DE19831214C2 - Verfahren und Anordnung zur Herstellung dünner Metallchalkogenid-Schichten - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Herstellung dünner Metallchalkogenid-Schichten

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung dünner Metallchalkogenid-Schichten beispielsweise für den Einsatz als Absorber- bzw. Pufferschichten in Solarzellen.
Zur Herstellung von Metallchalkogenidschichten in einem einzigen Verfah­ rensdurchlauf mit einem zweistufigen Reaktionsablauf sind aus den Aufsätzen "Thin-film copper indium diselenide prepared bei selenization of copper indium oxide formed by spray pyrolysis" (M. E. Beck et al., Thin Solid Films 272 (1996) 71-82) und "Preparation and Optical Properties of CdS- Microcrystallites Deposited in Porous Vycor Glass" (I. Tanahashi et al., Journ. of Ceramic Society of Japan 101 [8] 850-854 (1993) sowie aus der deutschen Patentanmeldung DE 30 15 060 A1 sogenannte "Pyrolyse­ verfahren" mit einem hohen Energieeinsatz bei Pyrolysetemperaturen um 450°C bekannt. Bei den in den Veröffentlichungen und beschriebenen Verfahren wird im ersten Reaktionsschritt eine Metallsalzlösung auf ein heißes Substrat aufgesprüht, um eine Metalloxidschicht herzustellen (Pyrolyse = thermische Zersetzung). Dieses wird dann in einem zweiten Reaktionsschritt wiederum thermisch mit einem Chalkogen oder Chalkogenwasserstoff in ein anderes Metallchalkogenid umgewandelt. Das Ausgangsprodukt (Metalloxid) für die Umsetzung zum Endprodukt (Metallchalkogenid) wird also in einem vorgeschalteten Reaktionsschritt erzeugt, der die geregelte Zufuhr von thermischer Energie in hohem Umfang erfordert. In dem Verfahren gemäß Aufsatz wird darüber hinaus toxisches elementares Selen als chalkogenem Reaktionspartner eingesetzt. Bei dem aus dem Aufsatz bekannten Verfahren wird poröses Glas in eine Kupfernitratlösung eingetaucht. Danach erfolgt wiederum eine thermische Reaktion (Pyrolyse bei 400°C), bei der Kadmiumoxid erzeugt wird. Dies wird nachfolgend in einem weiteren Heizprozess bei Temperaturen bis 300°C unter Zugabe von Schwefelwasserstoffgas zu Sulfid thermisch umgesetzt.
Aus dem Aufsatz "Formation of nanoclusters during the interaction of H2S with cadmium, zinc and copper behenates" von F. N. Dultsev et al., Thin Solid Films 288 (1996) 103-107 ist die Erzeugung von dünnen Filmen mit der "Langmuir-Blodgett-Technik" bekannt, die wiederum in zwei Reaktionsstufen abläuft und nicht zyklisch durchgeführt wird. Zunächst wird in leichtem Hexan gelöste Behensäure (amphiphile Moleküle mit polaren und unpolaren Gruppen) auf eine wässrige Lösung eines polaren und daher gut wasser­ löslichen Metallsalzes aufgetropft. Es bildet sich ein polarer Oberflächenfilm aus Metallbehenatmolekülen, der mit Schwefelwasserstoff zu Metallsulfid chemisch umgesetzt wird und mittels eines Substrats von unten von der Wasseroberfläche abgehoben wird. Bei diesem Verfahren ist man an oberflächenaktive, unpolare Salze organischer Säuren - wie das Behenat - zwingend gebunden. In den Schichten auftretende unpolare Reste im Film können aber für viele Anwendungen, z. B. in solchen, in denen eine elektrische Stromleitung erfolgt (Solarzellen), extrem stören. Weiterhin kommt das zu beschichtende Substrat zwingend mit Wasser in Berührung, was zu einer Schädigung des Substrats führen kann. Die Zuführung eines weiteren Reagenz in Form der Behensäure verursacht zusätzliche Materialkosten und bedeutet einen zusätzlichen Prozessschritt. Mit der Langmuir-Blodgett- Technik können nur ganz dünne Filme im Bereich von einigen Moleküllagen erzeugt werden. Dabei handelt es sich um ein sehr diffiziles Verfahren, das sich nur schwierig in die industrielle Großproduktion übertragen lässt. Außerdem ist eine porentiefe Beschichtung nicht möglich.
Weiterhin wird zur Erzeugung von Schichten aus schwer löslichen Metallchalkogeniden bisher häufig das Verfahren der chemischen Badabscheidung (chemical bath deposition, CBD) eingesetzt. Hiervon sind zwei unterschiedliche Varianten bekannt.
Im sogenannten SILAR-Verfahren (Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction) wird ein Substrat nacheinander in Lösungen eines Metallsalzes und eines gut löslichen Chalkogenids getaucht. Zweckmäßigerweise erfolgt nach jedem Bad eine Spülung des Substrats. Die an der Oberfläche des Substrats im ersten Bad adsorbierten Metallionen reagieren mit den Chalkogenidionen im 2. Bad zu einem schwer löslichen Metallchalkogenid. Dieser Behandlungszyklus wird bis zum Erreichen der gewünschten Schichtdicke wiederholt (vgl. M. P. Valkonen, T. Kanniainen, S. Lindros, M. Leskelä, E. Rauhala; Applied Surface Science, 115 (1997) S. 386-392). Nachteilig ist bei diesem Verfahren die mangelnde Gleichmäßigkeit (Homogenität) der Metallchalkogenid-Schicht. Insbesondere bei Substraten mit porösen Oberflächen zeigt sich eine ausgeprägte Krustenbildung der aufgebrachten Schicht.
Beim Chalkogeno-Harnstoffverfahren wird in einem Bad eines gelösten Metallsalzes bzw. Metallkomplexes Chalkogeno-Harnstoff thermisch zersetzt. Dabei werden Chalkogenidionen freigesetzt, die mit dem an der Oberfläche des eingetauchten Substrats adsorbierten Metallionen reagieren unter Bildung eines schwer löslichen Metallchalkogenids (s. T. M. Friedelmeier, D. Braunger, D. Hariskos, M. Kaiser, H. M. Wanka, H. W. Schock; Proceedings 25th PVSC, May 13.-17, 1996, Washington D. C., USA, S. 845-848). Nachteilig ist hierbei, dass sich der Prozess der Metallchalkogenidbildung nicht nur auf der Substratoberfläche sondern in der gesamten Lösung vollzieht. Diese ist daher schon nach einem Durchlauf nicht mehr verwendbar, obwohl für die Beschichtung des Substrats nur ein sehr geringer Teil der Lösung genutzt worden ist. Weiterhin fordert das Verfahren eine sehr genaue Temperaturführung, und die Qualität der Beschichtung ist sehr stark von der Qualität des eingesetzten Chalkogeno-Harnstoffes abhängig. So können z. B. unterschiedliche Chargen von Chalkogeno-Harnstoff des gleichen Herstellers durchaus zu Schichten sehr unterschiedlicher Qualität führen. Die Ursachen für diese Qualitätsschwankungen konnten bisher noch nicht geklärt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben zur einfachen Herstellung homogener Metall­ chalkogenid-Schichten in gleichbleibender Qualität unter Beachtung ökonomischer und ökologischer Gesichtspunkte.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Angabe eines Verfahrens mit nachstehend aufgeführten Verfahrensschritten mit einem in Abhängigkeit von der unterschiedlichem Reaktionsfähigkeit der jeweils für die Chalkogenidbildung eingesetzten Metallverbindungen unterschiedlich festgelegten Temperaturregime typischerweise im Bereich der Raumtemperatur gelöst:
  • 1. Aufbringen einer Lösung einer Metallverbindung auf ein Substrat zur Adsorption von Metallionen ohne Eintritt einer chemischen Reaktion,
  • 2. Feuchtigkeitsentzug aus dem Substrat mit den an dessen Oberfläche adsorbierten Metallionen,
  • 3. Einleitung eines chalkogenwasserstoffhaltigen Gases zur Reaktion mit den adsorbierten Metallionen,
wobei die Verfahrensschritte bis zum Erreichen einer gewünschten Schichtdicke zyklisch wiederholt werden.
Das Aufbringen der Lösung der Metallverbindung auf das Substrat kann in vorteilhafter Weise durch Aufsprühen oder auch durch Tauchen des Substrats in die Lösung erfolgen.
Als Substrat können beispielsweise TiO2, CuInS2, CuGaSe2, Chalkopyrite allgemein oder Glas eingesetzt werden.
Als Lösung einer Metallverbindung werden gelöste Verbindungen von Metallen wie Cd, Cu, In, Pb, Ag, Sb oder Bi einzeln oder Mischungen davon eingesetzt, die in Reaktion mit Chalkogenwasserstoffen schwer lösliche Metallchalkogenide bilden.
Die Metallverbindungen werden im Regelfalle in einem leicht flüchtigen Lösungsmittel, wie Methanol, Ethanol, Acetonitril oder Mischungen davon gelöst. Bei einigen Metallverbindungen, wie z. B. solchen, die Indium enthalten, kann auch Wasser als Lösungsmittel eingesetzt werden. Die Verwendung von Wasser als Lösungsmittel ist besonders dann angebracht, wenn ein Substrat mit einer definierten Restfeuchte für die Chalkogenisierung der adsorbierten Metallionen eingesetzt werden soll.
Entsprechend der unterschiedlichen Reaktionsfähigkeit der jeweils für die Chalkogenidbildung eingesetzten Metalle wird das Temperaturregime für den Verfahrensablauf unterschiedlich festgelegt. Die optimale Verfahrenstemperatur kann daher auch oberhalb oder unterhalb der üblichen Raumtemperatur liegen.
Für den Feuchtigkeitsentzug kann eine nachgeschaltete Trocknung in einem Gasstrom aus Inertgasen wie z. B. Edelgasen oder molekularem Stickstoff eingesetzt werden.
Der Feuchtigkeitsentzug kann auch durch Verdunstung des Lösungsmittels bis zu einer definierten Restfeuchte des Substrats erfolgen. Dabei kann die Verdunstung auch bei einer Zwischenlagerung des mit Metallionen bedeckten Substrats bzw. beim Transport des Substrats erfolgen.
Das Reaktionsgas für die Reaktion mit den adsorbierten Metallionen enthält die Wasserstoffverbindungen der Chalkogene S, Se oder Te. Nachfolgend kann zweckmäßigerweise eine Spülung für das beschichtete Substrat in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Methanol, zur Entfernung überschüssiger Reaktionsprodukte und u. U. eine Trocknung vorgesehen sein.
Die erreichbaren Schichtdicken liegen in einem Variationsbereich von monomolekular bis zum µ-Bereich. Je nach gewünschter Schichtdicke wird der Verfahrenszyklus entsprechend oft wiederholt.
Gegenüber den vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren weist das erfindungsgemäße Verfahren die nachstehend aufgeführten Vorteile auf:
  • 1. Es ist generell unempfindlich gegen Variationen der Prozess-Parameter.
  • 2. Die eingesetzten Metallsalze können vollständig ausgenutzt werden statt weniger Prozente beim Chalkogeno-Harnstoffverfahren. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren ökonomischer und auch ökologischer (insbesondere bei toxischen Ausgangsstoffen wie z. B. Kadmiumsalzen).
  • 3. Es erfolgt kein Einbau von Hydroxiden, wenn die Reaktion in einem sauren Milieu abläuft.
  • 4. Bei Beschichtung von porösen Substraten ergibt sich ein homogener Schichtaufbau ohne Krustenbildung.
  • 5. Der Verfahrensablauf lässt sich ohne großen Aufwand automatisieren.
  • 6. Das erfindungsgemäße Verfahren ist prinzipiell für alle schwer löslichen Chalkogenide einsetzbar.
Die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die einen in allen drei Ebenen beweglichen Substrathalter, ein Bad einer gelösten Metallverbindung, ein Trockengefäß, ein Reaktionsgefäß sowie ein Spülbad aufweist, ist am Substrathalter mit einer Abdeckung versehen, die nach Einbringen des Substrats in das Reaktionsgefäß durch Absenken des Substrathalters für einen gasdichten Verschluss des Reaktionsgefäßes sorgt.
Die Erfindung wird nachstehend an Anwendungsbeispielen für das Verfahren und einer Ausführungsform der Anordnung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert:
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Anordnung zur automatischen Abscheidung von Metallchalkogenid-Schichten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
In ein Metallsalzbad von in 90%igem Methanol gelösten CdCl2 wird ein extrem poröses TiO2-Substrat eingebracht. Die Verweildauer beträgt ca. 20 s. In dieser Zeit sind genügend Cd-Ionen an der Substratoberfläche adsorbiert worden. Es folgt eine rasche Trocknung (max. 2 min) in einem Argongasstrom und anschließend die Reaktion in einem H2S-haltigen Gasstrom. Die Reaktionszeit beträgt ca. 10 bis 20 s. Während dieser Zeit erfolgt die Bildung von CdS aus den an der TiO2-Oberfläche adsorbierten Cd-Ionen. Nachgeschaltet ist eine Spülung in einem Methanolbad zur Entfernung überschüssiger Reaktionsprodukte. Eine abschließende Trocknung in einem Argongasstrom bei hoher Gasgeschwindigkeit ist nicht unbedingt erforderlich.
Der gesamte Verfahrensablauf erfolgt bei Raumtemperatur und bei Normaldruck. Es sind daher keine Temperaturregelung und druckdichten Gefäße erforderlich. Je nach gewünschter Schichtdicke kann der Verfahrenszyklus beliebig oft wiederholt werden. SEM-Aufnahmen der erzielten CdS-Schichten zeigten praktisch keinen Unterschied zur Reliefstruktur der unbeschichteten Substrate, d. h. die Beschichtung folgt extrem genau in gleichbleibender Stärke dem feinstrukturierten Oberflächenrelief der Substrate. Im Gegensatz zum konventionellen SILAR- Verfahren wurde keine Krustenbildung beobachtet. Analog zum vorstehend beschriebenen Verfahrensablauf erfolgte die Herstellung einer Cu(I)- Sulfidschicht auf einem extrem porösen TiO2-Substrat. Diese Schichten sind als Absorber in einer eta (extremely thin absorber)-Solarzelle vorgesehen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Einzelschichten aus CuxS und In2S3 sequentiell auf ein Substrat aufgebracht werden, die durch einen nachgeschalteten Temperprozess in CuInS2 umgewandelt werden.
In weiterer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden für CuInS2-Solarzellen mit den vorstehend genannten Verfahrensparametern Pufferschichten aus CdS auf die Absorberschicht aufgebracht.
Die automatische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde mit der nachstehend beschriebenen Anordnung erreicht.
Ein mittels einer Führung 1 in allen drei Ebenen beweglicher Substrathalter 2 mit einem Substrat 3 ist mit einer Abdeckung 4 versehen. Im CdCl2- Lösungsbad 5 erfolgt die Adsorption von Cd-Ionen an der Substratoberfläche. Das nachgeschaltete Trocknungsgefäß 6 dient der Trocknung mittels Argon. Im anschließenden Reaktionsgefäß 7 erfolgt die CdS-Bildung durch Einleitung von H2S. Hierbei wird nach Einbringen des Substrats 3 das Reaktionsgefäß 7 durch die am Substrathalter 2 angebrachte Abdeckung 4 gasdicht verschlossen. Hierdurch ist ein Entweichen des stark toxischen H2S-Gases in die Umgebungsluft nicht mehr möglich. Die Zuführung von H2S-Gas setzt erst ein, wenn das Reaktionsgefäß 7 gasdicht verschlossen ist und die Absaugpumpe eingeschaltet ist. Nach dem Reaktionsgefäß 7 folgt das Spülbad 8. Hier werden mittels Methanol die überschüssigen Reaktionsprodukte ausgewaschen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung dünner Metallchalkogenid-Schichten beispielsweise für den Einsatz als Absorber- bzw. Pufferschichten in Solarzellen in nachstehend aufgeführten Verfahrensschritten mit einem in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Reaktionsfähigkeit der jeweils für die Chalkogenidbildung eingesetzten Metallverbindungen unterschiedlich festgelegten Temperaturregime typischerweise im Bereich der Raumtemperatur:
Aufbringen einer Lösung einer Metallverbindung auf ein Substrat zur Adsorption von Metallionen ohne Eintritt einer chemischen Reaktion,
Feuchtigkeitsentzug aus dem Substrat mit den adsorbierten Metallionen,
Einleitung eines chalkogenwasserstoffhaltigen Gases zur Reaktion mit den adsorbierten Metallionen,
wobei die Verfahrensschritte bis zum Erreichen einer gewünschten Schichtdicke zyklisch wiederholt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Lösung einer Metallverbindung auf das Substrat durch Aufsprühen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Lösung einer Metallverbindung durch Tauchen des Substrats in diese Lösung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat TiO2, CuInS2, CuGaSe2, Chalkopyrite allgemein oder Glas eingesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösung einer Metallverbindung gelöste Verbindungen von Metallen wie Cd, Cu, In, Pb, Ag, Sb oder Bi einzeln oder Mischungen davon eingesetzt werden, die in Reaktion mit Chalkogenwasserstoffen schwer lösliche Metallchalkogenide bilden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallverbindung in einem leicht flüchtigen Lösungsmittel gelöst ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Methanol, Ethanol, Acetonitril oder Mischungen davon eingesetzt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallverbindung in Wasser gelöst ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitsentzug durch Trocknung in einem Gasstrom, vorzugsweise von Inertgasen wie z. B. Edelgasen oder molekularem Stickstoff erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitsentzug durch Verdunstung bis zu einer definierten Restfeuchte des Substrats erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdunstung bei der Zwischenlagerung des mit Metallionen bedeckten Substrats bzw. beim Transport desselben erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgas die Wasserstoffverbindungen der Chalkogene S, Se oder Te enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsphase eine Spülung des beschichteten Substrats in einem Lösungsmittelbad, vorzugsweise Methanol, zur Entfernung überschüssiger Reaktionsprodukte nachgeordnet ist.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Spülvorgang eine Trocknung nachgeschaltet ist.
15. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10, die einen in allen Ebenen beweglichen Substrathalter (2), ein Bad einer gelösten Metallverbindung (5), ein Trockengefäß (6), ein Reaktionsgefäß (7) und ein Spülbad (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Substrathalter (2) eine Abdeckung (4) angebracht ist zum gasdichten Verschließen des Reaktionsgefäßes (7) nach Einbringen des Substrats (3).
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EP99919112A EP1064685B9 (de) 1998-03-19 1999-03-12 Verfahren und anordnung zur herstellung dünner metallchalkogenid-schichten
AU37005/99A AU3700599A (en) 1998-03-19 1999-03-12 Method and arrangement for producing thin metal chalcogenide layers
DE59914444T DE59914444D1 (de) 1998-03-19 1999-03-12 Verfahren und anordnung zur herstellung dünner metallchalkogenid-schichten
JP2000537269A JP4587247B2 (ja) 1998-03-19 1999-03-12 金属カルコゲン化物薄層を製造する方法及び装置
AT99919112T ATE369631T1 (de) 1998-03-19 1999-03-12 Verfahren und anordnung zur herstellung dünner metallchalkogenid-schichten
PCT/DE1999/000811 WO1999048158A1 (de) 1998-03-19 1999-03-12 Verfahren und anordnung zur herstellung dünner metallchalkogenid-schichten
ES99919112T ES2292241T3 (es) 1998-03-19 1999-03-12 Procedimiento y disposicion para la produccion de delgadas capas de calcogenuros metalicos.

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10339824A1 (de) * 2003-08-24 2005-03-24 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Beschichtungsverfahren zur Deposition und Fixierung von Partikeln auf einer Substratoberfläche und Solarzellen mit funkionellem Schichtenaufbau
DE102008017076B3 (de) * 2008-04-01 2009-09-03 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Chemisches Dampfabscheide-Verfahren unter Atmosphärendruck zur Herstellung einer n-halbleitenden Metallsulfid-Dünnschicht
DE102008017077A1 (de) 2008-04-01 2009-10-08 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Verfahren und Anordnung zur Herstellung einer n-halbleitenden Indiumsulfid-Dünnschicht
DE102009037371B3 (de) * 2009-08-13 2011-03-17 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Beschichtungsvorrichtung mit Ultraschallzerstäuber
US8783079B2 (en) 2008-04-17 2014-07-22 Gottfried Wilhelm Leibniz Universitaet Hannover Device and non-cutting shaping method for introducing an outside profile into a workpiece

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19916403C1 (de) 1999-04-06 2000-10-12 Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh Verfahren zur Herstellung dünner, schwer löslicher Beschichtungen
DE10160504C2 (de) * 2001-11-30 2003-11-13 Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh Verfahren zur Herstellung dünner, schwer löslicher Beschichtungen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3015060A1 (de) * 1979-04-19 1980-10-30 Exxon Research Engineering Co Verfahren zur herstellung von metall- und mischmetallchalkogenidfilmen und verwendung derselben

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3015060A1 (de) * 1979-04-19 1980-10-30 Exxon Research Engineering Co Verfahren zur herstellung von metall- und mischmetallchalkogenidfilmen und verwendung derselben

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Journal of the Ceramic Society of JP, 101 [8], 850-854 (1993) *
Thin Solid Films 272 (1996) 71-82 *
Thin Solid Films 288 (1996) 103-107 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10339824A1 (de) * 2003-08-24 2005-03-24 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Beschichtungsverfahren zur Deposition und Fixierung von Partikeln auf einer Substratoberfläche und Solarzellen mit funkionellem Schichtenaufbau
DE10339824B4 (de) * 2003-08-24 2005-07-07 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Beschichtungsverfahren zur Deposition und Fixierung von Partikeln auf einer Substratoberfläche und Solarzellen mit funkionellem Schichtenaufbau
DE102008017076B3 (de) * 2008-04-01 2009-09-03 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Chemisches Dampfabscheide-Verfahren unter Atmosphärendruck zur Herstellung einer n-halbleitenden Metallsulfid-Dünnschicht
WO2009121322A1 (de) 2008-04-01 2009-10-08 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Chemisches dampfabscheide-verfahren unter atmosphärendruck zur herstellung einer n-halbleitenden metallsulfid-dünnschicht
DE102008017077A1 (de) 2008-04-01 2009-10-08 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Verfahren und Anordnung zur Herstellung einer n-halbleitenden Indiumsulfid-Dünnschicht
US8609516B2 (en) 2008-04-01 2013-12-17 Helmholtz-Zentrum Berlin Fuer Materialien Und Energie Gmbh Atmospheric pressure chemical vapor deposition method for producing an-N-semiconductive metal sulfide thin layer
US8783079B2 (en) 2008-04-17 2014-07-22 Gottfried Wilhelm Leibniz Universitaet Hannover Device and non-cutting shaping method for introducing an outside profile into a workpiece
DE102009037371B3 (de) * 2009-08-13 2011-03-17 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Beschichtungsvorrichtung mit Ultraschallzerstäuber

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