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Institut Silizium-Photovoltaik

Optimierung der naß-chemische Konditionierung von Si-Substraten

Eine entscheidende Voraussetzung für die Präparation recombinationsarmer Si-Heterogrenzflächen ist eine optimierte naß-chemische Vorbehandlung der unterschiedlichen Siliziumsubstrate. In Heterojunction Solarzellen wird eine amorphe Siliziumschicht( a-Si:H) zur Bildung des  p/n Übergangs auf das Substrat so aufgebracht, dass dessen Oberfläche direkt zur elektronischen Grenzfläche wird. Besonders die Texturierung von mono- und polykristallinen  Substraten, wie sie üblicherweise zur Verbesserung des Lichteinfangs in Siliziumsolarzellen eingesetzt wird, vergrößert die Substratoberfläche und erzeugt eine höhere Dichte  von Grenzflächendefekten, die sich sehr  kritisch auf die Grenzflächeneigenschaften der nachfolgend präparierten Strukturen wie dünne Oxide oder andere Passivierungsschichten auswirken kann.    

Entwicklung von nass-chemischen Verfahren zur Präparation von Si Solarzellensubstraten:

An Si Grenzflächen werden die Rekombinationsverluste von Ladungsträgern wesentlich durch die Ladung, die Dichte und den Charakter der umladbaren Grenzflächenzustände bestimmt. Diese elektronischen Zustände resultieren aus gespannten und gebrochenen Si-Bindungen in einer sehr dünnen, nur wenige Å  tiefen  Grenzschicht . Aus diesem Grunde ist die Dichte der Grenzflächenzustände entscheidend von der Morphologie und Mikrorauhigkeit des Si Substrates bestimmt.

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Front-Seite einer amorph / kristallinen a-Si:H/c-Si hetero-junction Solar Zelle

Um Rekombinationsverluste von Ladungsträgern zu reduzieren, werden verschiedene Verfahren zur Verringerung der   Dichte von elektronisch aktiven Defekten an Si Hetero-Grenzflächen  entwickelt: (i) die Rückätzung  kristallographisch gestörter Bereiche der Substratoberfläche durch naß-chemische Glättung, (ii) die Absättigung von dangling bonds an der Substratoberfläche durch Wasserstoff (H-Terminierung) oder weitere Substituenten, sowie durch ultra-dünne Oxidschichten, (iii) die  gezielte Präparation von Ladungen, welche durch eine geeignete Bandverbiegung eine Trennung von elektronischer  und kristallographischer Grenzfläche bewirken.

An unterschiedlich dotierten und texturierten Si-Substraten werden der Einfluß der Präparationsbedingungen auf die elektronischen Eigenschaften der Grenzflächen für die wichtigsten in der Si-Technologie angewendeten naßchemischen Verfahren untersucht, sowie neue speziell zur Optimierung von Solarzellensubstraten für unterschiedliche Zellkonzepte geeignete Verfahren entwickelt.

Durch die Korrelation von Oberflächen-sensitiver Charakterisierungsmethoden, der Oberflächenphotospannungsmessung  (SPV), ex-situ and in-situ Photoluminescence (PL) Messungen, atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), spectroscopic ellipsometry in the ultra-violet and visible region (UV-VIS-SE) and Fourier-Transform infrared ellipsometry (FTIR-SE), total hemispherical UV-NIR-reflectance Messungen, microwave detected photo-conductance decay (µW-PCD) and quasi-steady-state photo conductance (QSSPC) wurden  Zusammenhänge zwischen der präparationsbedingten Oberflächenmorphologie, der Oberflächenladung und der Dichte und energetischen Verteilung von Grenzflächenzuständen Dit(E), und der daraus resultierenden Grenzflächeneigenschaften von nass-chemisch passivierten Si Substraten aufgezeigt .

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