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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