Festphasenepitaxie auf Laserkristallisierten Silicium Keimschichten für die Dünnschichtphotovoltaik

Höger, Ingmar

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der epitaktischen Verdickung laserkristallisierter Silicium Keimschichten durch Festphasenepitaxie für die Dünnschichtphotovoltaik. Man kann mittels Festphasenepitaxie bei ca. 600 °C die Kristallstruktur der polykristallinen Keimschichten auf bis zu 3 µm durch Elektronenstrahlverdampfung abgeschiedenes, amorphes Silicium übertragen. Durch den Schmelzprozess bei der Kristallisation der Keimschichten wird die Keimschichtoberfläche in besonderem Maße durch Oxidation und Segregation mit Fremdatomen kontaminiert. Zur Reinigung wurde zusätzlich zur nasschemischen Reinigung eine neuartige in situ Reinigungsprozedur entwickelt, bei der im Anfangsstadium der Abscheidung des amorphen Siliciums ein epitaktischer Schmelzprozess durch Excimerlaser-Beschuss initiiert wird. Die Kristallqualität der epitaktisch gewachsen Schichten ist sehr inhomogen, hauptsächlich begründet durch die Anisotropie des epitaktischen Wachstums hinsichtlich der Kristallorientierung der Keimschicht. So liegt für die <100>-Wachstumsrichtung die größte Wachstumsrate und geringste Defektdichte vor. Mit zunehmender Abweichung von der <100>-Wachstumsrichtung verringert sich die Wachstumsrate und Diffusionslänge, durch erhöhte Versetzungsdichten, gleichermaßen. Durch die großen Unterschiede der Wachstumsrate bis zu einer Größenordnung kommt es zu lateralen Überwachsungen. Diese erhöhen den Wirkungsquerschnitt der Korngrenzen, da diese nicht mehr parallel zur Oberflächennormale liegen. Außerdem reduzieren kontinuierliche Orientierungsänderungen, die schon in den Keimschichten vorliegen, lokal die Diffusionslänge. Die Ursache dafür sind thermische Spannungen, die während der Kristallisation der Keimschichten auftreten. Die Folge dieser Spannungen sind geometrisch notwendige Versetzungen und Kleinwinkelkorngrenzen, die während der Epitaxie auf den Absorber übertragen werden und lokal die Diffusionslänge reduzieren.

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Höger, Ingmar: Festphasenepitaxie auf Laserkristallisierten Silicium Keimschichten für die Dünnschichtphotovoltaik. 2015.

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