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Y. Wimmer:
"Untersuchung neuartiger SiNx-Antireflexschichten für Silizium-Solarzellen";
Betreuer/in(nen): J. Summhammer; Atominstitut, 2012; Abschlussprüfung: 01.06.2012.

Antireflexbeschichtungen (ARCs) auf Solarzellen werden eingesetzt, um deren Wirkungsgrad
zu verbessern. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit ARCs aus wassersto haltigem
Siliziumnitrid (SiNx:H), welche mit plasma enhanced chemical vapour deposition
(PECVD) auf multikristallinem Silizium erzeugt wurden. Es wurden zahlreiche Einstellungen
der Beschichtungsanlage getestet, Einschichtsysteme und Zweischichtsysteme. Die so
entstandenen Schichten wurden im Spektrometer, im Transmissionselektronenmikroskop
(TEM) und teilweise auch mit electron energy loss spectroscopy (EELS) untersucht. Die
aufgenommenen Re exionsspektren wurden im Programm Film Wizard mit theoretischen
Kurven verglichen, um die Schichtzusammensetzungen zu bestimmen. Um die Oberflä-
chenpassivierung durch diese Schichten zu charakterisieren, wurden auch Messungen der
Ladungsträgerlebensdauer durchgeführt. Dazu wurden jeweils die Werte vor- und nach
dem Kontaktfeuern (einem Heißtemperaturschritt im Produktionsprozess von Solarzellen)
verglichen. Abschließend wurde theoretisch analysiert und berechnet, mit welchen der
erzeugbaren Schichten und Schichtsystemen bei realen Einstrahlungsbedingungen die meisten
einfallenden Photonen genützt werden könnten.
Es zeigte sich, dass die Schichtdickenbestimmung im TEM sehr gut funktioniert, wenngleich
die zusätzlichen EELS Untersuchungen keine physikalisch sinnvollen N/Si Verhältnisse ergaben.
Die Ergebnisse zeigten weiters, dass die Bestimmung der Schichtzusammensetzungen
über das Re exionsspektrum teilweise problematisch ist, da die tatsächlichen Kurven
nicht immer vollständig erklärt werden können. Eine Umrechnung der so bestimmtenWerte
auf ein N/Si Verhältnis gestaltete sich noch schwieriger, da die Literatur sich beim Zusammenhang
zwischen Brechungsindex und N/Si Verhältnis nicht einig ist.
Was die Messung der Ladungsträgerlebensdauer betrifft, so konnte gezeigt werden, dass
stickstoffreichere Schichten tendenziell unempfindlicher gegen Hochtemperaturschritte sind.
Für einige Beschichtungsarten konnten durch den Feuerungsprozess sehr hohe Steigerungen
der Lebensdauer erzielt werden, insbesonders bei einem Gasflussverhältniss NH3/SiH4
von 2:1. Die theoretischen Berechnungen versprechen eine mögliche Wirkungsgradsteigerung
der Solarzellen bei Verwendung bestimmter Zweischichtsysteme. Viel versprechend ist
hierbei, dass die guten Berechnungsergebnisse für Schichtarten erzielt wurden, bei denen
auch hohe Lebensdauersteigerungen gemessen werden konnten.

Anti-reflection coatings (ARCs) on solar cells are used to increase their efficiency. In this thesis
ARCs made of hydrogenous silicon nitride (SiNx:H) grown by plasma enhanced chemical
vapour deposition (PECVD) on multicrystalline silicon were investigated. Many different
settings of the PECVD system were tested, manufacturing single- and double layer ARCs.
These layers were examined in a spectrometer, a transmission electron microscope (TEM)
and partially by electron energy loss spectroscopy (EELS). The recorded reflection spectra
were compared with calculated curves from the thin-film program Film Wizard in order
1
to determine the composition of the layers. Carrier-lifetime measurements were taken to
characterize the surface passivation. Therefore measurements before and after the ccontact-
firing (a high temperature step in solar cell production) were compared. Furthermore it
was analyzed and calculated which producible layers, or combination of layers, would give
best results on theoretically usable photons under real illumination conditions.
It turned out that thickness measurements in TEM worked well, although the additional
EELS analysis did not show trustworthy N/Si ratios. Furthermore the determination of
the layer composition via the reflection spectra is partly problematic because the actual
curves can not always be fully explained. A derivation of the determined values to N/Si
ratios is even more difficult, because literature does not agree on this subject.
Concerning the carrier lifetime measurements, it could be shown that nitrogen-rich layers
tend to be less sensitive to high temperature steps. Some sorts of layers achieved very high
improvement of carrier lifetime after the firing step, especially for a gasflow-ratio NH3/SiH4
of 2:1. The theoretical calculations promise possible increase of efficiency of the solar cells
using certain double layers. Here it was very promising, that good calculation results could
be obtained by layers that have also shown high improvement in carrier lifetime.

silicon solar cells, antireflection coating, SiNx, silicon nitride