Herstellung und Charakterisierung der Uebergangsmetallchalkogenide MoS_2, MoSe_2, WS_2 und WSe_2 als Duennfilme fuer die Photovoltaik

The production and characterisation of thin films made from molybdenum sulphide, molybdenum selenide, tungsten sulphide and tungsten selenide are described. The electronic properties of the thin films were examined by Hall measurements and by thermal sensors. For the MoSe_2 films, the majority of the samples were n-conducting and p-conduction was only found for a few examples. All the other films (MoS_2, WS_2, WSe_2) were p-conducting. The electrical transport properties of the thin films are comparable to those of single crystals. With these thin films as absorber materials, it was possible for the first time to produce the polycrystalline solid n-ZnO/p-MoSe_2, n-ZnO/WSe_2, n-ZnO/WS_2- and n-ITO/WS_2 solar cells. In spite of not yet optimized diode geometry (lateral build-up), a maximum short circuit current of I_S_C = 18 mA/cm"2 was achieved for the MoSe_2 diode. (orig.)Beschrieben wird die Herstellung und Charakterisierung von Duennfilmen aus Molybdaendisulfid, Molybdaendiselenid, Wolframdisulfid und Wolframdiselenid. Der wichtigste Prozessparameter fuer die erfolgreiche Herstellung der Metallchalkogenidduennfilme mit dem Verfahren der sanften Sulfurisierung bzw. der sanften Selenisierung von Hochfrequenz-Magnetron gesputterten Metallfilmen in einer geschlossenen Ampulle war der Chalkogenid-Partialdruck, der ueber die Schwefel- oder Selentemperatur kontrolliert wurde. Die elektronischen Eigenschaften der Duennfilme wurde mit Hall-Messungen sowie mit der Thermoprobe untersucht. Bei den MoSe_2-Filmen war die Majoritaet der Proben n-leitend, und nur fuer einige wenige Exemplare wurde p-Leitung festgestellt. Alle uebrigen Filme (MoS_2, WS_2, WSe_2) waren p-leitend. Die elektrischen Transporteigenschaften der Duennfilme sind mit denen der Einkristalle vergleichbar. Erstmalig war es mit diesen Duennfilmen als Absorbermaterialien moeglich, polykristalline Festkoerper n-ZnO/p-MoSe_2-, n-ZnO/WSe_2-, n-ZnO/WS_2-und n-ITO/WS_2-Solarzellen herzustellen. Trotz der noch nicht optimierten Diodengeometrie (lateraler Aufbau), konnte bei der MoSe_2-Diode ein maximaler Kurzschlussstrom von I_S_C = 18 mA/cm"2 erreicht werden. (orig.)SIGLEDEGerman

Neue Supraleiter. T. A Duennfilme, Keramik, Messtechnik/Analytik. Schlussbericht

With 153 refs., 23 tabs., 173 figs.Available from TIB Hannover: F93B320+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman

Gesputterte Duennfilme aus Hochtemperatursupraleitern auf flexiblem Metallsubstrat fuer die Energietechnik Abschlussbericht

It is the object of this project to apply a superconducting thin film of YBCO onto a flexible metal substrate with the aid of the sputtering technique. First layers have been made with a planar, stoichiometrical YBCO-cathode arrangement on strontium titanate, a superconducting property above 90K could be proved. Resputtering effects which prevent reproducibility have been avoided by means of a specially developed, quick off-axis high-pressure sputtering method with a gas flow directed definedly onto the substrate. A stoichiometry which can be reproduced quite easily has been proved. For the purpose of attaining a good current carrying capacity, an orientation of the cristallites in the base plane is indispensable besides a correct stoichiometry and a c-axis orientation. The necessary bi-texture of the YBCO is to be enforced by a planar preferential direction, such as an anisotropic intermediate layer. Such directed metallic oxide-substrates (MgO, ZrO_2 or others) can be made by ion beam-supported high-vacuum sputtering, tandem-sputter-method with multiple ion sources, or a modified diode-sputter method. An investigation is made concerning the possibility of a method near to manufacturing practice according to the last mentioned principle, to manufacture bitextured magnesium oxide layers. The final high-TC superconductor deposition can only be optimized thereafter. (orig.)Ziel des Projektes ist es, einen supraleitenden Duennfilm aus YBCO unter Anwendung der Sputtertechnik auf ein flexibles Metallsubstrat aufzubringen. Erste Schichten wurden mit einer planaren, stoechiometrischen YBCO-Kathodenanordnung auf Strontiumtitanat hergestellt, Supraleitung oberhalb 90K konnte nachgewiesen werden. Resputtering-Effekte, die eine Reproduzierbarkeit verhindern, wurden durch ein eigens entwickeltes, schnelles Off-Axis-Hochdrucksputter-Verfahren mit definiert auf das Substrat gerichteter Gasstroemung vermieden. Mit EDX konnte eine gut reproduzierbare Stoechiometrie nachgewiesen werden. Um eine gute Stromtragfaehigkeit zu erreichen, ist ausser der richtigen Stoechiometrie und einer c-Achsenorientierung auch eine Ausrichtung der Kristallite in der Basalebene unabdingbar. Die zwingend erforderliche Bi-Textur des YBCO ist durch eine planare Vorzugsrichtung, etwa eine anisotrope Zwischenschicht, zu forcieren. Solche gerichteten Metalloxid-Vorschichten (MgO, ZrO_2, o.ae.) koennen entweder durch ionenstrahl-unterstuetzte Hochvakuumbedampfung, Tandem-Sputter-Verfahren mit Mehrfach-Ionenquellen oder einen abgewandelten Dioden-Sputterprozess hergestellt werden. Nach letztgenanntem Prinzip wird die Moeglichkeit einer fertigungsnahen Methode untersucht, bitexturierte Magnesiumoxid-Vorschichten herzustellen. Erst danach kann die endgueltige HTSL-Deposition optimiert werden. (orig.)Available from TIB Hannover: F94B0605+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

PLD von neuartigen dielektrischen und HTSL-Duennschichten fuer zukuenftige Anwendungen im Richt- und Mobilfunk Schlussbericht

Large-surface homogeneous and double-faced 3-inch and 71 x 75 mm"2 YBa_2Cu_3O_7_-_#delta# (YBOCO):Ag thin films were developed for Cryoelectra GmbH Wuppertal. Further, large-surface PLD-DyBaCuO films were produced as a ready alternative to YBCO. In cooperation with FZ Karlsruhe, the microwave properties of Ca-doped 3-inch YBCO thin films were investigated which have lower surface resistance (10 GHz) than YBCO films at 20 to 50 K. In the second project, the temperature dependence of the relative dielectricity constant #epsilon#_r of ferroelectric Ba_xSr_1_-_xTiO_3 thin film condensers was optimized by varying the Ba/Sr ratio. BaTiO_3 has the best homogeneity between -40 and +80 C. The tunability #DELTA#C/C of planar Pt/BTO/Pt condensers was over 60 percent at an electric field strength of 5V/#mu#m. Further, extensive experiments were made to reduce the losses (tan #delta# resp. quality Q) by doping the BatiO_3 films with Mg, Fe, Y, Ti, and by substituting Zr for Ti. Pt/BTO:Fe/Pt condensers had significantly higher qualities up to 200 as compared to 20-30 for the undoped reference sample. The results were made available to Marconi GmbH for the development of module concepts. (orig.)Im Projektteil 'HTSL-Bauelemente fuer zukuenftige Mobilfunkanwendungen' wurden grossflaechig homogene und beidseitige 3-Zoll und 71 x 75 mm"2 YBa_2Cu_3O_7_-_#delta# (YBCO): Ag-Duennfilme fuer die Cryoelectra GmbH Wuppertal entwickelt. Weiterhin wurden grossflaechige PLD-DyBaCuO-Filme als einsatzbereite Alternative zu YBCO dargestellt. In Kooperation mit dem FZ Karlsruhe wurden die Mikrowelleneigenschaften Ca-dotierter 3-Zoll-YBCO-Duennfilme untersucht, die bei 20 bis 50 K niedrigere Oberflaechenwiderstaende (10 GHz) als YBCO-Filme zeigen. Im Projektteil 'Abstimmbare ferroelektrische Bauelemente fuer Richtfunkanwendungen' wurde die Temperaturabhaengigkeit der relativen Dielektrizitaetskonstante #epsilon#_r ferroelektrischer Ba_xSr_1_-_xTiO_3-Duennfilm-Kondensatoren durch Variation des Ba/Sr-Verhaeltnisses optimiert, BaTiO_3 zeigt die beste Homogenitaet zwischen -40 bis +80 C. Die Abstimmbarkeit #DELTA#C/C von planaren Pt/BTO/Pt-Kondensatoren betraegt dabei ueber 60% bei 5V/#mu#m elektrischer Feldstaerke. Weiter wurden umfangreiche Versuche zur Senkung der Verluste (tan #delta# bzw. Guete Q) durch Dotierung der BaTiO_3-Filme mit Mg, Fe, Y, Ti, und Ti-Substitution durch Zr unternommen. Pt/BTO:Fe/Pt-Kondensatoren zeigten deutlich erhoehte Gueten bis zu 200 gegenueber 20-30 fuer die undotierte Referenzprobe. Diese Resultate stehen fuer die Umsetzung in Bauelementekonzepte der Marconi GmbH zur Verfuegung. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F04B212 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung und Forschung (BMBF), Bonn (Germany)DEGerman

Aktive Bauelemente fuer die Mikrowellentechnik auf der Basis von nichtlinearen Effekten in Hochtemperatursupraleitern Abschlussbericht

Work performed under the project was successful in developing the first, feasible magnetic method of controlling HT superconducting thin films not characterized by Josephson contacts. The magnetic control technique uses the dependence of a superconductor resistivity on an external magnetic field and a direct current passing through the superconducting material. The direct current is dimensioned so as to bring the thin film near a micro-bridge close to the transition from superconducting to normalconducting state, so that control down to even weak magnetic fields becomes feasible. (orig./CB)Im Rahmen der Arbeit ist es erstmalig gelungen, hochtemperatursupraleitende Duennfilme, welche nicht durch Josephson-Kontakte gekennzeichnet sind, magnetisch zu steuern. Die dabei verwendete magnetische Steuerung benutzt die Abhaengigkeit eines Supraleiterwiderstandes von einem externen magnetischen Feld und von einem durch den Supraleiter fliessenden Gleichstorm. Dieser Gleichstrom wird in seiner Groesse so gewaehlt, dass der supraleitende Duennfilm im Bereich einer Mikrobruecke nahe an den Uebergang zwischen dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand gebracht wird, und dadurch auch mittels kleiner Magnetfelder gesteuert werden kann. (orig./MM)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F97B2341+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman

Neuartiger Wasserstoff-Sensor auf der Basis schaltbarer physikalischer Eigenschaften H_2-sensitiver metallischer Duennfilme Schlussbericht

Available from TIB Hannover: F03B1590 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman

Elektroreflexion an CuInS2CuInS_{2}-Solarzellen im Hinblick auf die Optimierung der Prozessparameter bei der Absorber-Herstellung

Mit einem neuen sequentiellen Verfahren wurden CuInS2-Duennfilme fuer die Solarzellen-Anwendung hergestellt. Die Qualitaet dieser Schichten und damit der Solarzellenwirkungsgrad haengen von den Prozessparametern des sequentiellen Prozesses ab. Elektroreflexion wurde als Messverfahren zur Charakterisierung der fertigen Solarzellen eingesetzt. Dieses Verfahren ist geeignet um optische Eigenschaften, wie die Bandlueckenenergie, zu bestimmen und Fremdphasen in der Naehe des pn-Ueberganges sowie Defekte im Halbleiter nachzuweisen. In Elektroreflexionsmessungen an den hergestellten Duennfilmsolarzellen zeigte sich deutlich eine Abhaengigkeit des Schicht-wachstums von den Prozessparametern Kupfer-Indium-Verhaeltnis und Sulfurisierungstemperatur. Aus der Korrelation der Elektroreflexionsergebnisse mit Photolumineszenz-, Roentgenbeugungs- und Quantenausbeutemessungen wurde ein Modell zur Schichtbildung von CuInS2 abgeleitet. Solarzellen aus optimierten CuInS2-Schichten lieferten einen bestaetigten Wirkungsgrad von 12,5% bezogen auf die aktive Solarzellenflaeche. Dies ist der hoechste Wirkungsgrad, der fuer diesen Typ von Solarzelle bisher erreicht wurde.CuInS2 thin film solar cells were prepared by a new sequential process. The quality of these layers and the conversion efficiency of the solar cells depends on the process parameters of the sequential process. Electroreflectance measurements are used to characterize these solar cells. This method is suitable to measure optical properties like band gap energy and to detect secondary phases in the vicinity of the heterojunction and defects in the semiconductor. Electroreflectance measurements of the thin film solar cells shows clearly a dependence of film growth from the process parameters copper to indium ratio and sulfurization temperature. From the correlation of electroreflectance results with photoluminescence, X-ray-diffraction and external quantum efficiency measurements a model of film growth was derived. Solar cells made from optimized CuInS2 films reach an active area efficiency of 12,5%. This is the best efficiency reported so far for this type of solar cell.SIGLEAvailable from: http://www.iwi-iuk.org/dienste/TheO/ / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman

Elektroreflexion an CuInS_2-Solarzellen im Hinblick auf die Optimierung der Prozessparameter bei der Absorber-Herstellung

Mit einem neuen sequentiellen Verfahren wurden CuInS_2-Duennfilme fuer die Solarzellen-Anwendung hergestellt. Die Qualitaet dieser Schichten und damit der Solarzellenwirkungsgrad haengen von den Prozessparametern des sequentiellen Prozesses ab. Elektroreflexion wurde als Messverfahren zur Charakterisierung der fertigen Solarzellen eingesetzt. Dieses Verfahren ist geeignet um optische Eigenschaften, wie die Bandlueckenenergie, zu bestimmen und Fremdphasen in der Naehe des pn-Ueberganges sowie Defekte im Halbleiter nachzuweisen. In Elektroreflexionsmessungen an den hergestellten Duennfilmsolarzellen zeigte sich deutlich eine Abhaengigkeit des Schichtwachstums von den Prozessparametern Kupfer-Indium-Verhaeltnis und Sulfurisierungstemperatur. Aus der Korrelation der Elektroreflexionsergebnisse mit Photolumineszenz-, Roentgenbeugungs- und Quantenausbeutemessungen wurde ein Modell zur Schichtbildung von CuInS_2 abgeleitet. Solarzellen aus optimierten CuInS_2-Schichten lieferten einen bestaetigten Wirkungsgrad von 12,5% bezogen auf die aktive Solarzellenflaeche. Dies ist der hoechste Wirkungsgrad, der fuer diesen Typ von Solarzelle bisher erreicht wurde. (orig.)CuInS_2 thin film solar cells were prepared by a new sequential process. The quality of these layers and the conversion efficiency of the solar cells depends on the process parameters of the sequential process. Electroreflectance measurements are used to characterize these solar cells. This method is suitable to measure optical properties like band gap energy and to detect secondary phases in the vicinity of the heterojunction and defects in the semiconductor. Electroreflectance measurements of the thin film solar cells shows clearly a dependence of film growth from the process parameters copper to indium ratio and sulfurization temperature. From the correlation of electroreflectance results with photoluminescence, X-ray-diffraction and external quantum efficiency measurements a model of film growth was derived. Solar cells made from optimized CuInS_2 films reach an active area efficiency of 12,5%. This is the best efficiency reported so far for this type of solar cell. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: ZA 4746(578) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman

Foerderung innovativer Forschung: Innovationskolleg 24 'Phaenomene an den Miniaturisierungsgrenzen'. Teilprojekt C: Elektronische Struktur und mechanische Eigenschaften von kovalenten #beta#-C_3N_4-Schichten Abschlussbericht

Superhard surface coatings improve the life and reduce wear of commercial products. Problems are encountered with the common materials, i.e. diamond and cubic boronitride, in terms of adhesion, high deposition temperatures, and carbide formation when treating ferrous materials. Carbon nitride and related compounds have near-diamond hardness and are considered as promising candidate materials, as the publications of Liu (1989) and Cohen (1985) have shown. Theoretical analyses and preliminary experiments have shown that doping of CN_x coatings with silicon or boron will result in promising hard ternary structures CSi_xN_y resp. CB_xN_y. Published analyses of deposited thin films tend to be limited to a few parameters only and to just one of the three systems, and there are hardly any published investigations of the interdependences between microstructural and macroscopic parameters of CN_x, CSi_xN_y, and CB_xNy. These investigations were carried out in this investigation for all three classes of substances and in comparable experimental conditions in order to obtain a better understanding of the complex properties of these hard layers. The investigations focused on the influence of the CN_x microstructure (sp"2 and sp"3 bonds) and of silicon and boron doping on the resulting macroscopic hardness.Die Beschichtung von Festkoerperoberflaechen mit Superhartstoff-Materialien kann eine deutliche Gebrauchswerterhoehung von kommerziellen Produkten unter technischen, oekonomischen und oekologischen Gesichtspunkten erzielen. Konkrete Anwendungsbeispiele dafuer sind die Erhoehung der Nutzungsdauer von Schleif-, Bohr- und Trennwerkzeugen oder die Verminderung der Materialabnutzung bei gleitenden und rotierenden Maschinenteilen wie Kolben und Lagern. Haftungsprobleme, hohe Abscheidetemperaturen und die Bildung von Karbiden bei der Behandlung eisenhaltiger Werkstoffe schraenken die Anwendung der derzeit gebraeuchlichen Superhartstoffe Diamant und kubisches Bornitrid ein. Kohlenstoffnitrid und die damit verwandten Verbindungen gehoeren zu den aussichtsreichsten Materialien, die ebenfalls diamantaehnliche Haerten erzielen koennten. Dies geht aus quantenmechanischen Rechnungen von Liu (1989) und Cohen (1985) hervor, welche Anhaltspunkte fuer ein gleiches oder sogar hoeheres Kompressionsmodul des hypothetisch vorhergesagten metastabilen Festkoerpers #beta#-C_3-N_4 im Vergleich zu Diamant liefern. Theoretische Betrachtungen und erste experimentelle Untersuchungen lassen vermuten, dass sich durch Silicium-oder Bordotierung der CN_x-Schichten aussichtsreiche harte ternaere Strukturen CSi_xN_y bzw. CB_xN_y bilden koennten. Die in der Literatur gemachten Analysen der deponierten Duennfilme beschraenken sich oft auf einige wenige Parameter und eines der drei Stoffsysteme. Gleichzeitige systematische Untersuchungen der Zusammenhaenge zwischen mikrostrukturellen und makroskopischen Parametern von CN_x, CSi_xN_y und CB_xN_y fehlen bislang weitgehend. Derartige Untersuchungen unter vergleichbaren experimentellen Bedingungen fuer diese drei Substanzklassen werden im Rahmen dieser Arbeit mit dem Ziel durchgefuehrt, grundlegende Informationen ueber die komplexen Eigenschaften dieser Hartstoffschichten zu erhalten und zu einem tieferen Verstaendnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen dieser Hartstoffsysteme beizutragen. Im Vordergrund stehen die Einfluesse der CN_x-Mikrostruktur (Anteile der sp"2- und sp"3-Bindungen) und der Silizium- bzw. Bordotierung auf die resultierenden makroskopischen Haerte-Eigenschaften. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F02B314 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSaechsisches Staatsministerium fuer Wissenschaft und Kunst, Dresden (Germany)DEGerman