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Defect characterization of semiconductor materials for photovoltaics

By Markus Holla

Abstract

Zur Deckung des stetig steigenden Energiebedarfs und unter Berücksichtigung des Umweltschutzes werden unter anderem Solarzellen genutzt. Defekte in Solarzellen können die Effizienz verringern. In dieser Arbeit wird das Defektverständnis von Silizium basierten Solarzellen erweitert.\ud Neue experimentelle Erkenntnisse konnten zu folgenden Schwerpunkten gewonnen werden:\ud • Siliziumnitrid- und Siliziumkarbidausscheidungen in multikristallinem Silizium\ud • Rekombinationsaktivität in dünnen Siliziumschichten\ud • Charakterisierung der Rekombinationsaktivität von Germanium als Modellmaterial für die Siliziumkristallisation\ud • Rekombinationsaktivität und Verspannung an Korngrenzen\ud Um Ergebnisse experimenteller Defektcharakterisierung auf allgemein gültige Parameter der Rekombination wie z.B. Ladungsträgerdiffusionslänge oder Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit zurückführen zu können, wurden zu folgenden Phänomenen Modelle entwickelt und Simulationen durchgeführt:\ud • Getterzonen an Korngrenzen\ud • Ermittlung von Diffusionslänge und Diffusionskoeffizient in Dünnschichtmaterial\ud • 3D-Raumladungseffekte\ud Die Nutzung der gewonnenen Erkenntnisse über die Rekombinationseigenschaften der Defekte liegt in einer möglicherweise zukünftigen kontrollierten Defektbeeinflussung und somit einer Effizienzverbesserung von Solarzellen.Solar cells are one possibility to meet the increasing energy requirement. Defects in solar cells can decrease the solar cell efficiency. The defect understanding of silicon based solar cell material is the aim of the present work. \ud New experimental knowledge is achieved in the following topics: \ud • silicon nitride and silicon carbide in multicrystalline silicon\ud • recombination activity in thin silicon layers\ud • characterization of germanium recombination activity as model material for silicon crystallization\ud • recombination activity and stresses at grain boundaries\ud Models and simulations are developed to conclude results from experimental defect characterization to generally valid recombination parameters for example charge carrier diffusion length or surface recombination velocity. The simulation chapters focus on the following issues:\ud • getter zones at grain boundaries\ud • estimation of diffusion length and diffusion coefficient in thin film material\ud • 3D-space-charge-effects\ud Possibly in future the new knowledge about recombination properties of defects could be used to influence the defects controlledly and increase the solar cell efficiency

Topics: Festkörperphysik, Halbleiter, ddc:530
Year: 2016
OAI identifier: oai:kobv.de-opus4-btu:3638

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