Crystalline silicon surface passivation using aluminum oxide: Fundamental understanding and application to solar cells

In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Aspekte der Siliziumoberflächenpassivierung mittels Aluminiumoxid untersucht; vom grundlegenden Verständnis der Oberflächenpassivierung insbesondere auf n-Typ Siliziumwafern bis hin zur Implementierung in „Passivated Emitter and Rear Cell“ (PERC)-Solarzellen. Für Aluminiumoxid-passivierte n-Typ Siliziumwafer konnte gezeigt werden, dass die Abnahme der Oberflächenpassivierung hin zu niedrigeren Injektionsdichten verursacht wird durch die Leitung von Löchern durch die Inversionsschicht und von Elektronen durch die Basis vom Messbereich hin zu Bereichen hoher Rekombination. Durch das Vermeiden von Bereichen mit reduzierter Oberflächenpassivierung und der Verwendung von großen Proben konnte erstmals gezeigt werden, dass die Volumenlebensdauer des untersuchten n-Typ kristallinem Siliziums (c-Si) signifikant höher ist als die bisherige Parametrisierung der intrinsischen Lebensdauer von c-Si es voraussagt. Alternative Aluminiumoxid-Deckschichten auf der Basis von flüssigen Siloxanlösungen, abgeschieden mittels Flüssigphasenabscheidung (LPD), wurden in PERC-Solarzellen implementiert. An großflächigen PERC-Solarzellen wurde ein Wirkungsgraden von bis zu 19.8% nachgewiesen. Die gefeuerten S-ALD-Aluminiumoxid-Schichten erwiesen sich unter UV-Beleuchtung als sehr stabil, egal ob als Einzelschicht oder Aluminiumoxid/Siliziumnitrid-Stapel. Besonders der Aluminiumoxid/Siliziumnitrid-Stapel zeigte eine stabile p+-Emitterpassivierung. Bei gefeuerten Aluminiumoxid-Einzelschichten wurde eine starke Erhöhung der festen negativen Ladungsdichte beobachtet.