Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-4083
Roschek, Tobias
Microcrystalline Silicon Solar Cells Prepared by 13.56 MHz PECVD
VIII, 106 S., 2003

Thema dieser Arbeit war die Entwicklung von Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von mikrokristallinem Silizium mittels PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) bei 13.56 MHz Anregungsfrequenz und hohen Depositionsraten. Mittels umfassender Solarzellenstudien, die von Materialcharakterisierungen begleitet wurden, konnten wir die wichtigsten Bedingungen, die zu hoher Materialqualität bei hohen Depositionsraten notwendig sind, herausarbeiten. Bei der Entwicklung von Solarzellen in verschiedenen Druckbereichen stellte sich heraus, dass ein hoher Depositionsdruck entscheidend für hohe Materialqualität bei hohen Depositionsraten ist. Plasmen bei hohem Druck (>10 Torr) ließen sich nur bei kleinen Elektrodenabständen zünden. Weitere wichtige Faktoren für gute Solarzellen waren ein hoher Gesamtgasfluss und eine Substrattemperatur, die einen Wert von ~200 °C nicht überschreitet. Alternativ wurden Zellen mittels gepulster Plasmaanregung abgeschieden. Bis zu Depositionsraten von ~5 Å/s wurden ähnlich gute Ergebnisse wie mittels konventioneller Abscheidung erreicht, bei höheren Raten nahm der Wirkungsgrad der Solarzellen stark ab. Zusammenfassend ist zu sagen, dass wir das Ziel hochwertige mikrokristalline Solarzellen bei hohen Depositionsraten herzustellen erreichten. Die größten technologischen Erfolge waren Solarzellen mit Wirkungsgraden von 9.1 %, 9.0 % und 8.9 % bei Depositionsraten von 1,3 und 4 Å/s. Bei Depositionsraten von 9 Å/s konnten immer noch Wirkungsgrade von 7.9 % erreicht werden. Weiterhin erarbeiteten wir ein Verständnis dafür, welche Plasmabedingungen zu hoher Materialqualität bei hohen Depositionsraten führen.

Topic of this thesis was the development of thin film solar cells based on microcrystalline silicon prepared by 13.56 MHz PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) at high deposition rates. Comprehensive solar cell studies, which were accompanied by material studies, resulted in the identification of the most important prerequisites for high quality solar cells at high growth rates. During the development of solar cells in various pressure regimes, a high deposition pressure emerged as key parameter for good solar cell performance at high deposition rates. Plasma ignition at high deposition pressures (>10 Torr) was only possible at low electrode distances. Other important factors were a high total gas flow and a substrate temperature, which should not exceed ~200 °C. As alternative approach deposition by pulsed plasma excitation was investigated. At deposition rates up to ~5 Å/ls efficiencies comparable to continuous excitation were achieved, at higher rates the efficiency significantly decreased. In summary we succeeded in developing high quality solar cells at high deposition rates. Highlights were solar cells with 9.1, 9.0 and 8.9 % efficiency for deposition rates of 1,3 and 4 Å/s, respectively. At 9 Å/s still a high efficiency of 7.9 % was achieved. Furthermore we gained an understanding of the prerequisites regarding the plasma properties to achieve high growth rates and high quality material.

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Letzte Änderung: 07.06.2022