ISBN 978-3-8439-3328-5

978-3-8439-3328-5, Reihe Elektrotechnik

Kai Carstens
Passivierung kristalliner Silizium-Solarzellen mit amorphem Silizium

173 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Arbeit präsentiert laserprozessierte vollständig rückseitenkontaktierte kristalline Silizium Solarzellen auf n-Typ Silizium mit 23,3% Wirkungsgrad. Hierzu ersetzt amorphes Silizium die bisherige Oberflächenpassivierung mit thermischem Siliziumdioxid. Das amorphe Silizium verbessert die chemische Passivierung der Oberflächendefekte des kristallinen Siliziums, was zu einer hohen Leerlaufspannung von 684 mV führt.

Das Defekt-Pool-Modell, ursprünglich zur Beschreibung der Defekte im Volumen von amorphem Silizium durch einen chemischen Gleichgewichtsprozess zwischen schwachen Silizium/Silizium-, Silizium/Wasserstoff- und offenen Silizium-Bindungen verwendet, wird auf die Grenzfläche zwischen kristallinem und amorphem Silizium übertragen. Die Simulation sagt einen Anstieg der Oberflächendefektdichte mit zunehmender Dotierung im kristallinen Silizium voraus. Bei schwach mit Bor oder schwach mit Phosphor sowie bei stark mit Phosphor dotiertem kristallinem Silizium hängt die Oberflächendefektdichte nur vernachlässigbar von der Bandlücke der amorphen Passivierschicht ab. Bei stark Bor dotierter kristalliner Silizium-Oberfläche hingegen, führt die Verwendung von amorphem Silizium mit kleiner Bandlücke zu einer größeren Oberflächendefektdichte. Die Verwendung von amorphem Silizium mit großer Bandlücke ermöglicht die universelle Passivierung von schwach und stark Phosphor oder Bor dotierten kristallinen Silizium-Oberflächen. Experimentelle Messungen bestätigen dieses Verhalten.

Des Weiteren beschäftigt sich diese Arbeit mit der Herstellung, Optimierung und Simulation vollständig rückseitenkontaktierter laserprozessierter kristalliner Silizium- Solarzellen und vergleicht die Passivierung durch amorphes Silizium mit dem herkömmlichen thermischen Oxid. Der Vergleich von Simulation und experimentellen Daten der hergestellten Solarzellen zeigt auch hier eine gute Übereinstimmung. Die beste hergestellte Solarzelle mit amorphem Silizium als Rückseitenpassivierung erzielt einen Wirkungsgrad von 23,3% und liegt damit sehr nahe am Optimum der numerischen Simulation.