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dotiertes mikrokristallines Silizium bei Verwendung von Chlorsilan als Prozessgas (W. Beyer, R.
Carius, M. Lejeune and U. Zastrow, Structural and electronic properties of SiCl4 based
microcrystalline silicon films, MRS Symp. Proc 808 (2004) 389).
Für mikrokristallines Silizium, einem Phasengemisch bestehend aus amorphen und kristallinen
Anteilen, findet man die optimale Qualität für den Einsatz in Solarzellen nicht im Bereich der höchsten
kristallinen Volumenanteile, sondern am Übergang zwischen mikrokristallinem und amorphem
Wachstum, üblicherweise also mit nicht unerheblichen amorphen Volumenanteilen. Dieser
Optimierungspunkt konnte nun auch für die elektrischen Transporteigenschaften bestätigt werden.
Dabei wurde an Material aus unterschiedlichen Herstellungsverfahren die ambipolare Diffusionslänge
mit der "Steady State Photocarrier Grating Methode" gemessen. Mit diesem Verfahren misst man die
für Solarzellen fundamentale Kenngröße "ambipolare Diffusionslänge". Die ambipolare
Diffusionslänge zeigt ein klares Maximum am Übergang vom kristallinem zum amorphen Wachstum
(S. Okur et al., Electronic transport properties of microcrystalline silicon thin films prepared by VHF-
PECVD, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 15 (2004) 187).
Mit Photolumineszenz- und Flugzeitmessungen (TOF) wurde gezeigt, dass lokalisierte Zustände in
mikrokristallinem Silizium als exponentielle Bandausläufer mit der gleichen Steigung von ca. 30 meV
für das Leitungs- und Valenzband beschrieben werden können. Für die Beweglichkeit von Elektronen
und Löchern in p-i-n Dioden mit i-Schichten aus mikrokristallinem Silizium wurden mit TOF Werte von
2 - 3 cm 2 /Vs bei Raumtemperatur gemessen. Damit ist die Beweglichkeit der Löcher um ca. zwei
Größenordnungen höher als bei amorphem Silizium. Das ist konsistent mit Ergebnissen von
Quantenausbeutemessungen und Simulationen an mikrokristallinen Si Solarzellen.
T. Merdzhanova, R. Carius, S. Klein, F. Finger, D. Dimova-Malinovska, Photoluminescence energy
and open circuit voltage in microcrystalline silicon solar cells Thin Solid Films, 451-452 (2004) 285
T.Dylla, F. Finger, E.A. Schiff, Hole Drift mobilities and multiple trapping in microcrystalline silicon,
Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 808 (2004) 109
M.Serin, N. Harder, R. Carius, Investigations of the transport properties of microcrystalline silicon by
time-of-flight (TOF), Journal of Materials Science: Materials in Electronics 14 (2003) 733.
Ein zentrales Arbeitsgebiet ist die Entwicklung von Solarzellen bei hoher Depositionsrate. Hier wurde
durch Anwendung von VHF-PECVD bei hohem Druck eine Erhöhung der Depositionsrate für
mikrokristalline Si Solarzellen auf 1,1 nm/s mit einem Wirkungsgrad von 9,8 % erreicht. Das ist ein
Weltrekord für "Single-Junction" mikrokristalline Si pin Solarzellen, hergestellt mit PECVD.
Insbesondere konnte gezeigt werden, dass durch geeignete Optimierung der
Herstellungsbedingungen keine Variation des Wirkungsgrades als Funktion der Depositionsrate auftritt
(Y. Mai et al. Structure adjustment during high-deposition-rate growth of microcrystalline silicon solar
cells, Applied Physics Letters, 85 (2004) 2839).
Numerische Bauelementsimulationen sind für ein besseres Verständnis der optoelektronischen
Eigenschaften der Solarzellen von großer Bedeutung. Durch numerische Bauelementsimulation
konnte gezeigt werden, dass der spinabhängige elektrische Transport in amorphen und
mikrokristallinen Solarzellen generell auf vergleichbare Transport- und Rekombinationsprozesse
beruht, obwohl sich die Messsignale beider Solarzellentypen deutlich unterscheiden (T. Brammer, K.
Lips, H. Stiebig, Analysis of the spin dependent dark current in microcrystalline silicon solar cells,
Applied Physics Letters, 85 (2004) 1625).
Ein wesentlicher Defekt in amorphem und mikrokristallinem Silizium ist eine Mikrostruktur, die durch
Dichtefluktuationen oder durch die Anwesenheit mikroskopischer Hohlräume (Voids) hervorgerufen
wird. Diese Strukturdefekte können isoliert oder zusammenhängend auftreten. Es wurde gezeigt, dass
durch Effusionsmessungen von implantiertem Helium diese Defekte erfolgreich detektiert und
charakterisiert werden können (W. Beyer, Characterization of microstructure in amorphous and
microcrystalline Si and related alloys by effusion of implanted helium, Physica Statatus Solidi C, 1
(2004) 1144).
Von entscheidender Bedeutung für die Qualität der µc-Si:H Schichten sind die mit
Elektronenspinresonanz detektierbaren paramagnetischen Defekte in ihrer Funktion als
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