View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

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3 Konzepte
3 Konzepte
3.1 Ideales polykristallines Silizium für den Einsatz in
Dünnschichtsolarzellen
Um eine ausreichende Lichtabsorption mikrokristalliner Dünnschichtsolarzellen 1m
langweIligen Bereich zu gewährleisten, müssen die Schichten eine Dicke von mehreren
Mikrometern aufweisen. In solchen Solarzellen ist ein Transport der Ladungsträger normal zu
den mikrokristallinen Schichten erforderlich. Diese müssen dabei in der Regel Komgrenzen
überwinden, so daß ihr Transport erschwert wird (vgl. Kap. 2.2). Ferner ist die
Rekombinationswahrscheinlichkeit im Bereich defektreicher Komgrenzen besonders hoch.
Die Herstellung geeigneter mikro- bzw. polykristalliner Siliziumschichten auf preiswerten
Substraten wie z. B. Coming-Glas wird durch die geringe thermische Belastbarkeit dieser
Substrate erschwert. Die Erweichungstemperatur von Corning-Glas z. B. liegt bei etwa
600°C [28]. Die erforderliche Temperaturbegrenzung des Depositions- oder Kristallisierungsprozesses
limitiert die Kristallitgröße und -qualität der mikro- bzw. polykristallinen
Siliziumschichten. Die Laserkristallisierung (vgl. Kap. 5.1) ist eine Methode, bei der die
Erzeugung eines Temperaturgradienten eine Kristallisierung der Siliziumschicht bei höheren
Temperaturen und gleichzeitiger Schonung des Substrats ermöglicht.
Ungeordnet gewachsene, aus zufälligen Nukleationen entstandene mikro- oder polykristalline
Siliziumschichten zeigen i. a. die in Abb. 3.la angedeuteten strukturellen Eigenschaften. Es
existieren große Körner, aber auch Ansammlungen sehr kleiner Kristallite. Die Körner reichen
i. a. nicht von der Substratgrenzfläche bis zur Schichtoberfläche, so daß bei einer Extraktion
der Ladungsträger normal zur Schicht die Überwindung von Komgrenzen erforderlich ist. Im
Idealfall erstrecken sich daher die Kristallite von der Substratgrenzfläche bis zur Oberfläche
der Schicht (vgl. Abb. 3.lb). Die Ladungsträger können normal zur Schicht extrahiert werden,
ohne dabei eine Komgrenze passieren zu müssen. Die laterale Ausdehnung der Kristallite soll
möglichst maximal sein, da die Ladungsträger durch eine laterale Diffusion auch seitlich in
den Bereich einer Komgrenze gelangen können. Bei einer Diffusionszelle muß daher die
laterale Ausdehnung der Kristallite größer als die Schichtdicke sein. Existiert jedoch in der
Schicht ein (homogenes) Feld wie in einer Driftzelle, so werden die Ladungsträger schneller
extrahiert. Die maximale Zeit, in der ein Ladungsträger aus einer Schicht der Dicke s
herausdriftet beträgt
t=s/IlE, (3.1)