Lichtstreuende Oberflächen, Schichten und Schichtsysteme zur ...

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4.1 Depositionsparameterstudie Abbildung 4.12: Spektraler Verlauf des Haze für drei ausgewählte Filme (TS = 375 ◦ C, verschiedene TDM analog zu Abb. 4.10) (a) und Auswertung des Haze exemplarisch für die Wellenlänge λ = 1 µm in Abhängigkeit der Substrat-Temperatur (b). Symbolfarbe und Symbolform repräsentieren analog zu den vorherigen Abbildungen TDM bzw. Oberflächentopographie-Typ. Die zusätzlich eingezeichneten Linien sind Führungslinien. Substrat-Temperatur steigen die Haze-Werte an. Lediglich im Fall der Targetdotiermenge von 2 wt% nehmen die Haze-Werte mit TS ab. Der Anstieg der Haze-Werte ist deutlich ausgeprägt bei der Übergangstemperatur, bei der die Oberflächentopographie vom Typ I (Stern) zum Typ II (Dreieck) wechselt. Beim Übergang zur Typ III Oberflächentopographie (Quadrate) zeigen die Haze-Werte eine abnehmende Tendenz. Es fällt auf, dass die maximal erreichten Haze- Werte mit abnehmender Targetdotiermenge ansteigen. Drei mögliche Ursachen dafür werden im Folgenden einzeln diskutiert. • Die im Detail leicht unterschiedlichen Oberflächen der Typ II Topographien (vergl. Abb. 4.2, S. 65) könnten systematisch variieren und so zu einer günstigeren Streuung im Fall der Filme mit geringeren TDM führen. Eindeutige Trends in der Typ II Oberflächentopographie mit TDM wurden jedoch nicht beobachtet. Außerdem ist ein genauer Zusammenhang zwischen Oberflächentopographie und Lichtstreuung noch nicht ausreichend verstanden [25, 26]. 75
4 Materialeigenschaften von ZnO:Al • Die mit der Reduktion von TDM einhergehende verminderte parasitäre Absorption in den ZnO:Al-Filmen könnte ebenfalls eine Ursache sein. Das Zinkoxid besitzt in dem optischen System, an dem die Haze-Messung erfolgt, den größten Brechungsindex (vergl. Abschn. 3.3.6). Der große Brechungsindexsprung von Zinkoxid zu Luft führt zu einer starken Lichtstreuung an der rauen Grenzfläche und damit zu einer Verstärkung der Energiedichte innerhalb des Zinkoxids. Dieses interne Lighttrapping könnte zu einer zusätzlichen Gewichtung der Absorption des ZnO-Films führen. • Eine weitere Erklärung für die hohen Haze-Werte im Fall der niedrigen Targetdotiermengen kann auch ein mit der Veränderung der Ladungsträgerdichte einhergehender, unterschiedlicher Brechungsindex [164] sein. Vaněček et al. [165] fanden für Proben der hier betrachteten Depositionsparameterstudie lediglich eine geringe Abweichung des Brechungsindex von ca. ±0,1 im für Silizium-Dünnschichtsolarzellen relevanten Spektralbereich. Insbesondere bei der für die Auswertung der Haze-Messungen verwendeten Wellenlänge λ = 1 µm ist die Übereinstimmung sehr hoch, so dass Unterschiede im Brechungsindex vermutlich nicht für die hohen Haze-Werte verantwortlich sind. 4.1.6 Zusammenfassung und Diskussion In diesem Kapitel wurde aufbauend auf vorherigen Arbeiten von Agashe et al. [71] und Kluth [13] die strukturellen, elektrischen und optischen Eigenschaften von rf-gesputterten ZnO:Al-Filmen in Abhängigkeit der zwei Depositionsparameter Targetdotiermenge und Substrat-Temperatur studiert. Die Arbeit von Agashe et al. wurde um die Betrachtung der sich beim Ätzen ausbildenden Oberflächentopographie erweitert. Ferner wurde der Einfluss der Substrat-Temperatur ausführlich untersucht. Die hier vorgestellten Ergebnisse ergänzen die Studien von Kluth durch den Parameter Targetdotiermenge als eine zusätzliche Einflussgröße auf das Ätzverhalten. Wie die Serien gezeigt haben, muss bei Verringerung der TDM die Substrat-Temperatur erhöht werden, um Filme mit vergleichbaren Eigenschaften zu erhalten. Dieses kann durch den von Cebulla et al. und Hüpkes beschriebenen begünstigenden Einfluss der Aluminium-Dotierung auf das Wachstum bedingt sein [90, 101]. Die mikroskopische Ursache ist allerdings nicht bekannt. Im Folgenden werden zunächst die wesentlichen Eigenschaften der Filme entsprechend ihres Typs zusammengefasst. Anschließend werden die Ergebnisse im Kontext des von Kluth vorgestellten modifizierten Thornton- Modells betrachtet (vergl. Abschn. 2.4.2). 76 • Typ I: Bei niedrigen TDM und niedrigen TS besteht die Oberflächentopographie nach dem Ätzen aus scharfkantigen, lateral kleinen Körnern der Größe von ca. 300 nm mit steilen Flanken. Die zugehörige Struktur- Öffnungswinkel-Verteilung ist breit und die mittleren Struktur-Öffnungswinkel sind typischerweise deutlich kleiner als 125 ◦ . Die RMS-Rauigkeit bewegt sich üblicherweise in einem mittleren Bereich von 50 nm bis 100 nm. In der PSD-Auswertung zeigen die Typ I Oberflächen die größten Werte bis Strukturgrößen von λ � 1 µm. In Röntgenbeugungsexperimenten in
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