ITEM METADATA RECORD
Title: Dunne-film polykristallijn-siliciumlagen op niet-silicium substraten voor fotovoltaïsche zonneceltoepassingen
Other Titles: Thin-Film Polycrystalline Silicon Layers on Non-Silicon Substrates for Photovoltaic Solar Cells Applications
Authors: Van Gestel, Dries; S0157290
Issue Date: 4-Sep-2009
Abstract: De relatief nieuwe technologie waarbij dunne-film polykristallijn-silici um (hier gedefinieerd als kristallijn materiaal met een korrelgrootte va n 0.1-100 µm) zonnecellen worden vervaardigd op niet-silicium subst raten tracht energieconversie efficiënties te bekomen van meer dan 12&nb sp;%. Met het vergroten van de korrels wordt een stijgende performantie verwacht. Dit vermits hierdoor het aantal efficiënte recombinatieplaatse n, aan de korrelgrenzen, zal afnemen. Directe depositie van silicium op niet-silicium substraten resulteert echter in amorf of klein-korrelig ma teriaal. Om relatief grote korrels te bekomen worden op dit moment versc heidene (her)kristallisatiemethodes onderzocht, waaronder ook aluminium- geïnduceerde kristallisatie (AIC). Vermits AIC lagen een intrinsieke alu minium dotering van 1x10 -3 bezitten en beperkt zijn in dikte, kunnen ze zelf niet rechtstreeks gebruikt worden als absorberende laag in een zon necel. Geschikte absorberende lagen kunnen echter bekomen worden door ep itaxial groei op deze AIC zaadlagen. Deze thesis onderzoekt de hoge temp eratuur route (epitaxiale groei bij een temperatuur boven 1000 ºC in com binatie met substraten bestand tegen zulke hoge temperaturen) en tracht de kristallografische en elektrische kwaliteit van de polykristallijn si licium (poly-Si) lagen te correleren aan de bekomen zonnecelperformantie . Het blijkt dat een ruw substraatoppervlak, zoals aanwezig bij de gebruik te alumina substraten, nefast is voor zowel de vorming van de AIC zaadla ag als voor de uiteindelijke zonnecelperformantie. De introductie van ee n vloeibaar oxide dat het oppervlak afvlakt heeft duidelijk een positief effect. Er werd gevonden dat voornamelijk de microruwheid en niet de ma croruwheid een cruciale rol speelt. Bovenop AIC zaadlagen bevinden zich meestal secundaire silicium kristallieten. Vermits deze meestal een orië ntatie bezitten die verschilt van de onderliggende zaadlaag zijn ze vera ntwoordelijk voor de introductie van extra korrelgrenzen tijdens epitaxi ale groei. Een nieuwe methode voor het verwijderen van de secundaire kri stallieten, gebaseerd op selectieve silicium etching en door gebruik te maken van de reeds aanwezige aluminium matrix als perfect gealligneerd e tching masker, werd met succes toegepast. De invloed van een variërende korrelgrootte werd onderzocht door de kristallisatietemperatuur van de A IC zaadlaag te wijzigen. Buiten de introductie van het vloeibaar oxide w aren beide andere pogingen (verwijderen van de secundaire kristallieten en vergroting van de korrels) om de materiaalkwaliteit en dus de zonnece lperformantie te verhogen niet succesvol. Uit defect etsing en electron beam induced current (EBIC) metingen werd duidelijke evidentie bekomen dat de aanwezigheid van een hoge dichtheid aan elektrisch actieve intrakorrel defecten de oorzaak is voor de quasi- korrelgrootte-onafhankelijke zonnecelperformantie. Buiten elektrisch act ieve dislocaties en stapelfouten werd ook recombinatie waargenomen aan t weelinggrenzen. De elektrische activiteit is (zeer) waarschijnlijk veroo rzaakt door de aanwezigheid van onzuiverheden. Plasma hydrogenatie veran dert het recombinatiegedrag van de defecten, zoals aangetoond met behulp van fotoluminescentie, maar resulteert niet in de volledige elektrische deactivatie. Zowel EBIC als scanning probe microscopy (SPM) metingen li jken aan te tonen dat de elektrische activiteit van korrelgrenzen niet h omogeen is doorheen de poly-Si lagen. Transmissie elektronen microscopie (TEM) analyse toont aan dat de intrakorrel defecten hun oorsprong hebbe n in de AIC zaadlaag. Intrakorrel defecten werden gevonden in AIC zaadla gen gemaakt op verschillende soorten substraten (alumina keramiek, glask eramiek en geoxideerde silicium wafer). De defectvorming is dus waarschi jnlijk slechts in mindere mate beïnvloed door de oppervlakteruwheid of h et gebruikte type substraat. Verdere verbetering van de materiaalkwalite it, en dus ook van de zonnecelperformantie, is dus niet enkel afhankelij k van de korrelgrootte. Reduceren van de intrakorrel defectdichtheid, ve rmijden van contaminatie en/of verbeteren van de passivatietechnieken is ook nodig. Voor polykristallijne lagen gebaseerd op AIC en epitaxiale g roei heeft de AIC zaadlaag een cruciale impact op de intrakorrel defectv orming. Tenslotte werden twee laserkristallisaties methode, mixed-phase zone mel t recrystallization (ZMR) en Thin Beam Directional X¬ítallization (TDX) b ekeken als alternatief voor het vormen van intrakorrel defect-vrije poly -Si zaadlagen. De lagen gebaseerd op mixed-phase ZMR vertoonden duidelij k een verminderde dichtheid aan intrakorrel defecten ten opzichte van la gen gebaseerd op AIC, terwijl deze gebaseerd op TDX een gelijke of zelf hogere dichtheid bezaten. Ondanks de lagere dichtheid aan defecten in mi xed-phase ZMR lagen werd een gelijkaardige zonnecelperformantie bekomen als met AIC. Ook hier is de aanwezigheid van onzuiverheden een mogelijke verklaring.
ISBN: 978-94-6018-116-0
Publication status: published
KU Leuven publication type: TH
Appears in Collections:Electrical Engineering - miscellaneous
Associated Section of ESAT - INSYS, Integrated Systems
ESAT - ELECTA, Electrical Energy Computer Architectures

Files in This Item:
File Status SizeFormat
thesis as printed.pdf Published 21642KbAdobe PDFView/Open Request a copy

These files are only available to some KU Leuven Association staff members

 




All items in Lirias are protected by copyright, with all rights reserved.