Züchtung und Charakterisierung von siliziumreichem, multikristallinem Silizium-Germanium für Solarzellenanwendungen

Inhaltsangabe: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:Inhaltsverzeichnis:1.Grundlagen51.1Das System Silizium-Germanium51.1.1Phasendiagramm51.1.2Verteilungskoeffizient k61.1.3Makrosegregation81.1.4Konstitutionelle Unterkühlung91.1.5Physikalische Eigenschaften101.1.6Kristallstruktur121.1.7Ursachen für Versetzungen121.2Ergebnisse aus der Literatur151.3Methodisches Vorgehen172.Kristallzüchtung202.1Verwendete Züchtungsapparatur202.2Züchtung in einem elektromagnetischen Mittelfrequenzfeld222.3Der Tiegel252.4Die Züchtung282.4.1Züchtungsablauf282.4.2Temperaturmessung292.5Proben-Präparation332.5.1Polieren333.Segregation343.1Axiale Germanium-Konzentrations-Verläufe343.1.2Diskussion423.1.3Verlauf der Phasengrenze463.2Mikrosegregation474.Eigenschaften von multikristallinem Silizium-Germanium534.1Defekte in multikristallinem Silizium-Germanium534.1.1Anätzen von Defekten534.1.2Versetzungen564.1.3Korngrenzen594.2Elektrische Eigenschaften614.2.1Diffusionslänge614.2.2Ortsaufgelöste Bestimmung des Widerstands634.2.3Ladungsträger-Beweglichkeit und Dichte der Majoritäten644.3Sauerstoff in Silizium-Germanium654.4Bandlücke als Funktion der Ge-Konzentration715.SiGe-Solarzellen735.1Solar-Zell-Prozessierung735.2Charakterisierung735.3Diskussion der Ergebnisse77Zusammenfassung und Ausblick79Literaturverzeichnis81Anhang87A.Symbole und Abkürzungen87B.Abbildungsverzeichnis89C.Tabellenverzeichnis92D.Materialeigenschaften von Silizium und Germanium93E.Übersicht [¿]