Optische Materialuntersuchungen für Si-Dünnschichtsolarzellen: ZnO, Ga₂O₃ und Lichteinfang

Matthias Rebien

ISBN 978-3-8325-0303-1
160 Seiten, Erscheinungsjahr: 2003
Preis: 40.50 €

Die direkte Wandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie ist eine der aussichtsreichsten Möglichkeiten für die nachhaltige Versorgung mit Elektroenergie. Kostengünstige Dünnschichtsolarzellen zählen zu den vielversprechenden Kandidaten für diese photovoltaische Energiewandlung.

Diese Arbeit befaßt sich mit optischen, strukturellen, morphologischen und elektrischen Eigenschaften dünner Schichten für Solarzellen. Besondere Beachtung gilt den linearen optischen Eigenschaften im sichtbaren und den angrenzenden Spektralbereichen. Den Schwerpunkt bilden ellipsometrische und photometrische Untersuchungen dielektrischer Schichten (ZnO, β-Ga₂O₃) sowie transparenter leitfähiger Oxide (ZnO:Ga, ZnO:Al), die unter Berücksichtigung der Defektdichte und exzitonischer Einflüsse interpretiert werden. Verschiedene Präparationsverfahren wurden hinsichtlich der Eigenschaften der resultierenden dünnen Schichten untersucht - insbesondere die RF-Magnetron-Sputterdeposition und das neue Verfahren Ion Layer Gas Reaction (ILGAR).

Referenzspektren für Sputter-ZnO mit einem bisher nicht erreichten Maß an Übereinstimmung mit Einkristallspektren wurden ermittelt und analysiert. Hierauf basierend gelang die Interpretation der Eigenschaften von ILGAR-ZnO. Erstmalig wurden sehr exakte Spektren der Dispersion des Brechungsindex von β-Ga₂O₃ durch simultane Modellierung verschieden dicker Schichten in Mehrprobenanalysen bestimmt. Für die Modellierung von Heterostrukturspektren wurden darüber hinaus die dielektrischen Funktionen von mikrokristallinem Silicium (μc-Si:H) und von Metallschichten (Al, Ag) sowie deren Oxidationskinetik ermittelt.

Ein weiteres wesentliches Resultat behandelt das Problem der auch als Light Trapping bekannten Absorptionserhöhung in dünnen absorbierenden Schichten aufgrund von Lichteinfangstrukturen. Ein neues Verfahren, das deren experimentelle Charakterisierung deutlich vereinfacht, wird demonstriert und mit Simulationsrechungen verglichen.