Lichtstreuende Oberflächen, Schichten und Schichtsysteme zur ...

2 Grundlagen
Tsuji [114] Fang [118] Takata [112] Haug [117, 120]
TDM [wt%] 3 2 0,5 bzw. 2 2
TS [ ◦ C] RT RT RT RT...400
ptemper [Pa] 1,3 · 10 −3 1,3 · 10 −3 1,3 · 10 −4 < 1 · 10 −7
d [nm] 500 400 200 ...700 keine Angabe
µvorher [ cm2 /Vs] 3 ...6 8 7 bzw. 14 9 ...23
Temper-Dauer [h] 4 2 1 keine Angabe
Ttemper [ ◦ C] 400 500 400 550
Tabelle 2.2: Parameter von ZnO:Al Temperatur-Nachbehandlungsexperimenten im
Vakuum. Targetdotiermenge (TDM), Substrat-Temperatur während der Deposition
(TS), Restgasdruck während des Temperns (ptemper), Filmdicke (d), Beweglichkeit vor
dem Tempern (µvorher), Temper-Dauer (in Stunden) sowie die Substrat-Temperatur
während der Nachbehandlung (Ttemper) sind angegeben.
Substratheizung (Raumtemperatur, RT in der Tabelle). Ferner weisen die von
den Autoren untersuchten ZnO:Al-Filme verhältnismäßig geringe Beweglichkeiten
im Vergleich zu den hier betrachteten Filmen auf.
Insgesamt zeichnen die Veröffentlichungen in der Literatur ein uneinheitliches
Bild vom Vakuum-Temperverhalten von rf-magnetron-gesputterten ZnO:Al-
Filmen auf Glas. Dieses legt nahe, dass Details der Depositionsbedingungen
und/oder der Nachbehandlung einen wesentlichen Einfluss besitzen.
2.6 Theoretische Limits und Simulationen
In der Literatur finden sich viele verschiedene Ansätze, um ein oberes Limit
für das Lighttrapping aus theoretischen Überlegungen abzuleiten. Dabei werden
unterschiedliche, idealisierende Annahmen getroffen. Die Berechnungen basieren
zumeist auf semi-empirischen Ansätzen (vergl. z.B. [121–128]) oder auf First-
Principles 5 -Simulationen.
Im Fall der First-Principles-Simulationen wird das Bauelement in ein möglichst
feines Raster zerlegt, und anschließend werden die Maxwellgleichungen
für dieses Raster numerisch mit der Finite-Elemente- [129] bzw. Finite-Integral-
Methode (näherungsfrei) [130] gelöst. Dieser Ansatz ist wegen der großen Anzahl
der zu simulierenden Rasterzellen (einer jeweiligen Größe von ca. 10 × 10 ×
10 nm 3 ) sehr rechenintensiv. Es wird lediglich ein Solarzellenvolumen in der
Größenordnung von 1 µm 3 ohne das Glassubstrat betrachtet, so dass diffraktive
Elemente als periodisch angenommen werden müssen. Als Materialkonstanten
gehen die in Messungen bestimmten, komplexen Brechungsindizes ñ ein. Für
den Rückreflektor wird meist das Verhalten eines idealen Metalls angenommen
[130], da die optischen Eigenschaften nicht hinreichend bekannt sind. Mit
den First-Principles-Simulationen lassen sich experimentell beobachtete Trends
reproduzieren, absolute Stromdichten können derzeit jedoch noch nicht exakt
vorhergesagt werden.
5 first-principles, engl. Grundprinzipien
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