Özge TÜZÜN ÖZMEN, Salar Habibpur SEDANİ, Mehmet KARAMAN, Kadir GÖKŞEN, Raşit TURAN

Farklı Üretim Parametrelerinin Katı Faz Kristalizasyon (SPC) Tekniği Kullanılarak Üretilen Polikristal Silisyum İnce Filmlerin Kalitesi Üzerine Etkileri

Yüksek elektronik kaliteleri ve optimize edilmiş eklem yapıları nedeniyle SiNx kaplı cam alttaş üzerindeki polikristal silisyum (poly-Si) ince filmler, hacimsel silisyum bazlı güneş hücrelerine karşı umut vaat edici alternatif yaklaşımlardır. Bu çalışmada, poly-Si filmler katı faz kristalizasyonu (SPC) tekniği ile üretilmişlerdir. Filmler, klasik tüp fırında 600oC’de 8-26 saat aralığında kristalleştirilmişlerdir. SiNx kaplı cam alttaş üzerindeki poly-Si ince filmlerin yapısal ve optiksel özellikleri araştırılmıştır. Poly-Si ince filmlerin yönelimi ve kristalit büyüklüğü X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak incelenirken filmlerin kristallenme derecesi mikro Raman spektroskopisi ile çalışılmıştır. Kristalizasyon süresinin filmin kalitesi üzerine önemli etkileri olduğu bulunmuştur. Deneyler sonucunda, tavlama süresi 8 saatten 26 saate arttırıldığında kristallenme derecesinin %10’dan %95’e arttığını göstermiştir. 600oC’de kristallenen SPC poly-Si filmlerin tercihli yönelimi tüm tavlama zamanları için <111>’dir. Diğer yandan, artan tavlama süresi kristalit boyutunu 29,6nm’den 36,3nm’e büyütmüştür. Bu analizlere ek olarak, bu çalışmada, e-demeti sistemi ile büyütülen a-Si’un üretim esnasında kullanılan potanın SPC poly-Si filmin kristal kalitesi üzerine etkileri de araştırılmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki e-demeti sisteminde kullanılan potanın malzemesinin grafit yerine molibden (Mo) olması gerektiği ve SPC tekniğini ile oluşturulan poly-Si filmlerin kalitesi üzerine önemli etkisi olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler:

İnce film, polikristal silisyum, katı faz kristalizasyon, üretim parametreleri

PDF

___

[1] Muller J.-C., Siffert P., Silicon for Photovoltaics, Silicon-Evolution and Future of a Technology, Editörler: Siffert P., Krimmel E., Springer, New York, NY 10013 USA, 2004.
[2] Tüzün Ö., Polycrystalline Silicon Films by Aluminium Induced Crystallization and Epitaxy: Synthesis, Characterizations and Solar Cells, Doktora Tezi, Université de Strasbourg, Strasbourg, France, 2009.
[3] Basore P.A., Defining terms for crystalline silicon solar cells, Prog. Photovoltaics Res. Appl., 2, 177–179, 1994.
[4] Lee S.W., Jeon Y.C., Joo S.K., Pd induced lateral crystallization of amorphous Si thin films, Appl. Phys. Lett., 66: 1671–1673, 1995.
[5] Beaucarne G., Slaoui A., Thin Film Polycrystalline Silicon Solar Cells, Thin Film Solar Cells, Editörler: Poortmans J., Arkhipov V., John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK, 2006.
[6] Bergmann R.B., Werner J.H., The future of crystalline silicon films on foreign substrates, Thin Solid Films, 403–404: 162–169, 2002.
[7] Brendel R., Thin-Film Crystalline Silicon Solar Cells: Physics and Technology, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, FRG, 2003.
[8] Imaizumi T.I.M., Yamaguchi M., Kaneko K., Effect of grain size and dislocation density on the performance of thin film polycrystalline silicon solar cells, J. Appl. Phys., 81: 7635–7640, 1997.
[9] Bergmann R.B., Brendel R., Wolf M., Lölgen P., Krinke J., Strunk H.P., Werner J.H., Growth of polycrystalline silicon films on glass by high-temperature chemical vapour deposition, Semicond. Sci. Technol., 12: 224–227, 1997.
[10] Ishihara T., Arimoto S., Morikawa H., Kumabe H., Murotani T., High efficiency thin film silicon solar cells prepared by zone‐melting recrystallization, Appl. Phys. Lett., 63: 3604–3606, 1993.
[11] Ishii K., Nishikawa H., Takahashi T., Hayashi Y., Sub-5 µm Thin Film Crystalline Silicon Solar Cell on Alumina Ceramic Substrate, Jpn. J. Appl. Phys., 32: L770–L773, 1993.
[12] Song D., Straub A., Widenborg P., Vogl B., Campbell P., Huang Y., Aberle A.G., Polycrystalline Silicon Thin-Film Solar Cells on Glass by Solid Phase Crystallization of In-Situ Doped Evaporated a-Si, 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris France, 7-11 June 2004.
[13] Yu Z., Geng X., Sun Y., Liu S., Li H., Lu J., Sun J., Sun Z., Xu W., Super large grain size of poly-Si obtained by using the solid-phase crystallization method, Phys. Status Solidi A, 144: 393–399, 1994.
[14] Baba T., Matsuyama T., Sawada T., Takahama T., Wakisaka K., Tsuda S., Microcrystalline and Nanocrystalline Semiconductors, MRS Fall Meeting, Boston, MA, USA, 28 November-2 December 1994.
[15] Matsuyama T., Terada N., Baba T., Sawada T., Tsuge S., Wakisaka K., Tsuda S., High-quality polycrystalline silicon thin film prepared by a solid phase crystallization method, J. Non-Cryst. Solids, 198-200: 940–944, 1996.
[16] Keevers M.J., Young T.L., Schubert U., Green M.A., 10% efﬁcient CSG minimodules, 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan, Italy, 3-7 September 2007.
[17] Kunz O., Ouyang Z., Wong J., Aberle A.G., Advances in evaporated solid-phase-crystallized poly-Si thin-film solar cells on glass (EVA), Adv. OptoElectron., 2008: 532351/1-10, 2008.
[18] Tao Y., Varlamov S., Kunz O., Ouyang Z., Wong J., Soderstrom T., Wolf M., Egan R., Effects of annealing temperature on crystallisation kinetics, film properties and cell performance of silicon thin-film solar cells on glass, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 101: 186–192, 2012.
[19] Li Z., Li W., Jiang Y., Cai H., Gong Y., He J., Raman characterization of the structural evolution in amorphous and partially nanocrystalline hydrogenated silicon thin films prepared by PECVD, J. Raman Spectrosc., 42: 415–421, 2011.
[20] Nguyen T.N., Jung S., Advanced solid-phase crystallization of amorphous silicon on a glass substrate, J. Korean Phys. Soc., 54: 2367–2372, 2009.
[21] Terry M.L., Straub A., Inns D., Song D., Aberle A.G., Large open-circuit voltage improvement by rapid thermal annealing of evaporated solid-phase-crystallized thin-film silicon solar cells on glass, Appl. Phys. Lett., 86: 172108, 2005.
[22] Klug H.P., Alexander L.E., X-Ray Diffraction Procedures: For Polycrystalline and Amorphous Materials, 2nd ed. John Wiley & Sons Inc., USA, 1974.