View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

1 Einleitung 1
1 Einleitung
Die großflächige Herstellung mikro- bzw. polykristalliner Siliziumschichten bei niedrigen
Temperaturen auf preiswerten Substraten ist für viele Anwendungen in der Dünnschichttechnologie
interessant. Der Einsatz solcher Schichten in Solarzellen und in Dünnfilmtransistoren
für Flachbildschirme und die Sensortechnik sind Beispiele für die Bedeutung der
Erforschung und Optimierung solcher Herstellungsprozesse.
Mikrokristallines Silizium (Ilc-Si) stellt für die Photovoltaik vor allem wegen seiner erhöhten
Absorption im nahen Infrarot (IR) gegenüber amorphem Silizium ein interessantes Material
dar [1]. Geringe Defektdichten, hohe Ladungsträgerkonzentrationen und Ladungsträgerbeweglichkeiten
bis zu 800 cm 2 Ns werden in hydrogenisierten mikrokristallinen
Siliziumfilmen auf amorphen Substraten beobachtet [2]. Mikrokristalline Dünnschichtsolarzellen
weisen große Kurzschlußströme auf [1,3] und eignen sich zur Herstellung von
Tandemsolarzellen mit hohem Wirkungsgrad [4]. Dabei wird der kurzwellige Teil des
Sonnenlichtes von einer in diesem Energiebereich stark absorbierenden oberen Zelle aus
amorphem Silizium genutzt, während das langweIlige Licht von einer darunterliegenden
mikrokristallinen Zelle absorbiert wird.
Laserkristallisierung von amorphen Siliziumfilmen ist eine Methode zur Herstellung von
mikro- oder polykristallinem Silizium auf preiswerten Substraten wie z. B. Glas. Vor allem
eine Bestrahlung durch kurze Laserpulse erzeugt einen hohen Temperaturgradienten normal
zu den Schichten [5]. Dies erlaubt ein Aufschmelzen der Oberflächenfilme bei gleichzeitiger
Reduzierung der Diffusion von Atomen im Bereich der Grenzfläche zwischen den Schichten
und den temperaturempfindlichen Substraten. Da die Diffusionskoeffizienten im Festkörper
um mehrere Größenordnungen kleiner sind als in der flüssigen Phase, ist neben dem
Aufschmelzen der Filme auch eine schnelle Festphasenkristallisierung interessant.
Für eine ausreichende Lichtabsorption mikrokristalliner Solarzellen im langweIligen Bereich
sind Schichtdicken von mehreren Mikrometern erforderlich. Eine Abscheidung
mikrokristalliner Siliziumschichten z. B. durch plasmagestützte Deposition aus der Gasphase
(PECVD) wurde bisher nur bei Depositionsraten von einigen Ais erreicht [6]. Daher können
eine schnelle Deposition von amorphem Silizium und eine anschließende Laserkristallisierung
die Prozeßdauer zur Herstellung mikrokristalliner Schichten der entsprechenden Dicke
wesentlich verringern.