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5.3 Einfluss der Targetdotiermenge und der Substrat-Temperatur Abbildung 5.9: Quanteneffizienz QE und totale Zellabsorption 1 − RZelle von µc-Si:H-Zellen mit di-Si ≈ 1 µm. TDM und TS wurden bei der Frontkontakt- ZnO:Al-Deposition analog zur Matrix in Abb. (a) variiert. Der Oberflächentopographie-Typ ist durch die Symbolform kodiert (vergl. Abb. 4.1), und die errechnete Zellstromdichte ist in mA/cm 2 jeweils unterhalb der Schichtbezeichnung angegeben. 115
5 ZnO:Al als Frontkontakt in Solarzellen Abb. 5.9(b) und 5.9(c) weicht im Detail voneinander ab, da es sich bei den Quanteneffizienzen aus Abbildung (b) um Zellen einer anderen Silizium-Deposition als bei den Zellen aus Abbildung (c) handelt. Einen Vergleich der drei Oberflächentopographie-Typen zeigen die Quanteneffizienzen in Abb. 5.9(d). Die Typ II Oberflächentopographie mit TDM = 1wt% (B) besitzt die höchste Quanteneffizienz trotz vergleichsweise hohen Absorptionsverlusten im langwelligen Spektralbereich. Im Gegensatz dazu liefert die Typ I Oberflächentopographie mit TDM = 0,2 wt% (H) die geringste QE mit einer zugehörigen Zellstromdichte von lediglich 17,6 mA/cm 2 . Die Solarzelle mit der Typ III Oberflächentopographie zeigt Interferenzeffekte sowohl in der QE als auch in der totalen Zellabsorption. Diese Interferenzeffekte sind noch deutlicher ausgeprägt im Fall von Zellen auf einem glatten ZnO:Al-Frontkontakt (vergl. Abb. 2.4, S. 11). Die auffallend niedrigen QE-Werte der Zelle H mit Typ I Oberflächentopographie – insbesondere im Vergleich zu den Zellen F und J mit ebenfalls Typ I Oberflächentopographie – sind durch die besonders geringe elektrische Leitfähigkeit des zugehörigen Frontkontakts (vergl. Abb. 4.8, S. 72) bedingt. Das Anlegen einer Biasspannung während der QE-Messung kann zur Abschätzung der aus optischen Gesichtspunkten möglichen Quanteneffizienz dienen. Im Fall der Zelle H wurde unter Verwendung einer Biasspannung von -0,75 V eine QE mit zugehöriger Zellstromdichte von 21,8 mA/cm 2 gemessen (nicht gezeigt). Insgesamt weist jedoch die Typ II Oberflächentopographie das effizienteste Lighttrapping auf. In Abb. 5.9(e) wird eine Serie mit unterschiedlichen Depositionsparametern bei konstanter Targetdotiermenge von 1 wt% des Frontkontakt-ZnO:Al betrachtet. Damit erfolgt hier ein Vergleich von Typ I und Typ II Oberflächentopographien bei identischer TDM. Erneut besitzen die Zellen mit Typ II Frontkontakten (B, I) gegenüber der Zelle mit Typ I Frontkontakt (J) deutlich höhere Quanteneffizienzen. Aus diesen Ergebnissen wird ersichtlich, dass für hohe Zellstromdichten in erster Linie Frontkontakte mit Oberflächentopographie vom Typ II benötigt werden. Daneben sind nachrangig hinreichend niedrige Targetdotiermengen hilfreich. Kombiniert mit der Typ II Oberflächentopographie zeigen die geringen TDM von 0,5 wt% und 0,2 wt% tendenziell die höchsten Quanteneffizienzen. 5.3.2 Zellstromdichte In Abb. 5.9 wurden exemplarisch einzelne Quanteneffizienzen mit Depositionsparametervariationen entlang verschiedener Wege durch die Matrix aus TDM und TS betrachtet. In diesem Abschnitt werden die errechneten Zellstromdichten jQE aller im Rahmen dieser Depositionsparameterserie untersuchten µc-Si:H- Zellen mit di-Si = 1 µm bis1,1µm betrachtet. Zunächst wird die Zellstromdichte analog zu der Arbeit von Lechner et al. [25] in Abhängigkeit des Haze, der ein Maß für die Lichtstreuung darstellt, sowie in Abhängigkeit der PSD, die die Oberflächentopographie beschreibt, ausgewertet. Anschließend wird die Gesamtheit der Zellstromdichte mit Blick auf die Depositionsparameter der ZnO:Al- Frontkontakte diskutiert. 116
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