Skip to main content
SpringerLink
Log in

Optoelectronic Studies of Solar Cells

  • Chapter
  • First Online:
Kelvin Probe Force Microscopy

Part of the book series: Springer Series in Surface Sciences ((SSSUR,volume 48))

  • 2356 Accesses

Abstract

Solar cells are a most promising candidate to supply future energy needs in a sustainable and renewable way. Currently, solar cell devices based on semiconductor materials achieve the highest power conversion efficiencies. A typical solar cell consists of a semiconductor pn-junction where the semiconductor band gap is in the range between 1 and 2 eV, well adapted to absorb a large part of the solar spectrum. Issues as band alignment and spatial homogeneity of the materials are essential in providing the optimum achievable efficiencies. Kelvin probe force microscopy has been applied to a wide range of solar cell materials and devices, ranging from crystalline and amorphous silicon to polycrystalline CdTe and Cu(In,Ga)(S,Se)2 to organic semiconductors and molecules. On these systems, KPFM has been applied in different ways, from surface characterization to effects of illumination to cross-sectional studies. From many of these local work function measurements, understanding of functional principles and limiting factors has been gained. This chapter reviews the results that have been obtained by Kelvin probe force microscopy on solar cell devices and materials and describes how the gained understanding promotes the improvement of solar cell devices for renewable energy conversion.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Log in via an institution
Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 84.99
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info
Hardcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

References

  1. H.J. Lewerenz, H. Jungblut, Photovoltaik (Springer, Berlin, 1995)

    Google Scholar 

  2. A.L. Fahrenbruch, R.H. Bube, Fundamentals of Solar Cells (Academic, New York, 1983)

    Google Scholar 

  3. I. Repins, M.A. Contreras, B. Egaas, C. DeHart, J. Scharf, C.L. Perkins, B. To, R. Noufi, Prog. Photovolt Res. Appl. 16, 235 (2008)

    Article  CAS  Google Scholar 

  4. Ch.J. Brabec, N.S. Sariciftci, J.C. Hummelen, Adv. Funct. Mat. 11, 15 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  5. F. Yang, M. Shtein, S. Forrest, J. Appl. Phys. 98, 014906 (2005)

    Article  Google Scholar 

  6. Ch. Sommerhalter, Th.W. Matthes, Th. Glatzel, A. Jäger-Waldau, M.Ch. Lux Steiner, Appl. Phys. Lett. 75, 286 (1999)

    Article  CAS  Google Scholar 

  7. R. Würz, M. Rusu, Th. Schedel-Niedrig, M.Ch. Lux-Steiner, H. Bluhm, M. Hävecker, E. Kleimenov, A. Knop-Gericke, R. Schögl, Surf. Sci. 580, 80 (2005)

    Article  Google Scholar 

  8. S. Sadewasser, K. Ishii, Th. Glatzel, M.Ch. Lux-Steiner, in Polycrystalline Semiconductors VII- Bulk Materials, Thin Films, and Devices, ed. by T. Sameshima, T. Fuyuki, H.P. Strunk, J.H. Werner (Scitech Publ., Uettikon am See, Switzerland, 2003), p. 319

    Google Scholar 

  9. S. Sadewasser, Th. Glatzel, M. Rusu, A. Meeder, D. Fuertes Marrón, A. Jäger-Waldau, M.Ch. Lux-Steiner, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 668, H5.4.1 (2001)

    Google Scholar 

  10. M. Rusu, Th. Glatzel, A. Neisser, C.A. Kaufmann, S. Sadewasser, M.Ch. Lux-Steiner, Appl. Phys. Lett. 88, 143510 (2006)

    Article  Google Scholar 

  11. D. Fuertes Marrón, A. Meeder, S. Sadewasser, R. Würz, C.A. Kaufmann, Th. Glatzel, Th. Schedel-Niedrig, M.Ch. Lux-Steiner, J. Appl. Phys. 97, 094915 (2005)

    Article  Google Scholar 

  12. S. Sadewasser, Phys. Stat. Sol. (a) 203, 2571 (2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  13. S. Sadewasser, Th. Glatzel, M. Rusu, A. Jäger-Waldau, M.Ch. Lux-Steiner, Appl. Phys. Lett. 80, 2979 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  14. R. Hunger, T. Schulmeyer, A. Klein, W. Jaegermann, K. Sakurai, A. Yamada, P. Fons, K. Matsubara, S. Niki, Surf. Sci. 557, 263 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  15. T. Schulmeyer, R. Kniese, R. Hunger, W. Jaegermann, M. Powalla, A. Klein, Thin Solid Films 451–452, 420 (2004)

    Article  Google Scholar 

  16. R. Würz, D. Fuertes Marrón, A. Meeder, A. Rumberg, S.M. Babu, Th. Schedel-Niedrig, U. Bloeck, P. Schubert-Bischoff, M.Ch. Lux-Steiner, Thin Solid Films 431–432, 398 (2003)

    Article  Google Scholar 

  17. K. Otte, G. Lippold, D. Hirsch, A. Schindler, F. Bigl, Thin Solid Films 361–362, 498 (2000)

    Article  Google Scholar 

  18. S. Schuler, S. Nishiwaki, J. Beckmann, N. Rega, S. Brehme, S. Siebentritt, M.Ch. Lux-Steiner, in 29th IEEE Photovoltaic Specialist Conference (IEEE, New Orleans, 2002), p. 504

    Google Scholar 

  19. Th. Deniozou, N. Esser, S. Siebentritt, Surf. Sci. 579, 100 (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  20. L. Kronik, Y. Shapira, Surf. Sci. Rep. 37, 1 (1999)

    Article  CAS  Google Scholar 

  21. S. Sadewasser, Th. Glatzel, M. Rusu, A. Meeder, A. Jäger-Waldau, M.Ch. Lux-Steiner, Proc. of the 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference, München, 2001, p. 1155

    Google Scholar 

  22. S. Saraf, R. Shikler, J. Yang, Y. Rosenwaks, Appl. Phys. Lett. 80, 2586 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  23. F. Streicher, S. Sadewasser, M.Ch. Lux-Steiner, Rev. Sci. Instrum. 80, 013907 (2009)

    Article  CAS  Google Scholar 

  24. F. Streicher, S. Sadewasser, T. Enzenhofer, H.-W. Schock, M.Ch. Lux-Steiner, Thin Solid Films 517, 2349 (2009)

    Article  CAS  Google Scholar 

  25. Th. Glatzel, H. Hoppe, N.S. Sariciftci, M.Ch. Lux-Steiner, M. Komiyama, Jap. J. Appl. Phys. 44, 5370 (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  26. H. Hoppe, Th. Glatzel, M. Niggemann, A. Hinsch, M.Ch. Lux-Steiner, N.S. Sariciftci, Nano Lett. 5, 269 (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  27. V. Palermo, G. Ridolfi, A.M. Talarico, L. Favaretto, G. Barbarella, N. Camaioni, P. Samori, Adv. Funct. Mater. 17, 472 (2007)

    Article  CAS  Google Scholar 

  28. D.C. Coffey, D.S. Ginger, Nat. Mater. 5, 735 (2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  29. S. Sadewasser, Thin Solid Films 515, 6136 (2007)

    Article  CAS  Google Scholar 

  30. U. Rau, K. Taretto, S. Siebentritt, Appl. Phys. A 96, 221 (2008)

    Article  Google Scholar 

  31. M. Takahira, T. Igarashi, T. Ujihara, T. Takahashi, Jap. J. Appl. Phys. 46, 5548 (2007)

    Article  Google Scholar 

  32. M. Takahira, T. Takahashi, T. Ujihara, Appl. Phys. Lett. 93, 021902 (2008)

    Article  Google Scholar 

  33. S. Honda, T. Mates, B. Rezek, A. Fejfar, J. Kočka, J. Non-Cryst. Solids 354, 2310 (2008)

    Google Scholar 

  34. J.Y.W. Seto, J. Appl. Phys. 46, 5247 (1975)

    Article  CAS  Google Scholar 

  35. C. Persson, A. Zunger, Phys. Rev. Lett. 91, 266401 (2003)

    Article  Google Scholar 

  36. C. Persson, A. Zunger, Appl. Phys. Lett. 87, 211904 (2005)

    Article  Google Scholar 

  37. Y. Yan, C.-S. Jiang, R. Noufi, S.-H. Wei, H.R. Moutinho, M.M. Al-Jassim, Phys. Rev. Lett. 99, 235504 (2007)

    Article  Google Scholar 

  38. W.K. Metzger, M. Gloeckler, J. Appl. Phys. 98, 063701 (2005)

    Article  Google Scholar 

  39. M. Gloeckler, J.R. Sites, W.K. Metzger, J. Appl. Phys. 98, 113704 (2005)

    Article  Google Scholar 

  40. K. Taretto, U. Rau, J.H. Werner, Thin Solid Films 480–481, 8 (2005)

    Article  Google Scholar 

  41. S. Sadewasser, Th. Glatzel, S. Schuler, S. Nishiwaki, R. Kaigawa, M.Ch. Lux-Steiner, Thin Solid Films 431–432, 257 (2003)

    Article  Google Scholar 

  42. C.-S. Jiang, R. Noufi, J.A. AbuShama, K. Ramanathan, H.R. Moutinho, J. Pankow, M.M. Al-Jassim, Appl. Phys. Lett. 84, 3477 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  43. C. Leendertz, F. Streicher, M.Ch. Lux-Steiner, S. Sadewasser, Appl. Phys. Lett. 89, 113120 (2006)

    Article  Google Scholar 

  44. C.-S. Jiang, R. Noufi, K. Ramanathan, H.R. Moutinho, M.M. Al-Jassim, J. Appl. Phys. 97, 053701 (2005)

    Article  Google Scholar 

  45. D. Fuertes Marrón, S. Sadewasser, Th. Glatzel, A. Meeder, M.Ch. Lux-Steiner, Phys. Rev. B 71, 033306 (2005)

    Article  Google Scholar 

  46. C.-S. Jiang, R. Noufi, K. Ramanathan, J.A. AbuShama, H.R. Moutinho, M.M. Al-Jassim, Appl. Phys. Lett. 85, 2625 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  47. G. Hanna, Th. Glatzel, S. Sadewasser, N. Ott, H.P. Strunk, U. Rau, J.H. Werner, Appl. Phys. A 82, 1 (2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  48. S. Siebentritt, S. Sadewasser, M. Wimmer, C. Leendertz, T. Eisenbarth, M.Ch. Lux-Steiner, Phys. Rev. Lett. 97, 146601 (2006)

    Article  Google Scholar 

  49. S. Siebentritt, T. Eisenbarth, M. Wimmer, C. Leendertz, F. Streicher, S. Sadewasser, M.Ch. Lux-Steiner, Thin Solid Films 515, 6168 (2007)

    Article  CAS  Google Scholar 

  50. M. Hafemeister, S. Siebentritt, S. Sadewasser, Ch. Frank-Rotsch, M.Ch. Lux-Steiner, in Thin-Film Compound Semiconductor Photovoltaics-2007, ed. by T. Gessert, K. Durose, C. Heske, S. Marsillac, T. Wada. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. vol. 1012 (Warrendale, PA, 2007), pp. Y09-04

    Google Scholar 

  51. M. Hafemeister, S. Siebentritt, J. Albert, M.Ch. Lux-Steiner, S. Sadewasse, Phys. Rev. Lett. 104, 196602 (2010)

    Article  Google Scholar 

  52. Th. Glatzel, M. Rusu, S. Sadewasser, M.Ch. Lux-Steiner, Nanotechnology 19, 145705 (2008)

    Article  Google Scholar 

  53. M. Rusu, M. Bär, S. Lehmann, S. Sadewasser, L. Weinhardt, C.A. Kaufmann, E. Strub, J. Röhrich, W. Bohne, I. Lauermann, Ch. Jung, C. Heske, M.Ch. Lux-Steiner, Appl. Phys. Lett. 95, 173502 (2009)

    Article  Google Scholar 

  54. I. Visoly-Fisher, S.R. Cohen, D. Cahen, Appl. Phys. Lett. 82, 556 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  55. I. Visoly-Fisher, S.R. Cohen, K. Gartsman, A. Ruzin, D. Cahen, Adv. Func. Mat. 16, 649 (2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  56. A. Breymesser, V. Schlosser, D. Peiró, C. Voz, J. Bertomeu, J. Andreu, J. Summhammer, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 66, 171 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  57. C.-S. Jiang, H.R. Moutinho, M.J. Romero, M.M. Al-Jassim, Y.Q. Xu, Q. Wang, Thin Solid Films 472, 203 (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  58. C.-S. Jiang, H.R. Moutinho, Q. Wang, M.M. Al-Jassim, B. Yan, J. Yang, S. Guha, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 808, A9.42.1 (2004)

    Google Scholar 

  59. C.-S. Jiang, H.R. Moutinho, R. Reedy, M.M. Al-Jassim, A. Blosse, J. Appl. Phys. 104, 104501 (2008)

    Article  Google Scholar 

  60. C. Ballif, H.R. Moutinho, F.S. Hasoon, R.G. Dhere, M.M. Al-Jassim, Ultramicroscopy 85, 61 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  61. Th. Glatzel, D. Fuertes Marrón, Th. Schedel-Niedrig, S. Sadewasser, M.Ch. Lux-Steiner, Appl. Phys. Lett. 81, 2017 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  62. D. Fischer, T. Dylla, N. Meyer, M.E. Beck, A. Jäger-Waldau, M.Ch. Lux-Steiner, Thin Solid Films 387, 63 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  63. D. Fuertes Marrón, Th. Glatzel, A. Meeder, Th. Schedel-Niedrig, S. Sadewasser, M.Ch. Lux-Steiner, Appl. Phys. Lett. 85, 3755 (2004)

    Article  Google Scholar 

  64. Th. Glatzel, H. Steigert, S. Sadewasser, R. Klenk, M.Ch. Lux-Steiner, Thin Solid Films 480–481, 177 (2005)

    Article  Google Scholar 

  65. R. Mainz, F. Streicher, D. Abou-Ras, S. Sadewasser, R. Klenk, M.Ch. Lux-Steiner, Phys. Stat. Sol. (a) 206, 1017 (2009)

    Article  CAS  Google Scholar 

  66. C.-S. Jiang, F.S. Hasoon, H.R. Moutinho, H.A. Al-Thani, M.J. Romero, M.M. Al-Jassim, Appl. Phys. Lett. 82, 127 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  67. C.-S. Jiang, H.R. Moutinho, D.J. Friedman, J.F. Geisz, M.M. AlJassim, J. Appl. Phys. 93, 10035 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  68. C.-S. Jiang, D.J. Friedman, J.F. Geisz, H.R. Moutinho, M.J. Romero, M.M. Al-Jassim, Appl. Phys. Lett. 83, 1572 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  69. A.J. Ptak,R. France, C.-S. Jiang, R.C. Reedy, J. Vac. Sci. Technol. B 26, 1053 (2008)

    Article  CAS  Google Scholar 

  70. A. Schwarzman, E. Grunbaum, E. Strassburg, E. Lepkifker, A. Boag, Y. Rosenwaks, Th. Glatzel, Z. Barkay, M. Mazzer, K. Barnham, J. Appl. Phys. 98, 084310 (2005)

    Article  Google Scholar 

  71. E. Strassburg, A. Boag, Y. Rosenwaks, Rev. Sci. Instrum. 76, 083705 (2005)

    Article  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. International Iberian Nanotechnology Laboratory - INL, Avda. Mestre José Veiga s/n, 4715-330, Braga, Portugal

    S. Sadewasser

Authors
  1. S. Sadewasser
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to S. Sadewasser .

Editor information

Editors and Affiliations

  1. Laboratory, International Iberian Nanotechnology, Avda. Mestre José Veiga s/n, Braga, 4715-330, Portugal

    Sascha Sadewasser

  2. Inst. Physik, Universität Basel, Klingelbergstr. 82, Basel, 4056, Switzerland

    Thilo Glatzel

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2012 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

About this chapter

Cite this chapter

Sadewasser, S. (2012). Optoelectronic Studies of Solar Cells. In: Sadewasser, S., Glatzel, T. (eds) Kelvin Probe Force Microscopy. Springer Series in Surface Sciences, vol 48. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-22566-6_8

Download citation

Publish with us

Policies and ethics

Search

Navigation