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Institut für Energie- und Klimaforschung
IEK-5 Photovoltaik

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Transiente Photolumineszenz – Experiment und Simulation

Transiente Photolumineszenzmessungen (trPL) haben in der Vergangenheit zu einem verbessertern Verständnis der von Rekombination und Transport in verschiedensten Halbleitern beigetragen. TrPL hat den Vorteil, dass sie eine Untersuchung von Schichten und Schichtstapeln ermöglicht bevor die Kontakte auf die Probe aufgebracht wurden. Es ist also nicht nötig komplette Solarzellen herzustellen. Insbesondere erlaubt die trPL die Untersuchung von verschiedensten Rekombinationsprozessen, die in Absorbermaterialien für photovoltaische Anwendungen passieren und die für einen Verlust an Leerlaufspannung und Wirkungsgrad verantwortlich sind. Aufgrund der Vielzahl von (teilweise nicht-linearen) Effekten, die einen Einfluss auf die Form der Transiente haben können, ist die Auswertung der Daten allerdings eine Herausforderung. Wir haben uns deshalb darauf fokussiert, neben den Messungen auch numerische Simulationen der Photolumineszenz Transienten durchzuführen um mithilfe der Simulationen bessere Auswertemethoden zu entwickeln.

Figure 1 stellt die verschiedenen Effekte während einer transienten PL Messung von einem Zweischichtsystem aus Absorber und Kontakt vor. Zunächst werden Elektronen aus dem Absorbermaterial in das Kontaktmaterial transferiert und die Photolumineszenz sinkt zunächst schnell ab. Da der Elektronenkontakt bei der Messung nicht geerdet ist, sammeln sich jetzt Elektronen an der Grenzfläche zwischen den beiden Materialien an. Der Effekt ist besonders groß wenn die Beleuchtung hoch ist und wenn die Grenzflächenrekombination langsam ist. Mithilfe eines numerischen Modells können wir alle diese Effekte berücksichtigen und damit die Rekombinationsgeschwindigkeit an der Grenzfläche zwischen beiden Materialien bestimmen. Dies erfordert allerdings Messungen bei verschiedenen Laserintensitäten.

Transiente Photolumineszenz Figure 1: (a,b) Banddiagram und (c) PL transiente in einem Zweischichtsystem aus Absorber und Kontakt. (d) Differentielle Lebensdauer welche zwei unterscheidbare Regionen aufweist. Bei kurzen Zeiten ist die Lebensdauer sehr kurz (die Elektronen fließen zum Kontakt und reduzieren damit die PL) während bei längeren Zeiten die Aufladung der Grenzfläche zu einem langsameren Abfall führt und die differentielle Lebensdauer verlängert.


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