Herstellung und Charakterisierung von Kontaktschichten in Solarzellen aus amorphem Silizium

Kolter, M.

Book/Report

FZJ-2018-04199

Herstellung und Charakterisierung von Kontaktschichten in Solarzellen aus amorphem Silizium

Kolter, M. (Corresponding author)FZJ*

1993
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2751, 63 p. (1993)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19333

Report No.: Juel-2751

Abstract: Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden neben Arbeiten zur lithographischen Strukturierung und zur Modulverschaltung an einer Dreikammer Plasmadepositionsanlageverschiedene n-dotierte Schichten präpariert und charakterisiert. Erstens wurden amorphe n-Schichten ohne und mit Wasserstoffverdünnung hergestellt. Dabei wurde für beide Fälle dieselbe Leitfähigkeit in der Größenordnung von 10$^{-2}$ ($\Omega$cm)$^{-1}$ erzielt. Zweitens wurden Depositionsparameter für mikrokristalline n-Schichten gesucht. In Abhängigkeit von fünf einzeln variierten Präparationsparametern wurde die Leitfähigkeit untersucht. Der Präparationsparametersatz, der die höchste Leitfähigkeit von 80 ($\Omega$cm)$^{-1}$ - unseres Wissens nach überhaupt für 13,56 MHz PECVD - ergab, wurdeverwendet, um die Schichten weiter zu charakterisieren: Ramanmessungen zeigen für die Schicht einen Hauptpeak bei 520 cm$^{-1}$, wie er für mikrokristalline Schichten erwartet wurde. Zwei Auswerteverfahren ergaben - bei im einzelnen unterschiedlichen Zahlen - einen überwiegenden Anteil durch die mikrokristalline Phase in der Schicht, während eines der Auswerteverfahren zusätzlich eine Aussage über die Phononenkohärenzlänge zuließ, die demnach bei nur einigen Nanometer lag. Die optische Charakterisierung ergab einen hohen Absorptionskoeffizienten von ca. 104 (cm)$^{-1}$ im Bereich von 0,5 bis 1,2 eV, während die Absorption im Energiebereich über 2,1 eV für die mikrokristallinen Schichten geringer war als für eine damit verglichene amorphe n-Schicht. Kontaktwiderstandsuntersuchungen für die in Solarzellen auftretenden Schichtpaare wurden unter besonderer Berücksichtigung der verschieden hergestellten n-Schichten durchgeführt. Dazu wurde ein Meßverfahren nach Schade und Smith [l] aufgebaut. Dabei ergab sich für die n-Silber-Kontakte ein Kontaktwiderstand von ca. 0.2 $\Omega$cm$^{2}$ für die amorphen und einer von ca. 0.01 $\Omega$cm$^{2}$ für die mikrokristallinen n-Schichten. Beide Werte sind klein genug, um auf den Wirkungsgrad von amorphenSiliziumsolarzellen einen nur verschwindend kleinen Einfluß auszuüben. Bei Anwendung dieses Meßverfahrens auf das TCO-p-System, das dem Frontkontakt derSolarzelle entspricht, ergab sich ein Kontaktwiderstand von ca. 1 $\Omega$cm$^{2}$, wobei die geringen Schichtleitfähigkeiten dabei eine Meßungenauigkeit von ca. 0.5 $\Omega$cm$^{2}$ bewirkten. Für den im Inneren einer pinpin-Stapelzelle auftretenden Kontakt zwischen n- und p-Schicht wurde für eine amorphe n-Schicht ein Widerstand von ca. 25 $\Omega$cm$^{2}$ ermittelt. Dieser Wert war bei Verwendung einer mikrokristallinen n-Schicht drastisch reduziert, so daß der ermittelte Meßwert in der Größe der dabei vorliegenden Meßungenauigkeit von 0.5 $\Omega$cm$^{2}$ lag. Die verschieden präparierten Schichten wurden im Anschluß daran in Solarzellen eingesetzt. Für die verschiedenen amorphen n-Schichten ergab sich kein wesentlicher Unterschied in der Solarzellencharakteristik der Einzelzellen. Durch den Einsatz von mikrokristallinen n-Schichten ergab sich zunächst ein scheinbar erhöhter Kurzschlußstrom bei verringertem Füllfaktor. Beides konnte eindeutig mit einem sogenannten "Stromsammeleffekt" erklärt werden, bei dem es sich um Strombeiträge der der Zellenkontaktierung benachbarten Bereiche handelt. Dieser Stromsammeleffekt ist auf die erhöhte Schichtleitfähigkeit der mikrokristallinen n-Schicht zurückzuführen, die in der Zelle bis zu etwa 10 ($\Omega$cm)$^{-1}$ beträgt. Dieser Stromsammeleffekt kann durch Verwendung geeignet präparierter n-Schichten vermieden werden. Ziel der Entwicklung der mikrokristallinen Schichten war der Einsatz in Stapelzellen, bei denen der Vorteil des geringeren inneren n-p-Kontaktwiderstandes genutzt werden sollte. Durch die Verwendung einer mikrokristallinen n-Schicht anstelle der Verwendung einer amorphen n-Schicht am inneren n-p-Kontakt konnte eine Verbesserung des Stapelzellenwirkungsgrades um mehr als 1 % absolut (ca. 15 % relativ) demonstriert werden. Bei Degradationsexperimenten an den präparierten Stapelzellen ist die Abnahme des Wirkungsgrades durch die Lichteinstrahlung gegenüber einer Einfachzelle in den ersten 10 Stunden auf ein Viertel, nach 1000 Stunden auf mindestens die Hälfte gesenkt.

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