ZSW: Rasterelektronenmikroskop eröffnet neue Perspektiven für Dünnschicht-Photovoltaik

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Seit Januar 2020 verfügt das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) über ein neues Rasterelektronenmikroskop, das vom Land Baden-Württemberg mit 650.000 Euro bezuschusst wurde. Damit können die Stuttgarter Forscher nun Strukturen mit einer Größe von wenigen Nanometern sichtbar machen und äußerst präzise geglättete Querschnitte von Schichten dank eines zugehörigen fokussierten Ionenstrahls, wie es am Dienstag hieß. Dies soll vor allem die Entwicklung von Dünnschicht-Solarzellen voranbringen. Mit dem Fokus auf die Nanometerebene soll ein besseres Verständnis des Aufbaus und der Grenzflächen von Dünnschicht-Solarzellen erreicht werden. Ziel sei es, Defekte genauer zu untersuchen und letztendlich die Effizienz zu steigern.

Das hochauflösende Rasterelektronenmikroskop soll dem ZSW zufolge vor allem für die Entwicklung von CIGS-Solarzellen zum Einsatz kommen, aber auch für Perowskite. Mit den Analysen könnten tiefere Informationen zu Schichtwachstum und Dicke, Morphologie oder chemischer Zusammensetzung gewonnen werden. Auch ließen sich unerwünschte Hohlräume oder Fremdpartikel mit dem Gerät identifizieren, da es Bildpunkte kleiner als ein Nanometer erkennt.

„Wir können nun die Form und Größe von Partikeln und Einschlüssen analysieren und zusätzlich Mikrobereiche mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) untersuchen“, sagte Theresa Friedlmeier, Leiterin der Gruppe für Analytik und Simulation im ZSW-Fachgebiet Photovoltaik- Materialforschung. Zudem sei es auch möglich, die sehr dünne Grenzfläche zwischen CIGS und der darüber liegenden Pufferschicht aus Cadmiumsulfid genauer zu untersuchen. Dies sei bisher nicht möglich gewesen. Die Grenzfläche hat dem ZSW zufolge einen starken Einfluss auf den Solarzellen-Wirkungsrad.

Mit dem Rasterelektronenmikroskop mit fokussiertem Ionenstrahl kann das ZSW ab sofort auch die Bearbeitung auf der Nanoebene vornehmen. „Damit können wir etwa für CIGS-Solarzellen auf flexiblem Substrat gute Querschnitte ohne eine Beschädigung oder Auftrennung der Einzelschichten präparieren, was bisher sehr schwierig war“, so Friedlmeier weiter. Diese Analysen sollen schließlich in verbesserten Prozessen münden, die höhere Wirkungsgrade und damit auch weitere Kostensenkungen für die Dünnschicht-Technologien zur Folge haben.