4 Optische Eigenschaften des strukturier - JUWEL ...

5. Optische Eigenschaften des stukturierten TCO und der Solarzellen
Eine wichtige Bedingung für einen effektiven Lichteinschluss ist die totale Reflexion. Dafür
muss � > �tot-refl sein.
� sin� � sin�
tot�Re f � sin� � 1
Gl. 5.3
Nach Gl.5.1 findet totale Reflexion für ein Beugungsgitter statt wenn gilt:
�
P
n � P
� 1 � � �
Gl. 5.4
m
m medium
Luft
Diese oben genannte Bedingung ist für die untersuchten Transmissionsgitter im für Solarzellen
relevanten Spektralbereich nicht erfüllt, da die Periode P � 1,2 µm ist. Die verwendeten
Strukturen führen nicht zu mehrfacher Reflexion für �� 1,2 µm, da die Periode größer ist als
die Wellenlänge, die der Bandlückenenergie des Absorbermaterials entspricht. Dies ist ein
Grund für die geringe Quantenausbeute im roten Spektralbereich der Zellen mit integriertem
Transmissionsgitter.
Dem gegenüber zeigen Dioden auf geätztem TCO-Substrat mit einer Korrelationslänge von
1 µm, welche vergleichbar mit der kleinsten Periode des Beugungsgitters ist, eine hohe Quantenausbeute
im Bereich von 600 nm< � < 1100 nm. Im Kap 4 ist gezeigt worden, dass sich im
roten Spektralbereich Quantenausbeuten aller Zellen für eine Korrelationslänge des Substrates
von 1 µm und kleiner als 1 µm kaum voneinander unterscheiden. Eine einfache Anwendung
der Transmissionsmessungen und Reflexionsmessungen im Fernfeld ist daher zur Diskussion
der Beugungsphänomene im Nahfeld in der Zelle zulässig.
Überraschenderweise sind die Quantenausbeutekurven im blauen Spektralbereich der Zellen
mit dem Transmissionsgitter vergleichbar mit den Zellen auf geätzten Substraten, obwohl die
Reflexion dieser Dioden mit der Reflexion einer Zelle auf glattem Substrat übereinstimmt
(siehe Abbildung 5.17 und Abbildung 5.18). Aufgrund der Größe der Periode des untersuchten
Transmissionsgitters (bis zu 4 µm) ist keine effektive Anpassung des Brechungsindexes
zwischen dem TCO und dem Si zu erwarten. Daher sollte die Reflexion der Zellen mit und
ohne Transmissionsgitter gleich sein, was auch in den Reflexionsdaten beobachtet wird. Der
Zugewinn in der Quantenausbeute im blauen Spektralbereich bei den Zellen mit einem
Transmissionsgitter kann also nicht auf eine bessere Lichteinkopplung zurückgeführt werden
[79]. Um diese Frage zu untersuchen, wurde die p-Schichtdicke der Solarzellen, welche auf
dieses Transmissionsgitter abgeschieden sind, vergrößert. Die Abbildung 5.21 zeigt die Quantenausbeute
der µc-Si:H Solarzellen für eine Stufenhöhe von 100 nm und einer im Vergleich
zur Standardschicht doppelt so dicken p-Schicht.
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