abstract
In dieser Arbeit wird ein halbanalytisches Modell zur Berechnung der elektrischen Eigenschaften von poly-Si/SiOx/c-Si Kontaktschichten vorgestellt. Diese Kontakte werden für hocheffiziente Siliziumsolarzellen verwendet. Das Modell berechnet Majoritäten- und Rekombinationsströme auf Grundlage der strukturellen Schichteigenschaften (Dotierung, Oxiddicke und Grenzflächenstörsttellendichte) in Abhängigkeit der angelegten Spannung, der Beleuchtung und der Temperatur. Sowohl quantenmechanisches Tunneln als auch Ströme durch kleine Öffnungen im Oxid (Pinholes) werden berücksichtigt. Das Modell kann insbesondere genutzt werden um die ansonsten schwer messbare Grenzflächenstörstellendichte Dit,cSi an der Oxid/c-Si Grenzfläche zu bestimmen. Die Bestimmung geschieht indirekt aus Messungen des Dotierprofils, des temperaturabhängigen Kontaktwiderstands (pC(T)), der Lebensdauer (PCD) und/ oder der Strom-Spannungscharakteristik (U-I). Das Modell trägt den Namen MarcoPOLO-Modell.
Das Modell wird im Vergleich mit finite-Elemente-Simulationen getestet und seine Eignung, pC(T)-, PCD- und U-I-Messungen mit einem einzigen Parametersatz zu beschreiben, wird an Messungen gezeigt. Danach wird mit Modellrechnungen der Einfluss von Ausheiltemperatur, Wasserstoffbehandlung, Brennen, Dicke der poly-Si Schicht und Oberflächentextur auf die Störstellenkonzentration Dit,cSi anhand von Messungen von elektronensammelnden poly-Si-Kontaktschichten diskutiert.
Auf einem speziell preparierten Pinhole-freien Probenbereich kann Dit,cSi aus pC(T) und U-I-Messungen für eine der modernsten löchersammelnden Schichten bestimmt werden. Ein Vergleich mit PCD-Messungen erlaubt die Bestimmung der Einfangquerschnitte für Elektronen an dieser Kontaktschicht. Mit den ermittelten Werten werden Optimierungsstrategien für modernste poly-Si Kontaktschichten beider Polarität diskutiert. Optimale Elektronen- und Löchersammelnde Schichten können sowohl mit dünnen Grenzflächenoxiden (dominierende Tunnelströme) und/ oder großen Pinholedichten (dominierende Ströme durch Pinholes) realisiert werden, sofern die Dotierstoffkonzentration an der SiOx/c-Si Grenzfläche hoch ist (\textgreater 1x1018 cm-3) und die Störstellenkonzentration klein (\textless 1x1012 cm-2 eV-1). Der Parameterraum für optimale elektronensammelnde Schichten ist dabei größer als für löchersammelnde Schichten. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird die Optimierung in Bezug auf die kontrollierbaren Prozessparameter Oxiddicke und Ausheiltemperatur diskutiert. Die besten Schichteigentschaften können mit den gleichen Prozessparametern für Elektronen- und Löchersammelnde Kontaktschichten erzeugt werden, sofern diese Oxiddicken von mehr als 1.5nm aufweisen und bei Temperaturen über 900 °C ausgeheilt werden. Bei Schichten mit dünneren Oxiden und geringeren Ausheiltemperaturen unterscheiden sich die optimalen Prozessparameter von Elektronen- und Löchersammelnden Schichten.