@phdthesis{Herber2006,
  author    = {Herber, Ulrich},
  title     = {Rastertunnelspektroskopie an polykristallinen Cu(In,Ga)(S,Se)2-D{\"u}nnschichtsolarzellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21291},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {[...] Bei dem hier untersuchten multin{\"a}ren System CIGSe stellt sich ob seiner polykristallinen Struktur zudem die Frage nach der lateralen Homogenit{\"a}t der elektrischen Eigenschaften. Mit der verwendeten Meßmethode, einer photounterst{\"u}tzten Rastertunnelspektroskopie, k{\"o}nnen Inhomogenit{\"a}ten in der Oberfl{\"a}chenphotospannung (SPV) und im Photoinduzierten Tunnelstrom (PITC) nachgewiesen werden. Die Messung von PITC und SPV ist dann schnell durchzuf{\"u}hren und damit f{\"u}r Reihenuntersuchungen geeignet, wenn Modulationsverfahren verwendet werden. Modulationen der Biasspannung und/oder der Beleuchtung wurden in der Tunnelspektroskopie bereits auf eine ganze Anzahl von Materialsystemen angewendet. Dabei auftretende, {\"u}ber die Kapazit{\"a}t zwischen Tunnelspitze und Probe einkoppelnde st{\"o}rende Signalbeitr{\"a}ge sind ein bekanntes Problem. Eine m{\"o}gliche L{\"o}sung bietet die elektronische Kompensation durch eine entsprechende Schaltung. Wie in dieser Arbeit gezeigt wird, ist der Ansatz sehr gut geeignet, die durch Biasmodulation erzeugte Streukomponente zu unterdr{\"u}cken. Wird dagegen die einfallende Beleuchtung moduliert, erfolgt die Kompensation nur unvollst{\"a}ndig. Ein besonderes Problem bereitet dies, wenn beide Modulationen kombiniert werden. Der Unterschied zwischen beiden Modulationen liegt darin, daß sich das Spitze-Probe-System im Fall der Spannungsmodulation wie ein klassischer Kondensator verh{\"a}lt und das Streusignal daher unabh{\"a}ngig von der Art der Probe ist. Bei Lichtmodulation ist im Ersatzschaltbild dagegen die unter der Probenoberfl{\"a}che befindliche Stromquelle zu ber{\"u}cksichtigen. Sie f{\"u}hrt dazu, daß sich das Streusignal von Probe zu Probe, und sogar von einem Pr{\"a}parationszustand zum n{\"a}chsten, deutlich unterscheidet. Daher ist es angebracht, das Streusignal separat zu messen und anschließend analytisch zu kompensieren. Wie aus der vorliegenden Arbeit hervorgeht, ist dabei die Abh{\"a}ngigkeit des Streusignals vom Spitze-Probe-Abstand unbedingt zu ber{\"u}cksichtigen. Nach der Etablierung und eingehenden Analyse des Verfahrens im ersten Teil folgt im zweiten Teil der Arbeit dessen Anwendung auf eine Reihe von unterschiedlichen CIGS-Proben. Dabei wird deutlich, daß die bereits angesprochenen Inhomogenit{\"a}ten im PITC-Signal eine immanente Eigenschaft dieser (und vermutlich aller) polykristallinen Halbleitersysteme sind. Neben den lateralen Unterschieden in der Stromamplitude lassen sich auch Inhomogenit{\"a}ten in der komplexen Phase des Photostroms nachweisen. Wie sich herausstellt, sind daraus aber wegen der dominierenden Admittanz der Tunnell{\"u}cke keine R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die beteiligte Kapazit{\"a}t der RLZ zu ziehen. Dagegen ist es m{\"o}glich, durch die Untersuchung einer gr{\"o}ßeren Zahl von Stellen auf einer Probe eine Statistik der Fl{\"a}chenh{\"a}ufigkeit des PITC zu erstellen. Wird diese Verteilung durch eine exponentiell abfallende H{\"a}ufigkeit beschrieben, weist dies auf eine {\"u}bergroße Dichte an "schwachen" Dioden hin; bei einer kleinen Zahl schwacher Dioden zeigt die Verteilung ein deutliches Maximum bei h{\"o}heren Photostr{\"o}men. Korngrenzen sind f{\"u}r die elektronischen Eigenschaften polykristalliner Systeme wichtig, ihre Struktur allerdings unbekannt. Aus dem Forschungsgebiet der ebenfalls polykristallinen CdS/CdTe-Solarzellen kommt die Vorstellung, daß die Korngrenzen bevorzugte Transportpfade der Ladungstr{\"a}ger darstellen; sie wird inzwischen auch f{\"u}r CIGS-Zellen diskutiert. Hunderte von untersuchten Probenstellen k{\"o}nnen diese Theorie jedoch nicht unterst{\"u}tzen. Nur in einer {\"a}ußerst geringen Zahl von F{\"a}llen zeigen Korngrenzen einen deutlich h{\"o}heren Photostrom im Vergleich zu den umgebenden Kornfl{\"a}chen. Desweiteren werden die abrupten lateralen {\"A}nderungen im PITC-Signal als nicht passivierte Korngrenzen interpretiert, die Transportbarrieren f{\"u}r die Minorit{\"a}tsladungstr{\"a}ger bilden. Umgekehrt beg{\"u}nstigen passivierte Korngrenzen das Angleichen der elektronischen Eigenschaften benachbarter K{\"o}rner. Verfolgt man die PITC-Werte {\"u}ber einen l{\"a}ngeren Zeitraum hinweg, lassen sich metastabile Effekte beobachten. Das Abklingen des Photostroms wird durch den Einfang von Minorit{\"a}tsladungstr{\"a}gern in tiefen St{\"o}rstellen erkl{\"a}rt. Vergleicht man die erhaltenen PITC-Werte mit dem makroskopischen Kurzschlußstrom der Zellen, kann man die erhoffte Korrelation nicht nachweisen. Wie sich herausstellt, haben die zur Vorbereitung f{\"u}r die STM-Messungen n{\"o}tigen Pr{\"a}parationsschritte starke Auswirkung auf die Meßergebnisse. Aus dieser Sicht w{\"a}re eine in-situ-Messung w{\"u}nschenswert. Daher schließen einige Gedanken hinsichtlich der Realisierung der Meßmethode zur in-situ-Qualit{\"a}tskontrolle in der Solarzellenherstellung die Arbeit ab.},
  subject      = {Rastertunnelmikroskopie},
  language  = {de}
}