4 Optische Eigenschaften des strukturier - JUWEL ...

4 Optische Eigenschaften des strukturierten
TCO und der Solarzellen
Ziel des Kapitels ist die Untersuchung der Lichtstreuung und Lichteinkopplung in Solarzellen
auf rauen Oberflächensubstraten im Sub-Mikron Bereich. Diese Substrate bestehen aus dem
Trägermaterial Glas und einer darauf abgeschiedenen Zinkoxidschicht als TCO (transparent
conductive oxide). Dieses ZnO besitzt je nach Herstellungsverfahren entweder von sich aus
eine raue Oberfläche Fay [50] oder wird nachträglich durch Ätzprozesse strukturiert, so dass
das Licht an den rauen Grenzflächen gestreut wird. Zunächst werden die Lichtstreueigenschaften
verschiedener ZnO-Substrate untersucht. Variiert wurde die Ätzzeit zwischen 0 s
(ungeätztes Substrat) und 50 s. Mittels AFM wurden die Oberflächen bezüglich ihrer Korrela-
tionslängen akorr sowie der Rauhigkeit �rms charakterisiert. Ferner wurden die optischen Eigenschaften
untersucht. Über diffuse und totale Reflexions- bzw. Transmissionsmessungen
wurde der Haze ermittelt. Die winkelabhängige Leistungsverteilung des gestreuten Lichts
wurde aufgenommen. Auf den so untersuchten Proben wurden mikrokristalline pin-
Solarzellen hergestellt. Die Eigenschaften dieser Solarzellen in Abhängigkeit von der Ätzzeit
sollen - unter Einbeziehung der Substrateigenschaften – das Verständnis der Lichtstreuung in
Dünnschichtsolarzellen mehren.
Gegen Ende des Kapitels wurden die pin-Dioden mit Dioden in nip-Konfiguration (siehe Kap.
4.3.2) verglichen. In beiden Solarzellentypen wurden sowohl geätzte als auch ungeätzte
Front- und Rückkontakt TCOs eingesetzt.
4.1 Oberflächenanalyse der TCO-Schichten
Im Folgenden werden die am Institut für Photovoltaik hergestellten rauen ZnO:Al Substrate
analysiert. Die ZnO-Schichten werden auf einem 1 mm dicken Corning-Glas aufgebracht
(siehe Kap. 3.1). Sie haben in der Regel eine Dicke zwischen hundert und mehreren hundert
Nanometern und sollen eine gute Transparenz in dem für die Solarzelle relevanten Spektralbereich
des Lichts aufweisen [51]. Die Substrate lassen sich in ihrer Transparenz unter anderem
durch Variation des Sauerstoffangebots während des Abscheideprozesses verändern. Der
Sauerstoffgehalt beeinflusst jedoch gleichzeitig die Leitfähigkeit, so dass der Wert für die jeweiligen
Anfordernisse optimiert werden muss (siehe Kluth [52]). Die TCO Oberflächen
werden nachträglich durch Ätzprozesse strukturiert, so dass an den rauen Grenzflächen das
Licht gestreut wird. Durch chemisches Ätzen (siehe Löffl [53] und Kluth [52]) mit verdünnter
Salzsäure (HCl) wird das Substrat rau.
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