Metallsulfid-unterstützte Kristallisation von stark (001)-texturierten Wolframdisulfidschichten
Stephan Brunken, Technische Universität Berlin, Technische Universität Berlin, Christian Thomsen
2010
Der Schichtgitterhalbleiter Wolframdisulfid (WS$_\textrm{2}$) ist ein vielversprechender Kandidat als Absorberschicht in Dünnschichtsolarzellen. Es hat eine direkte Bandlücke von 1.8~eV und einen hohen Absorptionskoeffizienten von 10$^{\rm{5}}$~cm$^{\rm{-1}}$. Die van-der-Waals-Oberfläche eines Schichtgitters zeichnet sich durch eine geringe Konzentration an Oberflächenzuständen aus. Daher ist es vorteilhaft, Wolframdisulfid-Schichten mit den van-der-Waals-Ebenen parallel zur Substratoberflache
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... zu wachsen ((001)-Textur), um elektronisch hochwertige pn-Heteroübergänge zu realisieren.\\ In dieser Arbeit wurden für die Präparation von polykristallinen Wolframdisulfid-Schichten, die metallsulfid-unterstützte Kristallisation aus amorphen WS$_\textrm{x}$-Schichten und die metallsulfid-unterstützte Sulfidation von Wolframschichten eingesetzt. Als Promotor der Kristallisation dient dabei Metallsulfid (Metall = Ni, Co, Pd). Mit Metallsulfid-Unterstützung kristallisieren die WS$_\textrm{2}$-Schichten in einer starken (001)-Textur mit lateral großen Kristalliten (bis 10~$\upmu$m).\\ Die Sulfidations- und Kristallisationsprozesse wurde in-situ mittels energiedispersiver R"ontgenbeugung im HASYLAB am DESY in Hamburg verfolgt. Weitere Untersuchungsmethoden waren winkeldispersive Röntgenbeugung, Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie sowie elektrische Hall-Messungen. Die Temperatur muss für die Kristallisation zu stark (001)-texturierten Schichten die eutektische Temperatur des Metall-Schwefel-Phasensystems überschreiten. Bei Temperaturen knapp unterhalb dieser Temperatur entstehen Schichten, die ebenfalls kristallisiert sind, aber um mehrere Größenordnungen höhere Leitfähigkeiten aufweisen und in temperaturabhängigen Leitfähigkeitsmessungen metallisches Verhalten zeigen. \\ Optische und elektrische Untersuchungen von durch Kristallisation aus den amorphen WS$_\textrm{x}$-Schichten hergestellten Schichten ergeben thermisch aktivierte Ladungsträgerbeweglichkeiten und Absorptionsspektren, die denen von Wolframdisulfid-Ein [...]
doi:10.14279/depositonce-2407
fatcat:fgos5i7tg5dzzhytmzfbnxq5ke