View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

136 9 Zusammenfassung und Ausblick
9 Zusammenfassung und Ausblick
Ein zentraler Punkt dieser Arbeit war die Herstellung mikro- bzw. polykristalliner
Siliziumschichten bei niedrigen Temperaturen auf preiswerten Substraten wie z. B. Corning­
Glas. Die Kristallite sollten sich möglichst von der Substratgrenzfläche bis zur
Schichtoberfläche erstrecken und eine maximale laterale Ausdehnung besitzen, um die
Rekombination von Ladungsträgern bei einem Einsatz der Schichten für photovoltaische
Anwendungen zu vermeiden. Ein wesentliches Werkzeug dabei war die Laserkristallisierung
mit Hilfe eines gepulsten Nd-Y AG-Lasers, der das Kernstück einer für die homogene und
strukturierte Laserkristallisierung aufgebauten Anlage darstellt. Dazu gehören eine Laser­
Mikroskop-Einheit, eine Dreistrahl-Interferenzanlage und eine Aufdampfanlage. Zur
Kristallisierung wurden Pulse einer Wellenlänge von 1064 und 532 nm verwendet. Der
Wasserstoffgehalt der zur Kristallisierung hergestellten amorphen PECVD-Schichten wurde
durch Tempern von 7-8 % auf unter 1 % reduziert, um die Ablationsschwelle über die
Kristallisationschwelle anzuheben.
Die homogene Laserkristallisierung bei einer Anregungswellenlänge von 1064 nm erlaubt
eine Kristallisierung von amorphen Siliziumschichten einer Dicke bis zu 800 nm. Die
Kristallite erstrecken sich von der Substratgrenzfläche bis zur Schichtoberfläche und zeigen
eine laterale Ausdehnung von mehreren hundert nm. Die strukturellen Eigenschaften der
Schichten entsprechen damit den für einen Einsatz in Solarzellen geforderten
Voraussetzungen. Eine Vorzugs orientierung der Kristallite wurde nicht beobachtet. Unter
Berücksichtigung der Kristallitgrößen und der Oberflächenmorphologie der Schichten einer
Dicke von 400-500 nm lag die optimale Pulsenergie pro cm 2 zwischen 200 und 400 mJ. Die
Energiefenster und die optimalen Energien zur Laserkristallisierung hängen auf Grund von
Interferenzeffekten stark von der Schichtdicke ab. Messungen der Oberflächenreflektivität
während der Laserbestrahlung belegen, daß eine Kristallisierung immer mit einem
Aufschmelzen des Materials verbunden war.
Ein Vergleich der strukturellen Eigenschaften von amorphen Siliziumschichten, die bei 1064
bzw. 532 nm Anregungswellenlänge kristallisiert wurden, ergab einen wesentlichen
Unterschied in der Oberflächen morphologie der Schichten. Diejenigen, die bei 1064 nm
kristallisiert wurden, zeigen eine mit der Pulsenergie zunehmende Oberflächenrauhigkeit in
der Größenordnung der Schichtdicke. Eine Kristallisierung bei 532 nm dagegen erzeugt glatte
Oberflächen. Dieser Unterschied ist auf nichtlineare selbstverstärkende Effekte für die
Probenerwärmung bei 1064 nm zurückzuführen, die bei einer Anregungswellenlänge von
532 nm nicht auftreten. Ein Vergleich der Energiefenster, in denen eine Kristallisierung
möglich ist, zeigt, daß bei der Absorption im nahen IR solche Effekte eine wesentliche Rolle