Elektronenkonfiguration, Koordination und Reaktivität von Fe-Ionen an Grenzflächen von modifizierten Sulfidhalbleitern

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Das vorliegende Ergänzungs- bzw. Überbrückungsvorhaben soll einen bisher unbearbeiteten und wesentlichen Teil der Projektaufgabe, d. h. Veränderungen in einphasigen und kristallisierten Cu-In-S-Schichten (CIS-Schichten) durch Fe-Ionen nachweisen und damit Untersuchungsergebnisse für einen Fortsetzungsantrag liefern. Hierzu sollen die mit elektrochemischen und anderen reaktiven Verfahren erfolgreich hergestellten Reinstsulfide bei hohen Temperaturen in Inertgas- sowie Gleichgewichtsatmosphäre in einphasige kristalline Schichten verwandelt und mit aufgedampften Fe-Schichten modifiziert werden. Ziel ist die Aufklärung von Auswirkungen der Diffusion und Reaktion von Fe-Atomen an der Grenzfläche zu stöchiometrisch perfekten einphasigen und kristallinen Cu-In-S-Schichten, die mit einer zu optimierenden Tempermethode herzustellen sind. Wie die bisherigen Untersuchungen zeigen, können stöchiometrische CIS-Schichten elektrochemisch abgeschieden werden. Dabei ist die Beweglichkeit von Spezies in der festen Phase wegen der niedrigen Temperatur der Badabscheidung (vgl. Schmelzpunkt von CIS bei ~1090°C) gering. Durch eine Hochtemperatur-Nachbehandlung kann die Kristallqualität verbessert werden. Eine solche Nachbehandlung im Vakuum macht die Vorteile der simultanen Abscheidung bezüglich der Erhaltung der Stöchiometrie durch Zersetzung und Sublimation von In-S-Material bereits ab 300 °C zunichte. Besonders ausgeprägt ist diese Erscheinung auch bei der Abscheidung von In-reichen Phasen von CIS-analogen Verbindungen wie CuInsSg mit Spinell Struktur. Der Erfolg von optoelektronischen Bauelementen aus Material mit Spinellstruktur (außerhalb dieses Projekts bearbeitet) begründet großes Interesse, eine Methode der Schichtabscheidung von CuInsSg zu entwickeln, die auf Erfahrungen der Badabscheidung von CIS im Rahmen dieses Projekts beruht. Hierzu ist ein Vorgehen erforderlich, das Einphasigkeit und reguläre Stöchiometrie der abgeschiedenen Schichten garantiert und die Kristallqualität verbessert. Im Rahmen dieses Ergänzungsprojekts soll das durch Tempern der Schicht vor allem in reaktiven Medien erreicht werden, die das Gleichgewicht der Zersetzungsreaktion beeinflussen. Dabei wird der Gleichgewichts-Dampfdruck über der Schicht durch in die evakuierte Ampulle eingebrachtes Pulver von CIS (bzw. CuhisSs) definiert. Die abgeschiedenen Schichten werden mit Hilfe von bereits vorhandenen (RFA, EDX, XRD) sowie ab Ende September zur Verfügung stehenden analytischen Methoden (SEM, FIB/EDX, EBSD) umfassend charakterisiert.