Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1281
Main Title: Properties of the CuGaSe2 and CuInSe2 (001) Surface
Translated Title: Eigenschaften der CuGaSe2 und CuInSe2 (001) Oberfläche
Author(s): Deniozou, Thalia
Advisor(s): Esser, Norbert
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: In der vorliegenden Arbeit wird die (001) Oberfläche von CuGaSe2 und CuInSe2 in Abhängigkeit von Präparation und Stöchiometrie untersucht. Die Kenntnis der atomaren Struktur sowie anderer Oberflächeneigenschaften ist wichtig in Hinsicht auf die Optimierung von neuartigen Dünnschichtsolarzellen. Zur Charakterisierung der Schichten wurden hauptsächlich Augerelektronenspektroskopie, niederenergetische Elektronenbeugung und Photoelektronenspektroskopie durchgeführt. Die Entwicklung eines geeigneten Verfahrens mit Ar+ Sputtern und Annealen kombiniert mit Decappen ermöglichte die Präparation von sauberen und gut geordneten Oberflächen. In Abhängigkeit von der Präparation und der Zusammensetzung der Schichten wurden unterschiedliche Oberflächenstrukturen beobachtet. Nach der Präparation mit Sputtern und Annealen wurde zum ersten Mal eine (4x1) Rekonstruktion auf CuGaSe2-Schichten, die mit moderatem Cu-Überschuss gewachsen wurden, beobachtet. Entsprechend konnte zum ersten Mal auf CuInSe2-Oberflächen von Cu-armen Schichten eine (4x2) Rekonstruktion nachgewiesen werden. Auf Cu-ärmere Schichten wurde auch eine Rekonstruktion beobachtet, allerdings konnten (112) Facetten/Stufen nicht vollständig entfernt werden. Cu-reichere Schichten waren facettenfrei, allerdings war die beobachtete Rekonstruktion auch schwächer. Infolgedessen wurde gezeigt, dass im Gegensatz zu den bisherigen Erwartungen, an Hand dessen nur die (112) Fläche stabil ist, auch die (001) unter bestimmten Bedingungen stabil ist. Das Auftreten der Facetten oder Stufen geht einher mit dem Vorhandensein von CuIn3Se5 bzw CuGa3Se5 Phasen. Diese Information ist bedeutend auch für das Verständnis der Korngrenzen im polykristallinem CuGaSe2 und CuInSe2. Verschiebungen der Bindungsenergien wurden zum ersten Mal auf allen Se3d, In4d, Ga3d, Cu3d Rumpfniveaus der rekonstruierten Oberflächen gefunden. Durch den Vergleich mit Ergebnissen aus der Literatur für die ähnliche ZnSe (100) Oberfläche wurde ein Modell für die (4x2) Rekonstruktion vorgeschlagen. Die Oberflächenkomponenten in der Se3d, In4d und Cu3d Emission wurde Se Dimeren bzw In und Cu Adatomen zugeordnet. Die x1 Periodizität bei der (4x1) Rekonstruktion von CuGaSe2 wird als Ga/Cu Unordnung in den Adatom Ketten erklärt.
The main task of this work was to investigate the (001) CuGaSe2 andCuInSe2 surface in dependence of preparation and stoichiometry. The knowledge of the atomic structure as well as other surface properties is important in respect to optimization of novel thin film solar cells. For the characterization of the layers mainly Auger electron Spectroscopy, low-energy electron diffraction and photoelectron spectroscopy were implemented. The development of an appropriate procedure with Ar+ sputtering and annealing combined with decapping enabled the preparation of clean and well-ordered surfaces. Different surface structures were observed in dependence of the layer preparation and composition. A (4x1) reconstruction was observed for the first time on CuGaSe2 layers grown with a moderate Cu-excess after preparation by sputtering and annealing. Similarly a (4x2) reconstruction was detected on CuInSe2 surfaces of Cu-poor layers. A reconstruction could be also observed on Cu-poorer layers, however the facets/steps could not be completely removed. Cu-richer layers were facet-free, however the observed reconstruction was also weaker. Thus it was shown that in contrary to recent expectations, according to which only the (112) surface is stable, also the (001) can be stable under particular conditions. The appearance of facets or steps is correlated with the presence of CuIn3Se5 or CuGa3Se5 phases. This information is furthermore important for the understanding of grain boundaries in polycrystalline CuGaSe2 and CuInSe2. Binding energy shifts were observed for the first time on all Se3d, In4d, Ga3d, Cu3d core levels of the reconstructed surfaces. By comparison with results from the literature from the similar ZnSe (100) surface a modell for the (4x2) reconstruction was proposed. The surface components in the Se3d, In4d and Cu3d emission were attributed to Se dimers or In and Cu adatoms respectively. The x1 periodicity of the (4x1) reconstruction of CuGaSe2 is interpreted as a Ca/Cu disorder in the adatom chains.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-11961
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1578
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1281
Exam Date: 2-Nov-2005
Issue Date: 18-Jan-2006
Date Available: 18-Jan-2006
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): Chalkopyrite
Oberflächenstruktur
Photoelektronenspektroskopie
Rekonstruktion
Chalcopyrites
Photoelectron spectroscopy
Reconstruction
Surface structure
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