Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4411
Main Title: Innovative front contact systems for a-Si:H/µc-Si:H solar cells based on thermally treated zinc oxide
Translated Title: Innovative Frontkontakt-Systeme für a-Si:H/µc-Si:H Solarzellen basierend auf thermisch nachbehandeltem Zinkoxid
Author(s): Neubert, Sebastian
Advisor(s): Rech, Bernd
Stannowski, Bernd
Ruske, Florian
Referee(s): Rech, Bernd
Ballif, Christophe
Dähne, Mario
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Diese Arbeit beschreibt die Verwendung von thermisch nachbehandeltem Aluminium-dotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) als Frontkontakt in Tandem-Dünnschichtsolarzellen, welche auf amorphem Silizium (a-Si:H) und mikrokristallinem Silizium (µc-Si) basieren. In vorangegangenen Studien wurde entdeckt, dass sich die opto-elektronischen Eigenschaften von ZnO:Al (insbesondere die Mobilität) durch Tempern unter einer Deckschicht aus a-Si:H bei Temperaturen von bis zu 650°C wesentlich verbessern lassen. Zunächst wurde dieser Prozess auf die Solarzellenentwicklung am PVcomB übertragen. Darüber hinaus wurde der Effekt in einer systematischen Studie mit Hinblick auf die Anwendung in Tandem-Solarzellen weitergehend untersucht. Hierfür wurde sowohl von einem Industriepartner bereitgestelltes, als auch in unserem Haus entwickeltes, DC-Magnetron gesputtertes ZnO:Al verwendet. Es wurden prinzipiell zwei Vorgehensweisen etabliert: (1) Eine Verbesserung der Transparenz des ZnO:Al’s bei konstanter Schichtdicke und gleichbleibendem Schichtwiderstand und (2) eine Minimierung der ZnO:Al-Schichtdicke bei gleichbleibendem Wirkungsgrad. Mit dem ersteren Ansatz konnten Zell-Wirkungsgrade von bis zu 12.1% (nach Lichtalterung) erreicht werden. Darüber hinaus konnten serienverschaltete Mini-Module mit einem Wirkungsgrad von 11.6% (nach Lichtalterung, apert. area) gezeigt werden. Der zweite Ansatz erlaubte vorerst eine Verringerung der ZnO:Al Schichtdicke von 820 auf 550nm ohne Wirkungsgradeinbußen. Für dünnere ZnO:Al Schichten wurden mikro-texturierte Glassubstrate verwendend, da die geringe ZnO:Al Schichtdicke keine ausreichende Texturierung durch Ätzen erlaubt. Das Licht-Management in Tandem-Solarzellen, welche auf solchen Substraten basieren, wurde detailliert untersucht. Mit diesem Ansatz konnte anhand von Mini-Modulen gezeigt werden, dass die Verwendung von thermisch nachbehandeltem ZnO:Al selbst für 100nm dünne Schichten keinen signifikanten Wirkungsgradverlust im Vergleich zu einer Referenz verursacht.
This thesis describes the implementation of thermally treated aluminum-doped zinc oxide (ZnO:Al) as front electrode (transparent conducting oxide, TCO) in thin-film silicon tandem solar cells based on amorphous silicon (a-Si:H) and microcrystalline silicon (µc-Si:H). In previous studies it was found that the opto-electronic properties of ZnO:Al (i.e. mobility) are fundamentally improved upon annealing at temperatures up to 650°C when capped with an a-Si:H layer. First of all, this process was scaled and technologically implemented in the solar cell development at PVcomB. Afterwards, this phenomenon was further investigated in a systematic study with focus on application in tandem solar cells. DC-sputtered ZnO:Al both from an industrial supplier and in-house developed have been used. Generally, two routes were identified: (1) Improving the transparence of the ZnO:Al while maintaining the thickness and sheet resistance and, (2), minimizing the TCO thickness, thereby, maintaining cell efficiency. The first approach led to tandem cells with highest conversion efficiency, reaching 12.1 % (after light soaking). Moreover, series connected mini modules with 11.6 % (after light soaking, apert. area) were demonstrated. The second approach first allowed to reduce the ZnO:Al layer thickness from 820 to 550 nm while maintaining efficiency. For thinner ZnO:Al layers micro-textured glass was used as substrate, since small ZnO:Al thickness did not allow to sufficiently texture the surface by etching. Light management in tandem solar cells based on such front electrode systems was investigated in detail. With this approach it was demonstrated in mini modules that an annealed ZnO:Al layer as thin as 100 nm did not result in significant efficiency loss compared to the reference.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-65134
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4708
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4411
Exam Date: 12-Nov-2014
Issue Date: 23-Apr-2015
Date Available: 23-Apr-2015
DDC Class: 621 Angewandte Physik
Subject(s): Dünnschicht-Silizium
Mikromorph
Thermische Behandlung
Zinkoxid
Micromorph
Thermal treatment
Thin film silicon
Zink oxide
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
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