Forschungseinrichtungen / Anlagen
Jülich Online Semiconductor Growth Experiment for Photovoltaics (JOSEPH)
JOSEPH ist ein Doppel-Cluster-Werkzeug im IEK-5. Wie in der Abbildung unten dargestellt, besteht es aus zwei Clustern mit jeweils mehreren Kammern. Der linke Cluster verfügt über mehrere Abscheidekammern, darunter Sputtering, Atomlagenabscheidung und Koevaporation. Die Beschichtungskammern sind über ein zentrales Handlingsystem mit einem Cluster verbunden, der für die Analyse von Oberflächen mit mikroskopischen und spektroskopischen Techniken zuständig ist. Der Charakterisierungscluster umfasst ein Oberflächensondenmesssystem (SPM), das für leitfähige AFM-Messungen, Rastertunnelmikroskopie (STM) und für Kelvin-Probe Force Microscopy (KPFM) Messungen verwendet werden kann. Diese Methoden ermöglichen es uns, die Leitfähigkeit und die Arbeitsfunktion der Oberfläche der abgeschiedenen Schichten zu messen. Darüber hinaus verfügt der Cluster über ein UPS/XPS-System, das Messungen der Arbeitsfunktionen mittels UPS (Ultraviolett-Photoemissionsspektroskopie) und der chemischen Zusammensetzung mittels XPS (Röntgen-Photoemissionsspektroskopie) ermöglicht. Mit dem LEEM/PEEM-System kann der Benutzer verschiedene Eigenschaften von Oberflächen mit hoher räumlicher Auflösung untersuchen und gleichzeitig spektroskopische Messungen durchführen. Das PEEM-System beispielsweise beleuchtet die Schicht mit ultraviolettem Licht und erzeugt dann ein Bild der emittierten Elektronen, das spektral gefiltert werden kann.
Kontaktpersonen
Photothermische Deflektionsspektroskopie (PDS)
Die photothermische Deflektionsspektroskopie basiert auf der Beleuchtung einer Probe, die sich in einer mit einer Flüssigkeit gefüllten Küvette befindet. Das Licht erwärmt die Probe und folglich auch die Flüssigkeit. Die Flüssigkeit muss so gewählt werden, dass ihr Brechungsindex temperaturabhängig ist. Somit gibt es einen lichtinduzierten Temperaturgradienten in der Flüssigkeit, wie in Abb. 2 dargestellt, der mit einem Laser nachgewiesen werden kann, der senkrecht zum monochromatischen Licht, das zur Anregung der Probe verwendet wurde, ausgerichtet ist. Dieser Laserstrahl wird dann durch den Brechungsindexgradienten abgelenkt, der von einem positionsselektiven Photodetektor erfasst wird. Das vom Photodetektor erfasste Signal ist direkt proportional zur Menge des absorbierten Lichts und damit zum Absorptionsgrad der Probe. Wenn die Dicke bekannt ist, kann auch der Absorptionskoeffizient (normalerweise der interessierende Parameter) mit einem hohen dynamischen Bereich von etwa 4 Größenordnungen ermittelt werden.
Transiente Photolumineszenz
Die aus der transienten Photolumineszenz (PL) gewonnenen Erkenntnisse haben zu einem besseren Verständnis der Rekombination und des Transports in einem breiten Spektrum von Halbleitern beigetragen. Die transiente Photolumineszenz ist attraktiv, weil sie kontaktlose Messungen von Filmen auf Glas, Schichtstapeln oder kompletten Bauelementen ermöglicht und dabei Prozesse auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen untersucht. Sie ermöglicht insbesondere die Analyse der verschiedenen Rekombinationsprozesse, die in photovoltaischen Absorbermaterialien ablaufen und die die Leerlaufspannung und damit den Wirkungsgrad von Solarzellen aus diesen Materialien verringern können. Die Analyse der Transienten ist jedoch aufgrund der Vielzahl von (nichtlinearen) Effekten, die zur Form des PL-Transienten beitragen, eine Herausforderung. Jüngste Arbeiten konzentrierten sich auf die Kombination von transienten Photospannungs- und Photolumineszenzmessungen, um ein Verständnis der allgemeinen Bedeutung der Abklingzeiten sowie der Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen elektrisch und optisch erfassten Transienten zu gewinnen [1].
Referenzen
[1] Krückemeier, L., Liu, Z., Krogmeier, B., Rau, U., & Kirchartz, T. (2021). Consistent Interpretation of Electrical and Optical Transients in Halide Perovskite Layers and Solar Cells. Advanced Energy Materials, 11(n/a), 2102290. doi:https://doi.org/10.1002/aenm.202102290
Letzte Änderung: 24.01.2024