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6.1 Lichtlokalisierungen in Dünnschichtsystemen 93 �� (a) (c) (e) (g) �� Abbildung 6.9: (a) Topographie des Kraters aus Abb. 6.8(c) mit einem im Mittel hohen evaneszenten Anteil und (b) mit einem niedrigen Anteil. (c) und (d) Krümmung der Topographie. (e) und (f) NSOM-Messung an der Kraterstruktur bei einer Wellenlänge von 780 nm und (g) und (h) evaneszenter Anteil. Die Größe des Messfelds beträgt 1,67 μm × 1,67 μm. �� (b) (d) (f) (h) ��
94 Kapitel 6: Nahfeldeffekte in Dünnschichtsolarzellen 6.2 Variationen der Oberflächengestalt Die FDTD-Simulation bietet weitere Möglichkeiten zur Untersuchung der Oberflächengestalt zur Verbesserung der Lichtführung und Absorption. Dazu gehört die Variation der Oberflächengestalt durch verschiedene Transformationen. Die gemessene Topographie einer stochastisch texturierten Oberfläche dient als Ausgangsparameter, an dem vier Transformationen mit Hilfe der FDTD-Simulation untersucht werden [31]. Der Modulierungsfaktor ist ein Maß dafür, wie stark die Oberfläche durch die Transformation von der Realstruktur abweicht. Ein Modulierungsfaktor von 0 entspricht einer glatten, also nicht texturierten Oberfläche, und der Wert 1 entspricht der gemessenen Realstruktur. Die erste Variation der Oberflächengestalt ist das Auffüllen der Krater. Der Modulierungsfaktor gibt einen Schwellenwert für die Höhe der Topographie vor. Werte, die unterhalb des gesetzten Schwellenwerts liegen, werden aufgefüllt. Beim Abschneiden der spitzen Kraterränder ist das Vorgehen invers. Alle Werte, die oberhalb eines Schwellenwerts liegen, werden auf diesen abgesenkt. Die dritte und vierte Transformation ist die Stauchung der Oberfläche abwärts und aufwärts. Diese beiden Transformationen unterscheiden sich im wesentlichen durch die mittlere Dicke der ZnO:Al-Schicht. Alle vier Variationen ermöglichen, die Abhängigkeit der Lichtführung und die damit verbundene Absorption in der a-Si:H-Schicht zu untersuchen. In Abb. 6.10 ist das Ergebnis dieser Untersuchung bei einer Wellenlänge von 780 nm gezeigt, indem die Absorptionsverstärkung gegen den Modulierungsfaktor aufgetragen wird. Die Absorptionsverstärkung bezieht sich hierbei auf den Vergleich zur nicht texturierten Oberfläche. Für diese Wellenlänge beträgt die Absorptionsverstärkung für die Realstruktur ca. 8,5. Dieser Wert kann durch das Auffüllen der Krater bei einem Modulierungsfaktor von 0,8 auf einen Wert von ca. 9,5 erhöht werden. Auch das Abschneiden der Spitzen führt bei diesem Modulierungsfaktor zu einer, wenn auch geringeren Verbesserung der Absorption in der Schicht. Für die Stauchung sowohl aufwärts wie auch abwärts und für alle anderen Modulierungsfaktoren, die hier untersucht wurden, ist keine Verbesserung der Absorption gegenüber der stochastisch texturierten Oberfläche zu beobachten. Dieses Ergebnis zeigt zum einen, dass es sich bei der stochastisch texturierten Oberfläche, die für die Dünnschichtsolarzelle am IEF-5 eingesetzt wird, bereits um eine, zumindest für die untersuchte Wellenlänge, optimierte Oberflächengestalt handelt. Zum anderen bieten dennoch bereits kleinste Veränderungen der Oberfläche ein deutliches Potential zur Verbesserung der Absorptionseigenschaften. In diesem konkreten Fall bedeutet dies, dass ein leichtes Abstumpfen der Kraterräder und ein entsprechendes Auffüllen der Krater die Lichtführung in der a-Si:H-Schicht deutlich verbessert. Weitere theoretische Untersuchungen, in denen mit Hilfe der Chandezon-Methode [174, 175] das Absorptionsverhalten simuliert wurde, zeigen eindrucksvoll, dass eine Absorptionsverstärkung durch verbesserte Lichtführung in der a-Si:H-Schicht eng mit einer Erhöhung des evaneszenten Anteils verknüpft ist [176]. Dies bedeutet, dass eine Verbesserung der Absorption in einer Dünnschichtsolarzelle wesentlich von
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