Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...

142 7. Solarzellen
und in geringem Maß auf die unterschiedliche Bandkante durch die Burstein-Moss-Verschiebung
der ZnO:Al-Schichten zurückzuführen sind. Die Interferenzmuster beruhen auf internen Reflexionen,
bei denen ein Teil des Lichtes wieder aus der Solarzelle ausgekoppelt wird. Im roten
und infraroten Wellenlängenbereich wird die schwache Lichtabsorption des Siliziums durch das
Lighttrapping wesentlich verstärkt. In diesem Bereich gelten die QE-Kurven als ein direktes Maß
für die Effizienz des Lighttrappings. Die Höhe der QE nimmt ausgehend vom Übergangsbereich
(H35 PEM = 35 %) in Richtung der metallischen ZnO:Al-Abscheidung ab. Dies entspricht dem
beobachteten Abfall der Kurzschlussstromdichte von 23 mA/cm 2 auf 20 mA/cm 2 . Im Vergleich
zu der glatten ZnO:Al-Schicht führen alle durch Ätzen erzeugte Oberflächenmorphologien der
ZnO:Al-Schichten zu einer deutlichen Anhebung der QE im gesamten Spektralbereich. Die optimierte
Referenzschicht bewirkt einen noch einmal leicht höheren Quantenwirkungsgrad. Dies
wirkt sich in einer gegenüber den Solarzellen auf reaktiv MF-gesputterten ZnO:Al-Schichten erhöhten
Stromdichte von 23,3 mA/cm 2 aus. Damit wird ein Potenzial zur weiteren Optimierung
der reaktiv gesputterten ZnO:Al-Schichten deutlich.
7.2 Optimierung der ZnO:Al-Schichten für die Solarzellen
TCO-Frontkontakte für Silizium-Dünnschichtsolarzellen müssen drei entscheidende Eigenschaften
vereinen:
1. hohe Leitfähigkeit für verlustarmen Stromtransport,
2. hohe Transparenz im VIS und NIR für geringe Absorptionsverluste im TCO und
3. optimierte Oberflächenstrukturen für optimale Lichteinkopplung und effizientes Lighttrapping.
Für eine gleichzeitig hohe Transparenz bis in den infraroten Spektralbereich ist eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit
im TCO zwingend notwendig. Eine notwendige Voraussetzung für
hohe Beweglichkeiten ist eine geringe Dotierkonzentration. Für die reaktiv gesputterten ZnO:Al-
Schichten wird dies nur mit einer Aluminiumkonzentration CAl � 1,5 at% im Target erzielt.
Gleichzeitig muss als weitere Bedingung eine Erhöhung der Substrattemperatur auf TS ≈ 300 ◦ C
erfolgen, damit hohe Beweglichkeiten auch tatsächlich erzielt werden.
Für eine optimale Umsetzung des Lichtes in elektrischen Strom muss das Licht an der TCO-
Silizium-Grenzfläche in geeigneter Weise gestreut werden, um ein effektives Lighttrapping in
den Solarzellen hervorzurufen. Die wichtigsten Einflussgrößen zur Steuerung der Oberflächenstruktur
sind die Herstellungsparameter Druck, Temperatur und das Sauerstoffangebot, sowie