Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3439 In dieser Arbeit wurde untersucht, inwiefern Photothermische Deflexions-Spektroskopie
(PDS) als Methode zur Charakterisierung von Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium
geeignet ist. Es wurde gezeigt, daß mit PDS-Messungen die Verluste der Solarzellen im
Betrieb, getrennt nach den einzelnen Verlustmechanismen, spektral aufgelöst bestimmt
werden können. Es ist zusätzlich möglich, größere örtliche Verschiebungen der
Wärmequellen, z.B. den Übergang von Absorption in der Schicht zu überwiegender
Absorption im Substrat, zu messen. Eine örtliche Verschiebung der spannungsabhängigen
Verluste innerhlb einer Solarzelle konnte wegen der geringen Dicke nicht gemessen werden.
Im einzelnen wurde das Problem des dynamischen Wärmetransports in einem System aus
Schichten mit unterschiedlichen Materialparametern mathematisch gelöst und daraus das
erwartete PDS-Signal in Amplitude und Phase berechnet. Die experimentellen Voraussetzungen
wurden geschaffen, um durch eine hohe Signalstabilität (1% im Absolutsignal, 0,1° in der
Phase) die erwarteten kleinen Phasenverschiebungen auflösen zu können. Die
durchgeführten Experimente und die Rechnungen lassen für eine Verschiebung einer
Wärmequelle um 0,4µm in der i-Schicht einer a-Si:H-PIN-Solarzelle eine maximale
Phasenverschiebung von 0,35 ± 0,15° bei einer Chopfrequenz von 14,5 Hz erwarten. Nicht
aufgelöst werden konnten die Auswirkungen von örtlichen Veränderungen der Verluste mit
der Spannung auf die Phase des PDS-Signals, jedoch waren bei wellenlängenabhängigen
Messungen Änderungen der Phase beim Übergang der Absorption im Schichtsystem der
Solarzelle zu überwiegender Absorption im Glassubstrat zu verzeichnen. Aus den
PDS-Spektren der Solarzelle bei verschiedenen Spannungen wurden die Anteile der einzelnen
Verlustmechanismen in Abhängigkeit von der Wellenlänge bestimmt und deren Gesamtanteil
für Beleuchtung bei Sonnenlicht (AM1,5) berechnet. Für eine
Standard-a-Si:H-PIN-Solarzelle ergaben sich: Reflexion 28%, Absorption ohne
Ladungstrennung 34%, Thermalisierung und Verluste in p- und n-Schicht 25%, Feldverluste
2%, Rekombination 1% und Ausbeute 10%, bei einer Genauigkeit von 10% relativ. Die Abnahme
der Ausbeute einer Standard-a-Si:H-PIN-Solarzelle nach Degradation konnte auf eine
erhebliche Zunahme der Rekombination der Ladungsträger zurückgeführt werden. Die aus
den PDS-Messungen bestimmte Quantenausbeute zeigte eine sehr gute Übereinstimmung mit den
Werten ermittelt mit Differential Spectral Response (DSR).
Höhne, Niklas
Photothermische Deflexions-Spektroskopie als Charakterisierungsmethode für Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von amorphem Silizium
94 S., 1997
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