Preidel, Veit: Kristalline Silizium-Dünnschichten auf nanoimprintstrukturiertem Glas – Wachstum, Lichteinfang und Solarzellen –. , 2015
Technische Universität Berlin
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Abstract:
Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung strukturierter Siliziumschichten auf nanoimprintstrukturiertem Glas zur Erhöhung des Lichteinfangs in fest- und flüssigphasen-kristallisierten Silizium-Dünnschichtsolarzellen und beinhaltet eine detaillierte Analyse der Korrelation der optischen, elektrischen und strukturellen Si-Materialeigenschaften mit der jeweiligen Substrattextur. Im Bereich der Festphasenkristallisation wurden periodische Mikroloch- und Mikrokonusstrukturen realisiert, welche eine Erhöhung der maximal erreichbaren Kurzschlussstromdichte um bis zu 90 % ermöglichen. Mittels Transmissionselektronenmikroskopie und Elektronenspinresonanz wurde nachgewiesen, dass bei Verwendung von binären Substrattexturen, eine dem aktuellen Forschungsstand für festphasenkristallisiertes Silizium entsprechende Materialqualität erreicht werden kann. Im Bereich der Flüssigphasenkristallisation mittels Elektronenstrahl wurde ein Verfahren zur Herstellung beidseitig strukturierter Si-Dünnschichten entwickelt. Basierend auf diesem Verfahren wurden 10 μm dicke strukturierte Silizium-Dünnschichten realisiert, welche eine theoretisch maximal erreichbare Kurzschlussstromdichte von bis zu 38,2 mA/cm2 aufweisen. Es wurde herausgefunden, dass das eine ausgeprägte 2-µm periodische Substrattextur (Strukturhöhe = 1 µm) zu einer erhöhten Defektdichte und einer reduzierten Diffusionslänge führt. Si-Heterosolarzellen auf dieser stark ausgeprägten Substrattextur wiesen eine maximale Effizienz von 8,7 % und eine maximale Leerlaufspannung von 555 mV auf. Für Solarzellenteststrukturen auf einem moderat statistisch strukturierten Substrat (mittlere quadratische Rauigkeit = 45 nm) konnte eine maximale Leerlauf¬spannung von 616 mV und ein Effizienzpotential von 13,2 % demonstriert werden.