Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie und Bauelementphysik

Da Oberflächeneigenschaften nicht mit Grenzflächeneigenschaften identisch sind und die Fehler bei der Analyse von z. B. Bandkanten mittels UPS sehr groß sind, kombinieren wir die Photoelektronenspektroskopie mit Experimenten und Simulationen aus der Solarzellenphysik. Auf diese Weise können wir einen quantitativen Zusammenhang zwischen der Photoelektronenspektroskopie und der Leistung der Bauelemente herstellen.

In den vergangenen Jahren wurden UPS-Messungen routinemäßig für Studien verwendet, die darauf abzielten, die Abhängigkeit des Wirkungsgrades von den Eigenschaften der Kontakt- und Transportschicht besser zu verstehen. In diesen Fällen wurden die UPS-Daten immer durch Bauelementesimulationen und elektrische Messungen ergänzt, um die Ergebnisse angemessen quantifizieren und Analysemethoden für UPS identifizieren zu können, die aussagekräftige Ergebnisse liefern. Eine weitere aktuelle Studie mit Kollegen in Potsdam zielte darauf ab, den Ursprung der elektrostatischen Selektivität in Perowskit-Solarzellen besser zu quantifizieren, indem schichtweise Oberflächen-Photospannungsmessungen durchgeführt wurden.

Understanding the effect of band offsets in perovskite solar cells: Selecting suitable charge transport layers and suppressing non-radiative recombination at interfaces with the absorber layer is vital for maximizing the efficiency of halide perovskite solar cells. In this study, high-quality perovskite thin films and devices are fabricated with different fullerene-based electron transport layers and different self-assembled monolayers as hole transport layers. Then, a comparative study of a significant variety of different electrical, optical, and photoemission-based characterization techniques is performed to quantify the properties of the solar cells, individual layers, and, importantly, the interfaces between them. In addition, the limitations and problems of the different measurements, the insights gained by combining different methods, and the different strategies for extracting information from the experimental raw data, are highlighted.

Jülich Online Semiconductor Growth Experiment for Photovoltaics (JOSEPH)

JOSEPH ist ein Clustertool am IMD-3. Wie in der Abbildung unten dargestellt, besteht es aus zwei Clustern mit jeweils mehreren Kammern. Der linke Cluster verfügt über mehrere Abscheidekammern, darunter Sputtering, Atomlagenabscheidung und Koevaporation. Die Beschichtungskammern sind über ein zentrales Handlingsystem mit einem Cluster verbunden, der für die Analyse von Oberflächen mit mikroskopischen und spektroskopischen Techniken zuständig ist. Der Charakterisierungscluster umfasst ein Oberflächensondenmesssystem (SPM), das für leitfähige AFM-Messungen, Rastertunnelmikroskopie (STM) und für Kelvin-Probe Force Microscopy (KPFM) Messungen verwendet werden kann. Diese Methoden ermöglichen es uns, die Leitfähigkeit und die Arbeitsfunktion der Oberfläche der abgeschiedenen Schichten zu messen. Darüber hinaus verfügt der Cluster über ein UPS/XPS-System, das Messungen der Arbeitsfunktionen mittels UPS (Ultraviolett-Photoemissionsspektroskopie) und der chemischen Zusammensetzung mittels XPS (Röntgen-Photoemissionsspektroskopie) ermöglicht. Mit dem LEEM/PEEM-System kann der Benutzer verschiedene Eigenschaften von Oberflächen mit hoher räumlicher Auflösung untersuchen und gleichzeitig spektroskopische Messungen durchführen. Das PEEM-System beispielsweise beleuchtet die Schicht mit ultraviolettem Licht und erzeugt dann ein Bild der emittierten Elektronen, das spektral gefiltert werden kann.