Züchtung und Charakterisierung von siliziumreichem, multikristallinem Silizium-Germanium für Solarzellenanwendungen

Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Multikristalline Silizium-Germanium-Kristalle mit bis zu 15 at% Ge wurden ohne Keim in einem Tiegel gezüchtet. Die mikrostrukturellen Eigenschaften wurden nicht von der in dieser Arbeit entwickelten Tiegelkonstruktion beeinflusst. Die Kristalle zeigen mit ± 0,2 at% (absolut) geringe Ge-Fluktuationen und haben niedrige Versetzungsdichten im Bereich von 105 cm-

1. Die Segregation ließ sich mit der Pfann-Formel für eine vollständig durchmischte Schmelze gut beschreiben.

Der beobachtete effektive Ge-Verteilungskoeffizient fiel von 0,35 zu Beginn der Züchtung auf 0,16 am Ende der kontrollierten Erstarrung. Solarzellen wurden aus SiGe-Wafern mit 11 at% Ge prozessiert. Sie haben Wirkungsgrade von bis zu 4,8 %. LBIC-Messungen zeigen Zellbereiche mit einer internen Quanten-Effizienz von über 90 %. Starke Kurzschlussströme über den Rand der Zellen und unter Kontaktfingern konnten in Thermographie-Untersuchungen nachgewiesen werden.

Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:

1. Grundlagen5
2. 1Das System Silizium-Germanium5
3. 1.1Phasendiagramm5
4. 1.2Verteilungskoeffizient k6
5. 1.3Makrosegregation8
6. 1.4Konstitutionelle Unterkühlung9
7. 1.5Physikalische Eigenschaften10
8. 1.6Kristallstruktur12
9. 1.7Ursachen für Versetzungen12
10. 2Ergebnisse aus der Literatur15
11. 3Methodisches Vorgehen17
12. Kristallzüchtung20
13. 1Verwendete Züchtungsapparatur20
14. 2Züchtung in einem elektromagnetischen Mittelfrequenzfeld22
15. 3Der Tiegel25
16. 4Die Züchtung28
17. 4.1Züchtungsablauf28
18. 4.2Temperaturmessung29
19. 5Proben-Präparation33
20. 5.1Polieren33
21. Segregation34
22. 1Axiale Germanium-Konzentrations-Verläufe34
23. 1.2Diskussion42
24. 1.3Verlauf der Phasengrenze46
25. 2Mikrosegregation47
26. Eigenschaften von multikristallinem Silizium-Germanium53
27. 1Defekte in multikristallinem Silizium-Germanium53
28. 1.1Anätzen von Defekten53
29. 1.2Versetzungen56
30. 1.3Korngrenzen59
31. 2Elektrische Eigenschaften61
32. 2.1Diffusionslänge61
33. 2.2Ortsaufgelöste Bestimmung des Widerstands63
34. 2.3Ladungsträger-Beweglichkeit und Dichte der Majoritäten64
35. 3Sauerstoff in Silizium-Germanium65
36. 4Bandlücke als Funktion der Ge-Konzentration71
37. SiGe-Solarzellen73
38. 1Solar-Zell-Prozessierung73
39. 2Charakterisierung73
40. 3Diskussion der Ergebnisse77

Zusammenfassung und Ausblick79
Literaturverzeichnis81
Anhang87
A.Symbole und Abkürzungen87
B.Abbildungsverzeichnis89
C.Tabellenverzeichnis92
D.Materialeigenschaften von Silizium und Germanium93
E.Übersicht [...]