Photovoltaik-Produktionstechnologie: Vergleichsstudie zeigt, wie Dünnschicht-Solarzellen am besten untersucht werden

Über 30 Forscher aus sechs Ländern haben sich an der umfassenden Vergleichsanalyse beteiligt. Sie haben alle dieselbe Dünnschichtprobe aus Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) untersucht, die als Absorberschicht in Solarzellen verwendet wird.

Verteilung der Elemente innerhalb der CIGS-Schicht beeinflusst optische Eigenschaften der Solarzellen
„Es gibt keine Technik, die alleine in der Lage ist, Elementverteilungen zuverlässig quantitativ zu detektieren. Dafür ist es in jedem Fall empfehlenswert, mindestens zwei Methoden zu kombinieren", betont Daniel Abou-Ras, Koordinator der Studie, eine der wichtigsten Erkenntnisse aus der Studie.
Speziell bei der Entwicklung von Dünnschicht-Solarzellen benötigen Wissenschaftler Informationen darüber, wie sich die Elemente innerhalb der Kupfer-Indium-Gallium-Selen-Schicht verteilen und wie sie sich an den Grenzen zwischen den einzelnen Schichten verhalten.
Die Verteilung von Indium und Gallium hat dabei Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Absorberschicht. Die Kupfer- und Selen-Verteilung wiederum beeinflusst entstehende Sekundärphasen, und ebenso wirken Verunreinigungen durch Natrium- und Kaliumspuren auf die elektrischen Eigenschaften der Solarzellen. Daher müssen auch diese detektiert werden.

Rasche Ergebnisse für die industrielle Qualitätssicherung gefragt
Der Anwendungsfall entscheide darüber, welche Techniken besonders geeignet sind, betont Abou-Ras. Für die industrielle Qualitätssicherung seien zum Beispiel vor allem Methoden gefragt, die innerhalb weniger Minuten Ergebnisse liefern, dabei aber trotzdem zuverlässig sind wie etwa die Glimmentladungsspektroskopie.
Massenspektroskopie-Techniken hätten sehr geringe Nachweisgrenzen und könnten deshalb für die Analyse von Spurenelementen eingesetzt werden. Es gebe auch Techniken wie die Röntgendiffraktometrie unter strahlendem Einfall oder die Ellipsometrie, welche die Probe nicht zerstören. Die Ramanspektroskopie könne herangezogen werden, wenn Aussagen zur Phasenverteilung in einer Dünnschicht benötigt werden.
Daniel Abou-Ras hebt einen weiteren Effekt der Vergleichsanalyse hervor: „In unserer Vergleichsstudie mussten die jeweiligen Experten ihre Standpunkte über Nachweisgrenzen oder über Orts- und Tiefenauflösungen ihrer Methoden zum Teil neu bewerten. Dadurch können wir nun entsprechende Angaben von Geräteherstellern über Leistungsgrenzen der Techniken besser einschätzen.“

21.10.2011 | Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH