Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2676
Main Title: Poly-Si films on ZnO:Al coated glass prepared by the aliminium-induced layer exchange process
Translated Title: Herstellung von polykristallinem Silizium auf ZnO:Al beschichteten Glassubstraten mit dem Aluminium-induziertem Schichtaustauschverfahren
Author(s): Lee, Kyu Youl
Advisor(s): Rech, Bernd
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die Herstellung von polykristallinen Silizium-Schichten (poly-Si) auf mit transparenten, leitfähigen Oxiden (TCO – transparent conductive oxide) beschichteten Glassubstraten eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Solarzellen. Diese Arbeit behandelt das Wachstum von poly-Si mit großen Kristalliten auf Al-dotiertem ZnO (ZnO:Al). Als fundamentaler Ausgangspunkt war es notwendig, temperaturstabile ZnO:Al-Schichten zu entwickeln und darauf erfolgreich poly-Si Schichten zu realisieren. Die drei Schwerpunkte der Arbeit waren: Erstens, die Untersuchung der Temperaturstabilität von ZnO unter einer Silizium-Deckschicht, zweitens die Entwicklung von poly-Si Saatschichten auf ZnO und Glas mittels des Aluminium-induzierten Schichtaustauschsverfahren (ALILE) und drittens, die Herstellung von poly-Si Solarzellen auf ZnO:Al beschichteten Glassubstraten. ZnO:Al-Schichten ohne Si-Deckschicht zeigten unter Temperaturbehandlung einen starken Anstieg des elektrische Widerstands. Die Si-Deckschicht führte dazu, dass die in dieser Arbeit verwendeten ZnO-Schichten nicht nur ihre elektrische Leitfähigkeit behielten sondern sogar bessere elektrische Eigenschaften nach der Temperaturbehandlung zeigten. Desweiteren wurde die Kinetik der Si-Kristallisation für den ALILE-Prozess auf ZnO:Al und Glas verglichen. Dabei zeigte sich, dass sowohl die Aktivierungsenergie für die Nukleation als auch das Kristallwachstum auf beiden Substraten vergleichbar war, allerdings die Kristallbildung auf ZnO wesentlich schneller vonstatten ging. Die strukturellen Eigenschaften der poly-Si Schichten wurden mit Ramanspektroskopie, EBSD (Electron-Backscatter-Diffraction) und Röntgenbeugungsanalyse (XRD) Messungen untersucht. Eine bevorzugte (100) Orientierung der Kristalle wurde sowohl auf Glas als auch auf ZnO mit einem Anteil von 60 % gefunden. Dieser Anteil war unabhängig von den Heiztemperaturen. Tendenziell war die Korngröße auf ZnO etwas kleiner als auf Glas. Secco-Ätzexperimente zeigten keine Beeinflussung der Defektdichte der epitaktisch verdickten poly Si-Schichten durch die Einführung der ZnO-Schicht. Insgesamt gelang es poly-Si Schichten auf ZnO:Al mit dem ALILE-Verfahren und nachfolgender epitaktischer Verdickung herzustellen und erfolgreich in Solarzellen einzusetzen. Diese zeigten eine Lehrlaufspannung von 389 mV und einen Wirkungsgrad von 2 %.
The formation of large-grained polycrystalline silicon (poly-Si) films on transparent conductive oxide (TCO) coated glass opens up new possibilities for the fabrication of photovoltaic devices. This work addresses the growth of large-grained poly Si films on Al doped ZnO (ZnO:Al). A fundamental prerequisite was the realization of temperature stable Al doped ZnO and the successful formation of poly-Si layers on the ZnO:Al layer. The investigated key aspects have been (i) the temperature stability of the ZnO:Al films which are capped with a poly-Si layer, (ii) the study of poly-Si thin films formed on ZnO:Al coated glass and on bare glass (for comparison) by the aluminium-induced layer exchange (ALILE) process, and (iii) the fabrication of poly-Si thin film solar cells on ZnO:Al coated glass. While uncoated ZnO:Al films show a strong increase of resistivity upon heat treatment, Si coating of the ZnO:Al layers used in this study resulted in electrical properties that were not only stable but considerably improved in their electrical properties. The kinetics of Si crystallization on ZnO:Al coated glass and on bare glass by the ALILE process was studied. Although the activation energy for the nucleation and the grain growth on ZnO:Al coated glass showed no significant difference as compared to the activation energy for the nucleation and the grain growth o bare glass, it was found that the ALILE process time on ZnO:Al coated glass is shorter than the ALILE process time on bare glass. Structural properties of poly-Si thin films on ZnO:Al coated glass and on bare glass were studied by Raman spectra, EBST, and XRD measurements. The preferential (100) orientation of poly-Si films on ZnO:Al coated glass and on bare glass had a similar value of 60 % and did not depend on annealing temperatures. The grain size of poly-Si films on ZnO:Al coated glass was slightly smaller than the grain size of poly-Si films on bare glass. The underlying ZnO:Al film did not influence the defect density of thickened poly-Si films as determined by Secco etching. Finally, poly-Si films formed on ZnO:Al coated glass using the ALILE process have been successfully introduced as seed layers in poly-Si thin film sola cells, showing an efficiency and open-circuit voltage of 2 % and 389 mV, respectively.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-28907
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2973
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2676
Exam Date: 17-May-2010
Issue Date: 4-Jan-2011
Date Available: 4-Jan-2011
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Dünnschicht
Photovoltaik
Si
Solarzellen
ZnO
Photovoltaic
Si
Solar cells
Thin film
ZnO
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