Halbleiter-Isolator-Halbleiter-Heteroübergang mit Atomlagenabscheidung als Schottky-Tunnel-Solarzelle auf nanostrukturiertem Silizium

Talkenberg, Florian GND

Die vorliegende Arbeit befasste sich grundlegend mit der Herstellung und Untersuchung der Wirkungsweise einer Solarzelle der 3. Generation. Dabei wird eine nasschemisch geätzte Silizium-Nanostruktur zur Steigerung der Absorption genutzt. Statt eines klassischen p-n-Übergangs dient ein mit Atomlagenabscheidung (engl. ‚Atomic Layer Deposition‘, ALD) hergestellter Halbleiter-Isolator-Halbleiter-Heteroübergang (engl. ‚Semiconductor-Insulator-Semiconductor‘, SIS) zur Ladungstrennung. Dieser setzt sich aus Silizium, einer dünnen (< 3 nm) dielektrischen Isolatorschicht und einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO) aus aluminiumdotierten Zinkoxid (AZO) zusammen. Zunächst wird die Wirkungsweise des SIS-Überganges auf einer polierten Siliziumoberfläche durch Modifikationen des ALD-Prozesses, die Verwendung verschiedener Dotierungen des Siliziums und unterschiedlicher Dielektrika (Aluminiumoxid (Al2O3), Hafniumoxid (HfO2), Titanoxid (TiO2)) als Material der Isolatorschicht untersucht. Hier wird aufgezeigt, dass der SIS-Übergang maßgeblich durch die Grenzflächenbildung, fixierte Ladungen und die Qualität der Isolatorschicht beeinflusst wird. Anschließend befasst sich die Arbeit mit der Wirkung einer nanostrukturierten Siliziumoberfläche unter Anpassung der Morphologie und Strukturtiefe auf den SIS-Übergang. Übersteigt dabei die Strukturtiefe 2 µm, führen Rekombinationen aufgrund einer inhomogenen Beschichtung zu starken Leistungsverlusten der Solarzelle. Durch die strukturierte Oberfläche konnte neben einer erhöhten Absorption (> 90%) die Ladungsträgersammlung verbessert werden. Dies führt zu einer Steigerung des Wirkungsgrades um den Faktor 2,4 im Vergleich zu einer polierten Oberfläche.

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Talkenberg, Florian: Halbleiter-Isolator-Halbleiter-Heteroübergang mit Atomlagenabscheidung als Schottky-Tunnel-Solarzelle auf nanostrukturiertem Silizium. Jena 2016.

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