Negativ geladene Driftfeldquellen für Solarzellen - I^-S-Strukturen

Motivation

• Präparation einer negativen Driftfeldquelle zur transparenten Rückseitenpassivierung von Solarzellen auf Basis von p-Silizium
• Herstellung von Solarzellen, die nur mit externen Driftfeldern arbeiten (reine Feldeffekt-Zelle)
• Herstellung einer MIS-Feldeffekt-Solarzelle auf n-Si
• ultradünne Passivierungsschichten für Gate-Dielektrika in der Höchstintegration (praktisch ladungsfrei)

Vorteile

• externe Driftfeldquelle erzeugt viel stärkeres Feld als hochdotierte Gebiete (z.B. Al-BSF)
• Si-Kristall und dessen Oberfläche werden nicht - wie bei Hochdotierung - erheblich in der Gitterstruktur gestört
• keine Bandlückenverengung durch Hochdotierung (z.B. bei Al ca. 60 meV); Leerlaufspannung der Solarzelle steigt entsprechend an
• optische Transparenz bis zu lambda >= 200 nm, geringer Brechungsindex des AlF₃ von 1,37
• thermisches Budget zur AlF₃-Abscheidung für I^-S-Struktur extrem niedrig (ca. 8000 Ks)
• Feldeffekt-Solarzellen auf n-Si:
  • durch I^-S-Struktur überhaupt erst herstellbar
  • keine BO₅-Komplexe auf Zwischengitterplätzen, die als sehr effektive Rekombinationszentren wirken

Struktur

Schichtaufbau der I^-S-Struktur mit Ladungsverteilung

Makroskopisches Kondensatormodell

Makroskopische Deutung der Ladungsverhältnisse

Ergebnisse

• effektive Festladungsträgerdichten (alle Ladungen werden auf SiO₂||p-Si bezogen) von |N_eff = -1 ... 5*10¹² cm^-2
  
  
  
  
• Ladungsdichte am AlF₃||SiO₂ von |Q_AlF3||SiO2 = -2*10¹² ... -1*10¹³ cm^-2
• |N_eff, |Q_AlF3||SiO2 sind langzeitstabil; negative Ladung wächst sogar an
• geringe Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten S_eff
  
  
  

• qualitatives Bändermodell