La lecture à portée de main
Découvre YouScribe en t'inscrivant gratuitement
Je m'inscrisDécouvre YouScribe en t'inscrivant gratuitement
Je m'inscrisDescription
Sujets
Informations
Publié par | rheinisch-westfalischen_technischen_hochschule_-rwth-_aachen |
Publié le | 01 janvier 2011 |
Nombre de lectures | 16 |
Langue | Deutsch |
Poids de l'ouvrage | 3 Mo |
Extrait
„Impact of contamination on hydrogenated
amorphous silicon thin films & solar cells”
Von der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissen‐
schaften der RWTH Aachen University zur Erlangung des
akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften
genehmigte Dissertation
vorgelegt von
Diplom‐Physiker
Jan Wördenweber
aus Herdecke
Berichter: Universitätsprofessor M. Wuttig
U. Rau
Tag der mündlichen Prüfung: 15.12.2010
Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschul‐
bibliothek online verfügbar. II Einfluss von Verunreinigungen auf hydrogenisierte, amorphe
Silizium Dünnschichten und Solarzellen
Kurzfassung Diese Studie beschäftigt sich mit dem Einbau von Sauerstoff und
Stickstoff während der Deposition amorpher, intrinsischer Absorberschichten
(i‐Schichten) für p‐i‐n Dünnschichtsolarzellen aus amorphem, hydrogenisiertem
Silizium (a‐Si:H). Des Weiteren wird die Problematik der Bor‐Verschleppung bei
Einkammerprozessen untersucht.
Die atmosphärischen Verunreinigungen wurden während der Deposition der
nominell unkontaminierten i‐Schicht mittels künstlicher Lecks hinzugefügt.
Untersucht wurde unter anderem der Einfluss der Art der Verunreinigung
(Sauerstoff & Stickstoff), der zugefügten Menge der Verunreinigung (Leckflussrate),
des Ortes der Verunreinigung (Kammerleck bzw. Prozessgasleitung) und der
Plasmaleistung auf die Solarzelleneigenschaften. Dadurch können z.B. Vakuum‐
mindestanforderungen, mögliche Lecks im Rezipienten, Prozessgasmindest‐
reinheiten und Prozessgasleitungslecks simuliert werden. Des Weitern wurden
Depositionsregime entwickelt, mittels derer der Einbau von Verunreinigungen
unterdrückt werden kann. Unter Standardbedingungen fanden sich kritische
Stickstoff‐ und Sauerstoff‐Kontaminationsgrenzen (Kammerleck) von etwa
18 ‐3 19 ‐34×10 cm bzw. 2×10 cm überhalb derer es zu einer starken Abnahme des
Wirkungsgrads der Solarzelle kam. In der Literatur wird als eine Hauptursache der
Wirkungsgradabnahme der Einbau von Verunreinigungen in dotierender
Konfiguration diskutiert. Begleitende Materialstudien innerhalb dieser Arbeit
unterstützen diese These.
Die unterschiedlichen Maximalkontaminationen lassen sich durch
unterschiedliche Dotiereffizienzen deuten. So ist die dotierende Wirkung des
eingebauten Stickstoffs um etwa eine Größenordnung über der des Sauerstoffs.
Allerdings ist auch die Einbauwahrscheinlichkeit von Sauerstoff um etwa eine
Größenordnung höher als die für Stickstoff, was dazu führt, dass bei einem Luftleck
beide Kontaminationsgrenzen gemeinsam bei einem bestimmten Luftleckfluss
erreicht werden.
Bei Benutzung des Lecks in der Prozessgasleitung hingegen fand sich für
20 ‐3Sauerstoff ein kritisches Level von etwa 2×10 cm , wo hingegen das kritische
Stickstoffniveau vom Leckort unabhängig ist. Für ein Depositionsregime mit sehr
hohem Prozessgasfluss wurde auch für das Kammerleck eine kritische
20 ‐3Sauerstoffkonzentration von 2×10 cm beobachtet.
Mögliche Ursachen sind einerseits die von Regime und Leckageort abhängigen
Reaktionswahrscheinlichkeiten von Silan (SiH4), Silan Radikalen und atomarem
Wasserstoff mit Sauerstoff. Z.B. ist die Konzentration an atomarem Wasserstoff in
der Gasleitung gering im Vergleich zur Umgebung des Kammerlecks. Durch diese
Reaktionen entstehen z.B. SiOX, Siloxan‐ (SiH3‐O‐SiH3) oder OH / H2O‐Molekühle.
Andererseits spielt auch die Lebensdauer dieser Moleküle und damit ihre
Einbaugeschwindigkeit eine Rolle. Letztere kann für verschiedene Regime durchaus
IIIunterschiedlich sein. Für SiOX wird angenommen, dass es mit hoher
Wahrscheinlichkeit nicht in die Schicht eingebaut wird, es entsteht Staub in der
Depositionsanlage. Siloxan, von dem angenommen wird, dass der darin enthaltene
Sauerstoff nicht dotierend eingebaut wird, hat eine hohe Lebensdauer und wird sehr
wahrscheinlich in die Schicht eingebaut, wenn es nicht anderweitig abgepumpt /
gebunden wird. Hingegen haben die Wasserstoffverbindungen eine begrenzte
Lebensdauer, was u. U. dazu führt, dass sie in einem Regime eingebaut werden
(schneller Einbau), in einem anderen nicht (langsamer Einbau). Es wird
angenommen, dass OH / H2O Molekühle zum Einbau von Sauerstoff in
Dotierkonfigurationen führen können.
Beim Stickstoff sind diese Mechanismen aufgrund der sehr trägen Reaktion mit
Silan nicht gegeben. Folglich findet sich ein eindeutiges kritisches Stickstoffniveau
unabhängig von der Art des Lecks. Ein weiteres, überraschendes Ergebnis dieser
Studie ist, dass die kritischen Verunreinigungskonzentrationen nach der
Lichtalterung unverändert geblieben sind. Darüber hinaus zeigte sich, dass eine hohe
Plasmaleistung, angewandt z.B. bei Standard‐Depositionsbedingungen von mikro‐
kristallinem Silizium, dazu führt, dass der Unterschied der kritischen
Sauerstoffkonzentration verschwindet. Dies liegt möglicherweise daran, dass die
gebildeten Siloxan‐Moleküle durch die hohe Leistungsdichte wieder aufgespaltet
werden. Hier führten extrem niedrige Leistungsdichten für μc‐Si:H Depositionen
wieder zu einem erhöhten kritischen Sauerstoffniveau.
Ein weiterer Punkt dieser Arbeit ist die Verbesserung von Einkammerprozessen
zur Herstellung von amorphen Dünnschichtsolarzellen. Hauptaugenmerk hierbei
war die Verschleppung von Bor‐Atomen, die zur Dotierung der p‐Schicht nötig sind,
in die i‐Schicht. In dieser Arbeit sind verschiedene Solarzellkonfigurationen und&