Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...

4 1. Einleitung
nicht erarbeitet werden. Beispielsweise ist die mikroskopische Ursache der Kraterentstehung
nicht bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Arbeit ist die materialwissenschaftliche Untersuchung des reaktiven,
dynamischen MF-Sputterprozesses zur Herstellung von ZnO:Al-Schichten. Dazu werden
die elektrischen, optischen und strukturellen Eigenschaften der ZnO:Al-Schichten charakterisiert.
Ein Schwerpunkt der Dissertation liegt im Hinblick auf die Anwendung als Frontkontakt in
Silizium-Dünnschichtsolarzellen auf der Untersuchung der Oberflächenmorphologien, die sich
während eines nasschemischen Ätzschrittes entwickeln. Neben den systematischen Studien zum
Ätzverhalten der reaktiv gesputterten ZnO:Al-Schichten wird das Ätzen von Zinkoxid von verschiedenen
Seiten beleuchtet. Dazu werden verschiedene Ätzprozesse sowie das Ätzverhalten
von ZnO-Einkristallen und polykristallinen ZnO:Al-Schichten gegenüber gestellt und deren Zusammenhänge
diskutiert.
Ziel der systematischen Studien zum reaktiven Sputtern von ZnO:Al-Schichten ist die
Erarbeitung eines detaillierten, materialwissenschaftlichen Verständnisses, um darauf aufbauend
die Schichteigenschaften und insbesondere das Ätzverhalten durch die Bedingungen bei
der Schichtherstellung zu steuern. Das technologische Ziel war die Entwicklung optimierter
Frontkontakte mit einem Hochraten-Sputterprozess von kostengünstigen metallischen Targets
für die Anwendung in Dünnschichtsolarzellen und -module auf der Basis des mikrokristalinen
Siliziums.
Die Arbeit ist in folgender Weise gegliedert: Nach der Einleitung werden im Kapitel
2 die physikalischen und technologischen Grundlagen zum Zinkoxid, zu dessen Herstellungsprozessen
und Wachstum, sowie die Rolle der ZnO:Al-Frontkontakte für die Silizium-
Dünnschichtsolarzelle vorgestellt. Daran anschließend werden in Kapitel 3 die verwendeten Depositionsanlagen,
Ätzprozesse und Charakterisierungsmethoden beschrieben. Die experimentellen
Ergebnisse sind in zwei Teile gegliedert. Kapitel 4 enthält einige technologische Aspekte der
ZnO:Al-Deposition, wie die Prozessstabilisierung und die erreichbaren Depositionsraten, sowie
systematische Studien zur Rolle des Aluminiumgehaltes in den reaktiv gesputterten ZnO:Al-
Schichten. Im darauf folgenden Kapitel 5 findet man die Untersuchungen zum Einfluss der Depositionsparameter
auf die Schichteigenschaften und das Ätzverhalten. Die Oberflächenstrukturen
von Zinkoxid-Einkristallen oder polykristallinen Schichten nach verschiedenen Ätzprozessen
werden in Kapitel 6 diskutiert. Kapitel 7 beschreibt die Eigenschaften der Solarzellen, in denen
die gesputterten und nasschemisch texturierten ZnO:Al-Schichten als Frontkontakte eingesetzt
sind. Den Abschluss der Arbeit bildet Kapitel 8, das die Ergebnisse noch einmal kurz zusammenfasst.