Züchtung und Charakterisierung von siliziumreichem, multikristallinem Silizium-Germanium für Solarzellenanwendungen
- Art: Dissertation / Doktorarbeit
- Autor: Peter Raue
- Abgabedatum: November 2000
- Umfang: 108 Seiten
- Dateigröße: 8,4 MB
- Note: 1,0
- Institution / Hochschule: Technische Universität Bergakademie Freiberg Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-6069-3
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-6069-3 P - ISBN (CD) :978-3-8324-6069-3 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Raue, Peter November 2000: Züchtung und Charakterisierung von siliziumreichem, multikristallinem Silizium-Germanium für Solarzellenanwendungen, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Kristallisation, Defekte, Segregation, Konstitutionelle Unterkühlung, Bandlücke
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Dissertation / Doktorarbeit von Peter Raue
Zusammenfassung:
Multikristalline Silizium-Germanium-Kristalle mit bis zu 15 at% Ge wurden ohne Keim in einem Tiegel gezüchtet. Die mikrostrukturellen Eigenschaften wurden nicht von der in dieser Arbeit entwickelten Tiegelkonstruktion beeinflusst. Die Kristalle zeigen mit ± 0,2 at% (absolut) geringe Ge-Fluktuationen und haben niedrige Versetzungsdichten im Bereich von 105 cm-2. Die Segregation ließ sich mit der Pfann-Formel für eine vollständig durchmischte Schmelze gut beschreiben.
Der beobachtete effektive Ge-Verteilungskoeffizient fiel von 0,35 zu Beginn der Züchtung auf 0,16 am Ende der kontrollierten Erstarrung. Solarzellen wurden aus SiGe-Wafern mit 11 at% Ge prozessiert. Sie haben Wirkungsgrade von bis zu 4,8 %. LBIC-Messungen zeigen Zellbereiche mit einer internen Quanten-Effizienz von über 90 %. Starke Kurzschlussströme über den Rand der Zellen und unter Kontaktfingern konnten in Thermographie-Untersuchungen nachgewiesen werden.
Inhaltsverzeichnis:
| 1. | Grundlagen | 5 |
| 1.1 | Das System Silizium-Germanium | 5 |
| 1.1.1 | Phasendiagramm | 5 |
| 1.1.2 | Verteilungskoeffizient k | 6 |
| 1.1.3 | Makrosegregation | 8 |
| 1.1.4 | Konstitutionelle Unterkühlung | 9 |
| 1.1.5 | Physikalische Eigenschaften | 10 |
| 1.1.6 | Kristallstruktur | 12 |
| 1.1.7 | Ursachen für Versetzungen | 12 |
| 1.2 | Ergebnisse aus der Literatur | 15 |
| 1.3 | Methodisches Vorgehen | 17 |
| 2. | Kristallzüchtung | 20 |
| 2.1 | Verwendete Züchtungsapparatur | 20 |
| 2.2 | Züchtung in einem elektromagnetischen Mittelfrequenzfeld | 22 |
| 2.3 | Der Tiegel | 25 |
| 2.4 | Die Züchtung | 28 |
| 2.4.1 | Züchtungsablauf | 28 |
| 2.4.2 | Temperaturmessung | 29 |
| 2.5 | Proben-Präparation | 33 |
| 2.5.1 | Polieren | 33 |
| 3. | Segregation | 34 |
| 3.1 | Axiale Germanium-Konzentrations-Verläufe | 34 |
| 3.1.2 | Diskussion | 42 |
| 3.1.3 | Verlauf der Phasengrenze | 46 |
| 3.2 | Mikrosegregation | 47 |
| 4. | Eigenschaften von multikristallinem Silizium-Germanium | 53 |
| 4.1 | Defekte in multikristallinem Silizium-Germanium | 53 |
| 4.1.1 | Anätzen von Defekten | 53 |
| 4.1.2 | Versetzungen | 56 |
| 4.1.3 | Korngrenzen | 59 |
| 4.2 | Elektrische Eigenschaften | 61 |
| 4.2.1 | Diffusionslänge | 61 |
| 4.2.2 | Ortsaufgelöste Bestimmung des Widerstands | 63 |
| 4.2.3 | Ladungsträger-Beweglichkeit und Dichte der Majoritäten | 64 |
| 4.3 | Sauerstoff in Silizium-Germanium | 65 |
| 4.4 | Bandlücke als Funktion der Ge-Konzentration | 71 |
| 5. | SiGe-Solarzellen | 73 |
| 5.1 | Solar-Zell-Prozessierung | 73 |
| 5.2 | Charakterisierung | 73 |
| 5.3 | Diskussion der Ergebnisse | 77 |
| Zusammenfassung und Ausblick | 79 | |
| Literaturverzeichnis | 81 | |
| Anhang | 87 | |
| A. | Symbole und Abkürzungen | 87 |
| B. | Abbildungsverzeichnis | 89 |
| C. | Tabellenverzeichnis | 92 |
| D. | Materialeigenschaften von Silizium und Germanium | 93 |
| E. | Übersicht gezüchteter Kristalle | 96 |
| F. | Heizprogramm | 103 |
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832460693
Arbeit zitieren:
Raue, Peter November 2000: Züchtung und Charakterisierung von siliziumreichem, multikristallinem Silizium-Germanium für Solarzellenanwendungen, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
Kristallisation, Defekte, Segregation, Konstitutionelle Unterkühlung, Bandlücke
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