Studienabschlussarbeiten

In dieser Arbeit werden die Untersuchungen an multikristallinen Siliziumsolarzellen, die mit den ortsauflösenden Charakterisierungsmethoden PL (Photolumineszenz), SPV (Messungen der Oberflächenphotospannung) und LBIC (Messungen lichtinduzierter lokaler Ströme) durchgeführt wurden, vorgestellt. Mit dem erhaltenen umfassenden Datensatz werden zum einen mögliche Korrelationen zwischen den drei verwendeten Messmethoden an einer ausgewählten Zelle analysiert. Zum anderen erfolgt der Vergleich der Ergebnisse zweier verschiedener Methoden, die beide die Diffusionslänge messen, an allen Zellen. Die Ergebnisse werden abschließend hinsichtlich der zugrunde liegenden physikalischen Prinzipien sowie der spezifischen Materialeigenschaften interpretiert, um ein besseres Verständnis der jeweils von den verschiedenen Messmethoden erhaltenen Daten zu erlangen. Dabei stellte sich heraus, dass die Vergleichbarkeit der Methoden stark von der Probenqualität abhängt. Hierbei zeigten besonders die mittels PL erhaltenen Daten im Vergleich mit den Messwerten der anderen beiden Methoden (Diffusionslänge, Quanteneffizienz und Eisengehalt) eine hohe lineare Korrelation.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde der Einfluss des Ausheizprozesses von Barrierefolien auf die Degradation der damit verkapselten OLEDs untersucht. Hierfür wurden die Prozessparameter Ausheizzeit und Ausheiztemperatur variiert. Während eines Lagerungsversuchs bei 50˚C und 80% relativer Luftfeuchte im Klimaschrank wurde die Abnahme der Leuchtäche der OLEDs beobachtet. Durch die Beobachtung der Dark-Spot-Degradation über die Zeit konnte die Auswirkung des Ausheizprozesses auf die Barrierewirkung und die Durchbruchszeit der Verkapselungsfolie bestimmt werden. Dabei erwies sich die Randdegradation als die dominante Degradationserscheinung. Für die Verkapselung von OLEDs stellte sich unter den untersuchten Parametern eine Temperatur von 120˚C sowie eine Zeit von acht Stunden für das Ausheizen von Barrierefolien mit dem genutzten Prozess als optimal heraus.

InN ist aufgrund seiner schmalen Bandlücke und hohen Elektronenmobilität ein vielversprechendes Halbleitermaterial. Es ist somit sein Einsatz für optische Anwendungen, Hochgeschwindigkeitsbauelemente und für Sensoren denkbar. Aufgrund seiner hohen Biokompatibilität wäre auch ein Einsatz als Biosensor möglich. Da Kalium eines der am häufigsten vorkommenden Stoffe in lebenden Zellen ist, ist es wichtig, im Hinblick auf eine Anwendung in der Biosensorik, die Wechselwirkung von InN-Oberflächen mit Kalium zu verstehen. Eine Herausforderung in der Entwicklung von Sensorapplikationen ist das Kontrollieren der ungewöhnlich hohen n-Dotierung des Materials und seiner hohen Oberflächenelektronenkonzentration. In diesem Zusammenhang scheint die Manipulation der Oberflächenelektronendichte durch Adsorbate vielversprechend. In dieser Arbeit wurden die Wechselwirkungen von Kalium und Wasser mit InN(0001)-(2x2)-Oberflächen untersucht. Die InN-Filme wurden dabei mittels PAMBE (plasma-assisted molecular beam epitaxy) auf GaN/Saphir-Substraten gewachsen. Gemäß der gewählten Wachstumsparameter wurde dabei eine 2x2-Oberflächenrekonstruktion erzielt. Unmittelbar nach dem Wachstum wurden die Proben in-situ mittels Photoelektronenspektroskopie (PES; Ultraviolett-PES und Röntgen-PES) charakterisiert ohne dabei die Vakuumbedingungen (Ultrahochvakuum) zu unterbrechen. Das Kalium wurde mit einem Alkaliverdampfer angeboten während gleichzeitig mit PES gemessen wurde. Das Angebot von hochreinem, bidestilliertem Wasser wurde über einen Gaseinlass in der Analytikkammer realisiert, ebenfalls während PES-Untersuchungen. Die Kaliumadsorption führt zu einer starken Reduzierung der Austrittsarbeit des InN, was auf die Entstehung eines positiven, kaliuminduzierten Oberflächendipols hinweist, welcher als Elektronendonator agiert. Weiterhin kann eine Verschiebung der Kernniveaus und des Valenzbandmaximums um 0,2eV zu niedrigeren Bindungsenergien beobachtet werden. Diese Verschiebung ist verbunden mit einer Reduzierung der Abwärtsbandverbiegung und folglich einer Verringerung der Oberflächenelektronendichte. Dies ist im Widerspruch mit der Annahme, dass das Kalium als Elektronendonator wirkt. Des Weiteren lassen sich neue, kaliuminduzierte Zustände in den PES-Spektren ausmachen bei 1,2eV, 0,6eV sowie ein neuer Stickstoffkernzustand bei 298,2eV. InN-Zustände im Valenzband spalten sich auf und bilden dort neue, zusätzliche Zustände. Weiterhin kann beobachtet werden, dass die durch die 2x2-Oberflächenrekonstruktion entstandenen Oberflächenzustände im Bereich der Fermikante aufgrund des Kaliumsangebots verschwinden. Bietet man anschließend den kaliumbedeckten InN-Proben Wasser an, so verschieben sich die Kernniveaus und das Valenzbandmaximun um 0,2eV zurück zu höheren Bindungsenergien, was eine Wiederverstärkung der Abwärtsbandverbiegung und eine Anreichung der Akkumulationsschicht bedeutet. Des Weiteren verschwinden sowohl die im vorhergehenden Versuch beobachteten kaliuminduzierten Zustände als auch die Aufspaltung von Valenzbandzuständen. Weiterhin kann die Entstehung zwei neuer Zustände bei 9,8eV und 5,5eV, welche auf Hydroxide zurückzuführen sind, beobachtet werden. Werden frisch abgeschiedenen InN-Proben gleichzeitig Kalium und Wasser angeboten, so hängen die Veränderungen der Materialeigenschaften davon ab, welches der angebotenen Adsorbate überwiegt. Dominiert Kalium, so verschieben sich die Kernniveaus und das Valenzbandmaximum um 0,1eV zu niedrigen Bindungsenergien, überwiegt Wasser, um 0,1eV zu höheren. Im Fall einer Kaliumdominanz lässt sich auch wieder ein neuer Stickstoffkernzustand bei 398,0eV ausmachen. In beiden Fällen lässt sich weiterhin die Entstehung von Hydroxidzuständen bei 9,8 und 5,7eV und ein Verschwinden der Oberflächenzustände im Bereich der Fermikante beobachten.

To utilize graphene in industrial applications it is inevitable to transfer the graphene to suitable substrates. The research presented in this work is adapted to this subject and introduces an indirect transfer of Chemical Vapor Deposition grown graphene via cold pressing. The investigations are based on a substantial literature review about graphene growth as well as graphene transfer. During the elaboration of this transfer it turned out that a sacrificing rubber-like material supports a uniform distribution of the pressure and thus increases the quality of the transferred graphene. Moreover the investigations of the benefit and impact of a surface activation through oxygen plasma treatment revealed interesting findings. The developed transfer was used to deposit graphene on PET and SiO2. To characterize the samples SEM, Raman, Optical transmittance as well as Electrical characterizations were used. Three layers of graphene on top of PET showed a sheet resistance as low as 450Ohmsq 1 with a corresponding transmission of T=82.7% (with an incident wavelength of = 549 nm). Although the results in this work are already applicable for transparent electrodes, further improvements are necessary in order to surpass and replace ITO (Indium tin oxide) in the optoelectronic industry.

Selbstorganisierte Monolagen aus Octadecyltrichlorsilan sind auf strukturierte sowie auf glatte oxidierte Siliziumoberflächen aufgebracht worden. Die topographischen Eigenschaften der glatten und strukturierten Siliziumoberflächen sind mit Rasterkraftmikroskopie untersucht worden. Aus den Ergebnissen konnten die Rauheitskennwerte der Oberflächen sowie die Anzahl der Rauheitsspitzen pro Fläche ermittelt werden. Die selbstorganisierten Monolagen wurden mithilfe von Kontaktwinkelmessungen, Röntgenphotoelektronenspektroskopie sowie Ellipsometrie charakterisiert. Die Ergebnisse waren mit Literaturwerten vergleichbar und bestätigten die Formation von dichtgepackten hydrophoben Monolagen. Tribologische Untersuchungen wurden mit einem Mikrotribometer durchgeführt, indem eine Siliziumkugel (Ø = 2,0 mm) mit Normalkräften bis etwa 500 [mikro]N gegen die verschiedenen beschichteten und unbeschichteten Oberflächen gerieben wurde. Das Aufbringen der selbstorganisierten Monolagen auf die strukturierten Siliziumoberflächen ließ die Reibwerte der Oberflächen ansteigen. Die tribologischen Ergebnisse lassen ein schrittweises Verschleißen der Monolagen, abhängig von den wirkenden Kontaktdrücken an den Rauheitsspitzen der Oberflächen, vermuten.