Poly-Si films on ZnO:Al coated glass prepared by the aliminium-induced layer exchange process

dc.contributor.advisorRech, Bernden
dc.contributor.authorLee, Kyu Youlen
dc.contributor.grantorTechnische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatiken
dc.date.accepted2010-05-17
dc.date.accessioned2015-11-20T20:04:08Z
dc.date.available2011-01-04T12:00:00Z
dc.date.issued2011-01-04
dc.date.submitted2011-01-04
dc.description.abstractDie 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 %.de
dc.description.abstractThe 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.en
dc.identifier.uriurn:nbn:de:kobv:83-opus-28907
dc.identifier.urihttp://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2973
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2676
dc.languageEnglishen
dc.language.isoenen
dc.rights.urihttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/en
dc.subject.ddc620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeitenen
dc.subject.otherDünnschichtde
dc.subject.otherPhotovoltaikde
dc.subject.otherSide
dc.subject.otherSolarzellende
dc.subject.otherZnOde
dc.subject.otherPhotovoltaicen
dc.subject.otherSien
dc.subject.otherSolar cellsen
dc.subject.otherThin filmen
dc.subject.otherZnOen
dc.titlePoly-Si films on ZnO:Al coated glass prepared by the aliminium-induced layer exchange processen
dc.title.translatedHerstellung von polykristallinem Silizium auf ZnO:Al beschichteten Glassubstraten mit dem Aluminium-induziertem Schichtaustauschverfahrende
dc.typeDoctoral Thesisen
dc.type.versionpublishedVersionen
tub.accessrights.dnbfree*
tub.affiliationFak. 4 Elektrotechnik und Informatik>Inst. Hochfrequenz- und Halbleiter-Systemtechnologiende
tub.affiliation.facultyFak. 4 Elektrotechnik und Informatikde
tub.affiliation.instituteInst. Hochfrequenz- und Halbleiter-Systemtechnologiende
tub.identifier.opus32890
tub.identifier.opus42737
tub.publisher.universityorinstitutionTechnische Universität Berlinen
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