Transparent conductive ZnO:Al thin films prepared by in-line reactive mid-frequency magnetron sputtering

Dotierte Zinkoxidschichten (ZnO) haben sich, aufgrund ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Transparenz und deutlich geringeren Kosten, im Vergleich zu zinndotierten Indiumoxidschichten (ITO), zu einem Schwerpunktthema innerhalb der Forschung transparenter leitfähiger Oxide (TCOs) entwickelt. Für die industrielle Umsetzung ist jedoch die Entwicklung von Prozessen erforderlich, mit denen hochqualitative Schichten auf großen Flächen bei hoher Rate dargestellt werden können. Eine Möglichkeit stellt dabei das reaktive Mittelfrequenz-Magnetronsputtern (RMFMS) dar. Mit dieser Technik wurden bereits Schichten mit hoher Transparenz und Leitfähigkeit auf großen Flächen realisiert. Das Ziel der Arbeit ist die systematische Untersuchung des Wachstumsmechanismus, durch reaktives MF-Sputtern hergestellten, aluminiumdotierten Zinkoxidschichten (ZnO: Al oder AZO) um zu einem besseren Verständnis der Materialeigenschaften von AZO-Schichten auf kleinen Substraten zu gelangen und hieraus eine Aufskalierung auf produktrelevante Substratgrößen zu realisieren. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse werden genutzt die Schichteigenschaften des AZO als Frontkontakte für eine a-Si: H-Solarzellen zu optimieren. Auf Basis der experimentellen Befunde und nach einer Optimierung der Homogenität der Substrattemperatur wurden AZO-Schichten mit einer homogenen Verteilung des spezifischen Widerstandes zwischen 2.9 x 10 -4 und 3.6 x 10 -4 Ohm cm und Transmissionen von bis zu 88% im Sichtbaren bei einer Schichtdicke von ca. 850 nm erhalten. Die Homogenität des Schichtwiderstandes auf Substrate mit einer Größe von 1000 x 600 mm 2 ist dabei besser als 6%. Die Schichten wurden für die Nutzung als Frontkontakte in Dünnschichtsolarzellen (a Si: H-Basis) evaluiert. Die Zellen im Labormaßstab zeigen exzellente Lichtstreueigenschaften und haben Anfangswirkungsgrade von bis zu 9.37%. Damit sind sie besser als die auf kommerziellen SnO2 -TCOs abgeschiedenen Zellen.