ISBN 978-3-8439-1905-0

978-3-8439-1905-0, Reihe Elektrotechnik

Byungsul Min
Modellierung der Ladungsträgerrekombination in industriellen Phosphoremittern in kristallinen Silizium-Solarzellen

114 Seiten, Dissertation Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Über 90 % der industriell hergestellten Solarzellen sind auf kristalliner Siliziumbasis hergestellt. Die Optimierung der kristallinen Silizium-Solarzellen ist jedoch eine komplexe Aufgabe, da mehrere Parameter variiert werden müssen. Eine Lösung für diese komplexe Aufgabe ist die numerische Modellierung. Sie ist in der Lage die hergestellten Solarzellen detailliert zu analysieren und die Auswirkung der Zellstrukturänderung zu prognostizieren. Obwohl die numerische Modellierung in der Elektronikindustrie für die Optimierung derer Halbleiterbauelemente seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt wurde, fand sie in der Photovoltaikindustrie nur in begrenztem Maße Anwendung. Dies ist zum größten Teil darauf zurückzuführen, dass die numerische Modellierung bei der Analyse der industriellen Solarzellen öfters eine Inkonsistenz hinsichtlich der Rekombination im hochdotierten Phosphoremitter gezeigt hat. Um diese Lücke zwischen Theorie und Praxis zu schließen, ist eine Weiterentwicklung des Simulationsmodells zwingend erforderlich.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Simulationsmodell für die Modellierung der Ladungsträgerrekombination im hochdotierten industriellen Phosphoremitter entwickelt, welches erstmalig die Rekombination, verursacht durch inaktive Phosphoren, berücksichtigt. Durch die ausführlichen Analysen der experimentellen Messungen der Emittersättigunsstromdichte J0e mit dem entwickelten Simulationsmodell wurde gezeigt, dass die Auswirkung der inaktiven Phosphoren als Shockley-Read-Hall(SRH)-Rekombination im Bulk des Emitters berücksichtigt werden muss, um die Diskrepanz zwischen Simulation und Experiment zu beheben, welche in den vergangenen zwei Jahrzehnten die Analyse der industriellen Phosphoremitter ständig erschwert hatte.

Für die Entwicklung des neuen Simulationsmodells wurde eine Reihe von hochdotierten industriellen Phosphoremittern analysiert. Durch den Vergleich zwischen den gemessenen und den simulierten Werten von J0e wurde das neue Simulationsmodell entwickelt, indem die Differenz zwischen den SIMS- und den ECV-Profilen als die effektive Dichte eines einzigen Defekttyps interpretiert wurde. Abschließend wurde das entwickelte Simulationsmodell mittels eines unabhängigen Experiments validiert. Die exzellente Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation zeigte, dass das entwickelte Simulationsmodell in der Lage ist, unabhängig von der Menge der inaktiven Phosphoren eine konsistente Modellierung des Phosphoremitters durchzuführen.