HERSTELLUNG UND CHARAKTERISIERUNG VON INVERSIONSSCHICHT SOLARZELLEN AUF POLYKRISTALLINEM SILIZIUM

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1 Schriftenreihe zur Energieforschung Herausgegeben von der Alfried Krupp von Bohlen und Halbach-Stiftung Edmund Paul Burte HERSTELLUNG UND CHARAKTERISIERUNG VON INVERSIONSSCHICHT SOLARZELLEN AUF POLYKRISTALLINEM SILIZIUM Verlag W. Girardet Essen

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 11 2 Grundlagen Grundlegende Eigenschaften des polykristallinen Siliziums Reaktionsmechanismen bei der chemischen Dampfphasenabscheidung von polykristallinem Silizium Orientierung und Größe der Körner in CVD-Si-Schichten Modell für die Leitfähigkeit und Beweglichkeit in CVD-Silizium Grundlegende Eigenschaften der MlS-Inversionsschicht-Solarzelle Prinzipieller Aufbau der MlS-Inversionsschicht- Solarzelle Eigenschaften des MIS-Kontaktes Aluminium/Si- Oxid/p-Silizium Strom-Spannungs-Charakteristik Kapazitäts-Spannung-Beziehung für MIS-Dioden Herstellung und Eigenschaften des Plasma-Silizium- Nitrids Erklärung des Funktionsprinzips der MlS-Inversionsschicht-Solarzelle und Kenngrößen einer Solarzelle Bestimmung von Grenzflächenzustandsdichten nach der quasistatischen Methode 32 3 Experimentelles Herstellung des LPCVD-Siliziums durch einen Niederdruck CVD (LPCVD) Prozeß Beschreibung der Anlage zur Herstellung des LPCVD- Siliziums Beschreibung des Herstellungsprozesses der LPCVD- Si-Schichten Verfahren zur Herstellung der Meßproben und Querschnitte durch die einzelnen Bauelemente 38

3 3.2.1 Verfahren zur Herstellung der Proben aus LPCVD-Si zur Messung der Schichtdicke des abgeschiedenen Siliziums, der Beweglichkeit nach Van der Pauw sowie des Ohmschen Übergangswiderstandes zwischen Substrat und LPCVD-Si-Schicht Querschnitte durch die untersuchten Bauelemente Herstellungsschritte für MIS-IL-Solarzellen auf LPCVD- Silizium und Wacker Silso, der Feldeffekttransistoren mit MIS-Kontakten und der MNOS-Kondensatoreti Beschreibung der einzelnen Herstellungsschritte Grundmaterialien fürmis-inversionsschicht-solarzellen, MIS-Feldeffekttransistoren und MNOS-Kondensatoren Vorbehandlung und Reinigung der Proben Aufdampfen des Rückseitenkontaktes Tempern und Dünnoxidpräparation Aufdampfen des Vorderseitenkontaktes Photolithographie Beschichtung mit Plasma-Siliziumnitrid Weitergehende Schritte zur Herstellung der Feldeffekttransistoren Meßmethoden Messung des spezifischen Widerstandes nach der Vierspitzenmethode Messung der Hallbeweglichkeit und der Ladungsträgerkonzentration nach Van der Pauw Messung der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit und der Photoleitfähigkeit von LPCVD-Silizium Messung der Absorptionskonstanten von LPCVD- Silizium Kapazitäts-Spannungs-Messungen an MNOS-Kondensatoren Kapazitäts-Spannungs-Messungen an MIS-Dioden Über die Messung der Kenngrößen einer Solarzelle Ersatzschaltbild und Stromgleichung Zusammenhang zwischen den Kenngrößen der Hellund Dunkelkennlinie Bestimmung des Idealitätsfaktors und des Sättigungssperrstromes der in der realen Solarzelle enthaltenen idealen" Diode Externer Quantenwirkungsgrad 56 8

4 3.4.8 Experimentelle Durchführung der Messung der Kenngrößen einer Solarzelle Messung der Dunkelkennlinie Messung der Hellkennlinie Messung von IK-UL bei verschiedenen Beleuchtungsintensitäten Messung des Quantenwirkungsgrades Messung der Grenzflächenzustandsdichte nach der quasistatischen Methode Über die Messung der Beweglichkeit der Inversionsschichtelektronen Formeln zur Auswertung der Beweglichkeit in der Inversionsschicht Experimentelle Durchführung der Messungen und Auswertung 64 4 Ergebnisse und Diskussion Eigenschaften des LPCVD-Siliziums Einkristallines Silizium als Substratmaterial für die Abscheidung von LPCVD-Silizium Übergangswiderstand zwischen einkristallinem Substrat und LPCVD-Silizium und Ohmsche Kontakte auf LPCVD-Silizium Wachstumsrate als Funktion der Gasverhältnisse Spezifischer Widerstand als Funktion der Gasverhältnisse Leitfähigkeit als Funktion der Temperatur Photoleitfähigkeit von LPCVD-Sihzium Hall-Beweglichkeit Optische Absorption von LPCVD-Silizium Elektrische Messungen an Bauelementen auf LPCVD- Silizium und auf grobkörnigem polykristallinen Silizium (Wacker Silso) Eigenschaften der Grenzfläche Plasma-Si-Nitrid/Si- Oxid/LPCVD-Si bzw. Plasma-Si-Nitrid/Si-Oxid/Wacker Silso Kapazitäts-Spannungs-Messungen an MIS-Kontakten auf LPCVD-Silizium und Wacker Silso Dunkelkennlinien von MIS-Kontakten 86 9

5 4.2.4 IK-UL-Messungen bei verschiedenen Beleuchtungsintensitäten und Temperaturen, sowie Bestimmung des Bandabstandes von LPCVD-Silizium Hellkennlinien von MIS-IL-Solarzellen Externer Quantenwirkungsgrad Stabilitätsuntersuchungen an MIS-IL-Solarzellen mit Plasma-Silizium-Nitrid als Dielektrikum Zeitabhängige Änderung von Leerlaufspannung, Kurzschlußstrom, Füllfaktor und Wirkungsgrad einer MIS-IL- Solarzelle bei Beleuchtung mit einer GE-ELH-Lampe Einfluß der Beleuchtung mit der HBO-Lampe auf die Kenngrößen der Hellkennlinie, auf den Sättigungssperrstrom der idealen" Diode, den Idealitätsfaktor sowie den Serienwiderstand der Solarzelle Dichte schneller Grenzflächenzustände bei Beleuchtung mit einer HBO-Lampe Einfluß der Grenzflächenzustände auf die Hellkennlinie der Solarzelle Abhängigkeit der Degradation der Solarzellen von der Frequenz des Lichtes Abhängigkeit der Abnahme der positiven Grenzflächenladungen von der Frequenz des Lichtes Über den Zusammenhang zwischen der Abnahme des Füllfaktors und der Dichte fester positiver Grenzflächenladungen bei Verwendung des Kantenfilters WG Untersuchung der optischen Generation von Grenzflächenzuständen in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes Deutung der optischen Generation von Grenzflächenzuständen Zusammenfassung der Degradationsmechanismen Zusammenfassung 144 Literaturverzeichnis 147 Stichwortverzeichnis

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