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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Elektronenspinresonanz

ESR

Elektronenspinresonanz (ESR) ist eine etablierte Methode zur Untersuchung elektronischer Zustände in Halbleitern. Von besonderer Bedeutung für die in den Dünnschichtsolarzellen eingesetzten amorphen und mikrokristallinen Siliziumlegierungen sind dabei solche Zustände, die von strukturellen Defekten im Material erzeugt werden. Dabei geht es um

 

  1. die Identifikation der Defekte, deren Position innerhalb des Materials und die mikroskopische Umgebung, die Anzahl bzw. Dichte der Defekte und die Lage der dazugehörigen Zustände in der Zustandsdichte;
  2. den Einfluß dieser Defekte auf die elektronischen und optischen Eigenschaften des Materials etwa als Haftstellen und Rekombinationszentren.

Bei der ESR nutzt man die Wechselwirkung von äußeren Magnetfeldern mit dem magnetischen Moment des Elektrons. Die Wechselwirkung führt zu einer Aufspaltung der elektronischen Energieniveaus. Das ist der aus der Optik bekannte Zeeman Effekt. Wechselwirkung mit inneren Magnetfeldern, etwa denen von Kernen mit magnetischem Moment, kann zu weiteren Effekten, z.B. der Hyperfeinaufspaltung der elektronischen Zustände, führen. Gemessen werden die Übergänge der Elektronen zwischen diesen Zuständen durch Absorption von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich (z.B. 9–10 GHz, das sogenannte X-Band).

 

Die ESR-Apparaturen

 

Zwei ESR Spektrometern sind am IEK-5 Photovoltaik verfügbar:

 

  • Ein X-Band Spektrometer für cw- (continous wave) und Puls-ESR-Betrieb (Bruker - ELEXSYS E500). Die maximale Magnetfeldstärke ist 1 Tesla. Die Meßtemperaturen liegen im Bereich 4,2 K – 300 K. Im cw-Betrieb können außerdem in einem Hochtemperatur-Resonator in-situ Temperungen und Messungen oberhalb von 300 K durchgeführt werden. Für optische Anregung, etwa bei lichtinduzierter ESR (LESR) oder bei optisch detektierter magnetischer Resonanz (ODMR), steht über Lichtleiter das komplette Laserlichtspektrum des Photolumineszenz-Labors zur Verfügung.

  • Ein X-Band Spektrometer nur für cw- ESR-Betrieb (Bruker - ESP300E).

Ansprechpartner:


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