Tiefere Einblicke in die Mechanismen der Sputter-Schäden in Silizium-Solarzellen am Beispiel von nanokristallinem Siliziumkarbid

Transparente leitfähige Oxide wie Indiumzinnoxid ermöglichen den lateralen Ladungsträgertransport in Silizium-Heteroübergangs-Solarzellen. Ihre Abscheidung kann jedoch die Passivierungsqualität in der Solarzelle beeinträchtigen. Diese Schädigung während der Sputterabscheidung ist ein komplexes Problem, das noch nicht vollständig verstanden wurde, insbesondere bei verschiedenen siliziumbasierten Materialien wie amorphem Silizium, polykristallinem Silizium oder nanokristallinem Siliziumkarbid. Die Verschlechterung der Passivierungsqualität, die beispielsweise bei amorphem Silizium beobachtet wird, lässt sich nicht nur durch die Verschlechterung durch UV-Licht erklären. Diese Studie untersucht den Ursprung dieser Verschlechterung am Beispiel von hydriertem nanokristallinem Siliziumkarbid durch die Kombination von Simulationen mit experimentellen Analysen. Sie befasst sich eingehend mit potenziellen Schadensquellen während des Sputterprozesses und stellt fest, dass weder primäre noch sekundäre Effekte durch Plasmalumineszenz oder Elektronenbeschuss wahrscheinlich zu den Schäden beitragen. Auch die Implantation von Ionen sowie die Bildung von Leerstellen und die Ionisierung von Gitteratomen werden als unwahrscheinliche Ursachen angesehen. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Übertragung von Energie auf die kristalline Silizium-Grenzfläche über Phononen zu einer Verschlechterung der Passivierungsqualität führen kann. Diese Übertragung könnte eine plausible Erklärung für die während des Sputterprozesses in den Passivierungsschichten beobachteten Schäden sein.

Veröffentlichung in der Zeitschrift Adv. Physics Res.
Alexander Eberst, Binbin Xu, Karsten Bittkau, Weiyuan Duan, Andreas Lambertz, Ansgar Meise, Marc Heggen, Rafal E. Dunin-Borkowski, Uwe Rau, Kaining Ding

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https://doi.org/10.1002/apxr.202400036