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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Mikroskopie

Die Grundlage für ein Verständnis des Lichtstreuverhaltens an der Grenzfläche einer rauhen Schicht und vor allem für optische Simulationen sind quantitative Informationen über die Oberflächenmorphologie. Eine etablierte Methode zur Gewinnung solcher Daten ist die Rasterkraftmikroskopie (AFM bzw. SFM). Bei der AFM wird eine Messspitze mit Dimensionen im Nanometerbereich über das zu untersuchende Substrat geführt. Diese Spitze befindet sich an einer biegsamen Blattfeder (Cantilever), die sich durch die Kraft zwischen der Messspitze und dem Substrat verformt. Diese Verformung wird optisch vermessen und als Feedback-Signal genutzt, um ein Abbild der Topographie des Substrates zu erhalten. Je nach Messmodus und eingesetzter Messspitze können außerdem Informationen über mechanische oder elektrische Materialeigenschaften gewonnen werden.

Am IEK-5 Photovoltaik steht eine Nanostation 300 (Bruker Nano, ehemals Surface Imaging Systems) für AFM-Messungen zur Verfügung. Es handelt sich dabei um eine Kombination aus einem AFM, einem Licht- und einem Konfokalmikroskop. Während das Lichtmikroskop in erster Linie zur Probenpositionierung und -ausrichtung genutzt wird, erlaubt das konfokale Mikroskop die Abbildung von Strukturen im µm- bis zum hohen nm-Bereich mit entsprechenden quantitativen Informationen über die vertikale Ausdehnung von Merkmalen des Substrates (vgl. Konfokal-Abbildung von Laserpulsen)

Mikroskop002Rasterkraftmikroskop-Abbildung der Frontkontaktschicht aus Zinkoxid.

Das AFM wird bei einer maximalen Scangröße von etwa (75×75) µm2 lateral und etwa 8 µm vertikal für die hochauflösende Abbildung von Strukturen, teilweise hinunter bis in den sub-nm-Bereich beim Einsatz entsprechender Messspitzen, genutzt (vgl. AFM-Abbildung eines ZnO-Frontkontakts)

Mikroskop001Konfokal-Abbildung von Laserpulsen, die zur Modulverschaltung der Solarzellen verwendet werden.

Das Gerät erlaubt dabei eine exakte, automatisierte Repositionierung beim Wechsel zwischen den drei Messpositionen. Dies ermöglicht das Wiederfinden von spezifischen Substratpositionen ohne aufwendige Hilfsmittel, wie z.B. dem Setzen von Landemarken.

Der Messtisch besitzt eine Grundfläche von (30×30) cm2, so dass auch große Substrate vermessen werden können, ohne dass sie zerschnitten werden müssen. So ist z.B. die nicht-destruktive Überprüfung der Substrathomogenität vor der Deposition von Solarzellen oder -modulen möglich. Eine Makro-basierte Messsoftware erlaubt außerdem automatisierte Mehrfachmessungen einer Reihe von Proben bzw. Homogenitätsmessungen, ohne dass ein Eingreifen des Operators nötig wird.


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