TIPS Terahertz Probing of Photovoltaic Substrates

Projektverlauf

Die Terahertz-Strahlung (THz) eröffnet in drei Bereichen neue Charakterisierungsansätze für Photovoltaiksubstrate:

(i) THz-Spektroskopie: die Gitterschwingungen der meisten Halbleitermaterialien liegen im THz-Frequenzbereich

(ii) THz-Tomographie: die meisten Photovoltaikmaterialien (außer Metallen) sind im THz transparent

(iii) THz-Emissions-mikroskopie: bildgebende Messungen mit Auflösungen unter dem Beugungslimit von THz.

Die etablierten Mess- und Charakterisierungsmethoden umfassen elektrische, optische, spektroskopische, tomographische und thermografische Ansätze. Oft werden auch Kombinationen wie z. B. Elektrolumineszenz zusammen mit Thermografie eingesetzt, um zusätzliche Aussagekraft zu erhalten. Trotzdem gibt es nach wie vor eine Reihe von Fragestellungen, die mit den vorhandenen Ansätzen nicht oder nur unzureichend beantwortet werden können. Für einige dieser Fragestellungen kann der erst seit einigen Jahren messtechnisch effizient zugängliche Terahertz-Frequenzbereich (THz) neue Mess- und Charakterisierungsmöglichkeiten eröffnen:

 Überprüfung des Schichtaufbaus und der Schichtdicken mittels THz-Tomographie

 Zerstörungsfreie Materialanalyse und –charakterisierung über THz-Spektroskopie

 Bildgebende Messungen unter dem Beugungslimit mittels THz-Emissionsmikroskopie

 Verbessertes Defect-Engineering mittels THz-Tomographie und THz-Spektroskopie

 Funktionsprüfung anhand der THz-Emission von Photovoltaik-Zellen oder -Modulen

Ergebnisse

Nach theoretischen Betrachtungen welche Materialien bzw. THz-Frequenzbereiche von besonderem Interesse für die Photovoltaik sind, wird ein THz-Versuchsaufbau für THz-Tomographie und THz-Spektroskopie realisiert. Über experimentelle Messungen mit diesem Versuchsaufbau werden die Möglichkeiten von THz-Strahlung für Photovoltaikmaterialien untersucht. Parallel wird mit einem THz-Emissionsmikroskopie-Ansatz untersucht, wie weit die Auflösung unter das Beugungslimit (einige 10 Mikrometer bis wenige Millimeter für THz) gedrückt werden kann. Das Projektergebnis ist eine Einschätzung der Potenziale von THz-Spektroskopie, THz-Tomographie und THz-Emissionsmikroskopie für Photovoltaik. Diese Ergebnisse werden zusammen mit den detaillierten Messergebnisse in internationalen Journalen veröffentlicht und auf nationalen und internationalen Konferenzen vorgestellt.