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.Grundlagen5 1.1Das System Silizium-Germanium5 1.1.1Phasendiagramm5 1.1.2Verteilungskoeffizient k6 1.1.3Makrosegregation8 1.1.4Konstitutionelle Unterkühlung9 1.1.5Physikalische Eigenschaften10 1.1.6Kristallstruktur12 1.1.7Ursachen für Versetzungen12 1.2Ergebnisse aus der Literatur15 1.3Methodisches Vorgehen17 2.Kristallzüchtung20 2.1Verwendete Züchtungsapparatur20 2.2Züchtung in einem elektromagnetischen Mittelfrequenzfeld22 2.3Der Tiegel25 2.4Die Züchtung28 2.4.1Züchtungsablauf28 2.4.2Temperaturmessung29 2.5Proben-Präparation33 2.5.1Polieren33 3.Segregation34 3.1Axiale Germanium-Konzentrations-Verläufe34 3.1.2Diskussion42 3.1.3Verlauf der Phasengrenze46 3.2Mikrosegregation47 4.Eigenschaften von multikristallinem Silizium-Germanium53 4.1Defekte in multikristallinem Silizium-Germanium53 4.1.1Anätzen von Defekten53 4.1.2Versetzungen56 4.1.3Korngrenzen59 4.2Elektrische Eigenschaften61 4.2.1Diffusionslänge61 4.2.2Ortsaufgelöste Bestimmung des Widerstands63 4.2.3Ladungsträger-Beweglichkeit und Dichte der Majoritäten64 4.3Sauerstoff in Silizium-Germanium65 4.4Bandlücke als Funktion der Ge-Konzentration71 5.SiGe-Solarzellen73 5.1Solar-Zell-Prozessierung73 5.2Charakterisierung73 5.3Diskussion der Ergebnisse77 Zusammenfassung und Ausblick79 Literaturverzeichnis81 Anhang87 A.Symbole und Abkürzungen87 B.Abbildungsverzeichnis89 C.Tabellenverzeichnis92 D.Materialeigenschaften von Silizium und Germanium93 E.Übersicht [ ]