecel via capaciteits-spectroscopische meettechnieken

Promotoren: Prof. Henk Vrielinck en Prof. Johan Lauwaert (fac. ingenieurswetenschappen EA06)

Begeleiding: Prof. Henk Vrielinck en Prof. Johan Lauwaert (fac. ingenieurswetenschappen EA06)

Inlichtingen: tel. 09/264.43.42 of contacteer rechtstreeks een betrokken persoon (de contactgegevens opvragen door op de naam te klikken)

Trefwoorden: Dunnefilmzonnecel, capaciteitsspectroscopie, defecten in halfgeleiders

Probleemstelling:

De markt van de zonnecellen wordt nog steeds overheerst door mono- en multikirstallijne siliciumzonnecellen. De kostprijs van deze types cellen wordt voor ongeveer 50% bepaald door de dikke (>200µm) siliciumlaag. Dunne-film zonnecellen, die als absorber een laag van slechts enkele µm van een directe halfgeleider gebruiken, vormen een goedkoper alternatief. Cu(In1-xGax)Se2 (CIGS) zonnecellen behalen onder de dunne-film cellen de hoogste efficiëntie met recordwaarden van meer dan 21%, zelfs hoger dan het record met multikristallijn silicium. Een bijkomend voordeel is dat ze op flexibele dragers kunnen worden afgezet.

Elektrisch actieve defecten in de absorberlaag, die energieniveaus diep in de bandgap genereren, leiden tot een verkorting van de levensduur van de ladingsdragers die door optische absorptie worden gegenereerd, en zo ook tot een lagere zonnecelefficiëntie. Het is dan ook heel belangrijk om de concentratie en de eigenschappen van dergelijke defecten nauwkeurig te kunnen bepalen. Capaciteitsspectroscopie is hier in principe bijzonder goed voor geschikt: vangst en emissie van ladingsdragers door defecten laat zich immers zien in de frequentie-afhankelijkheid van de capaciteit (admittantiespectroscopie = AS) of in een trage transiënt in de capaciteit na een spanningspuls (deep-level transient spectroscopy = DLTS). Deze spectroscopische technieken bieden een schat aan informatie over defecten in eenvoudige halfgeleidercomponenten zoals p-n of Schottky diodes van mono- of multikristallijne halfgeleiders. Dunne-film zonnecellen hebben echter een veel ingewikkeldere structuur: ze zijn opgebouwd uit meerdere lagen van minder goed bestudeerde halfgeleiders. Niet-ideale contacten tussen de lagen en gehinderd transport in de lagen kunnen eveneens aanleiding geven tot signalen in de capaciteitsspectra, wat de analyse bemoeilijkt. Bijgevolg lijkt het aangewezen om de structuur van de samples te vereenvoudigen en een grotere parameterruimte te scannen in de experimenten (temperatuurbereik, variatie in pulsparameters,…).

DiSC2a 2016-2017

Doelstelling:

Het doel van dit thesisonderzoek is te achterhalen wat capaciteitsspectra ons kunnen leren over defecten en/of andere niet-idealiteiten in de absorber van CIGS zonnecellen. Hiertoe zullen metingen worden uitgevoerd op volledige zonnecellen, maar ook op vereenvoudigde structuren: absorbermateriaal afgezet op een Ohms geleidend contact met een metaal Schottkyvoorcontact, of zonnecellen waarvan verscheidene lagen aan het voorcontact zijn weggeëtst en vervangen door een metaalcontact. Simulaties op basis van in de groep reeds ontwikkelde circuitmodellen voor de zonnecelstructuur zullen worden gebruikt om de parameters van de experimenten optimaal te kiezen, zodat de verschillende oorzaken voor signalen zo goed mogelijk kunnen worden onderscheiden. Daarnaast zullen de klassieke DLTS paden wat worden verlaten: op vereenvoudigde structuren kan het temperatuurbereik worden uitgebreid tot boven kamertemperatuur en alternatieve DLTS technieken (meting van stroomtransiënten na optische pulsen, en DLTS onder infrarood belichting in een Fourier-Transform spectrometer) zullen worden getest.

DiSC2b 2016-2017