Untersuchungen gepulster Glimmentladung und Anwendung für die Analyse von Solarzellen

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1 15. Deutsches Anwendertreffen Untersuchungen gepulster Glimmentladung und Anwendung für die Analyse von Solarzellen Varvara Efimova, Volker Hoffmann Dresden 23. November 2011

2 GLIEDERUNG Motivation elektrische Parameter der gepulsten Glimmentladung (GD) Sputterkraterform und Sputterrate der gepulsten GD Lichtemission der gepulsten GD Anwendungsbeispiele - Solarzellenproben 2

3 MOTIVATION Die optische Glimmentladungsspektroskopie Cathode (-) sample Plasma Emitted light Det. Anode (+) + Gleichmäßiges und sanftes Sputtern + Dynamischer Bereich 1 µg/g 100% + Schnelle Analyse nm/s + Stabile Lichtemission 3

4 MOTIVATION Die Anwendung der gepulsten Glimmentladung bietet eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zu einer kontinuierlichen Entladung: Die Sputterrateund die Erwärmung der Probekönnen durch zusätzliche Pulsparameter besser kontrolliert werden Wie bestimmt man die optimalen Pulsparameter? Welchen Einfluss haben die Pulsparameter auf: - elektrische Parameter -Sputterkraterform und Sputterrate - Lichtemission 4

5 GLIEDERUNG Motivation elektrische Parameter der gepulsten Glimmentladung (GD) Sputterkraterform und Sputterrate der gepulsten GD Lichtemission der gepulsten GD Anwendungsbeispiele - Solarzellenproben 5

6 Elektrische Parameter der gepulsten GD Spannung und Strom während dem Puls 6

7 Elektrische Parameter der gepulsten GD 20 µs 50 µs 800 Bei kleinerer (< 50 µs) Pulsdauer ist das HF-Sputtern wesentlich langsamer 250 7

8 GLIEDERUNG Motivation elektrische Parameter der gepulsten Glimmentladung (GD) Sputterkraterform und Sputterrate der gepulsten GD Lichtemission der gepulsten GD Anwendungsbeispiele - Solarzellenproben 8

9 Die Sputterkraterform Für die Tiefenprofilierung es ist wichtig, dass der gesputterte Krater möglichst flach bleibt Layer A Intensity Layer A Layer B Layer B Layered sample Time Intensity Layer A Layer B Time 9

10 Die Sputterkraterform vs Tastverh. und Pulsdauer Cu Si Tastverhältnis Pulsdauer Const: 800 V, 7 hpa Das Tastverhältniss hat keinen großen Einfluss auf die Sputterkraterform Die Form des Sputterkraters korreliert stark mit der Pulsdauer Optimale Pulsdauer 200 µs 10

11 Tiefenprofile von CrNi/Cu (9x100nm/8x100nm) Einfluss des Tastverhältnis Einfluss der Pulsdauer 11

12 Tiefenprofile von CIGSe Solarzellenproben Einfluss des Tastverhältnis Cu(In,Ga)Se 2 /Mo/Glass WARUM? 12

13 Gesputterte Oberfläche einer CIGSe Solarzelle- Einfluss des Tastverhältnis Nicht gesputtert 7 % 20 % 40 % 13

14 GLIEDERUNG Motivation elektrische Parameter der gepulsten Glimmentladung (GD) Sputterkraterform und Sputterrate der gepulsten GD Lichtemission der gepulsten GD Anwendungsbeispiele - Solarzellenproben 14

15 Lichtemission - gepulste GD Einfluss des Tastverhältnis 700 V 4 hpa200 µs Die Lichtemission ist proportional zum Tastverhältnis 15

16 Lichtemission - gepulste GD Einfluss der Pulsdauerist unterschiedlich für Atom- und Ionenlinien 700 V, 4 hpa, Tastverhältnis 20 % 16

17 GLIEDERUNG Motivation elektrische Parameter der gepulsten Glimmentladung (GD) Sputterkraterform und Sputterrate der gepulsten GD Lichtemission der gepulsten GD Anwendungsbeispiele - Solarzellenproben 17

18 Anwendung des Pulsbetriebes bevorzugt bei: 0,4 µm 2 µm 0,5 µm CdS/ZnO Cu(In,Ga)(S,Se) 2 Mo n-type p-type 2 mm Glass substrate SEM Solarzellen-Probe 18

19 Untersuchung der Zn-Diffusion in CuInS 2 Solarzell-Absorberschichten ZnS CuInS 2 Mo Glass Untersuchung der Zn-Diffusion Der Diffusionskoeffizient von Zn in CuInS 2 Schichten wurde zumerstenmal bestimmt J. Dietrich, Diplomarbeit, Technische Universität Dresden,

20 The role of the spray pyrolysedal 2 O 3 barrier layer in achieving high efficiency solar cells on flexible steel substrates Das Al 2 O 3 wirktnichtnuralsbarriereschichtfürfe (SIMS), sondern führt auch zur Anreicherung von Na! Sophie E. Gledhill, Anton Zykov, Thorsten Rissom, Raquel Caballero, Christian A. Kaufmann, Christian-Herbert Fischer, Martha Lux-Steiner, Varvara Efimova, Volker Hoffmann, Steffen Oswald, Applied Physics A: Materials Science & Processing, DOI: /s

21 GD OES Tiefenprofile von Solarzellenproben im Vergleich mit anderen Tiefenprofil-Methoden GD OES vs SNMS GD MS SIMS TOF-SIMS AES TEM-EDX SEM-EDX SEM-WDX 21

22 DANKSAGUNG Prof. Dr. Jürgen Eckert, Dr. Volker Hoffmann, Dr. Denis Klemm, Dr. Maxim Voronov, Dr. Petr Šmíd, Ingrid Wetzig, Romy Keller, Günther Pietzsch, Matthias Uhlemann, Ekaterina Kleisz, Steffi Kaschube, Prof. Dr. Edward B. M. Steers, Dr. Tamara Gusarova, Prof. Dr. Arne Bengtson, Simone Weyler, Dr. Daniel Abou-Ras, Dr. Raquel Caballero, Dr. Thorsten Rissom, Dr. Sophie Gledhill, Mario Spindler, Dr. Siegfried Menzel, Dr. Thomas Gemming, Jürgen Gluch, Dr. Zoltan Donkó, Aranka Derzsi, Michael Analytis, Rüdiger Meihsner, Rüdiger Brünner, Michael Köster, Thomas Asam, Zdeněk Weiss, Dr. Steffen Oswald, Dr. Thomas Wirth... 22