Dit rapport vormt een verslaglegging van onderzoekswerk dat in het kader
van de projecten MissionN en Miracle is uitgevoerd aan de ontwikkeling
van nieuwe depositiemethoden van micro-kristallijn silicium (mc-Si).
Dit werk is verricht op een vijftal verschillende locaties: TU-Eindhoven,
Dimes-Delft, TAC-Delft, Universiteit Utrecht en ECN. Er zijn twee nieuwe
depositiemethoden voor het maken van intrinsieke mc-Si lagen voor zonnecellen
onderzocht: Expanding Thermal Plasma (ETP) en Microwave Plasma Enhanced
Chemical Vapour Deposition MWPECVD. Voor beide methoden is aangetoond
dat snelle groei (> 1 nm/s) van mc-Si mogelijk is. In dit project
is echter vooralsnog gebleken dat deze snelle groei voor beide systemen
gepaard gaat met een te hoge porositeit van de mc-Si lagen, waardoor
de vereiste elektronische kwaliteit van de lagen nog niet is behaald.
De rendementen van de cellen die met i-lagen gefabriceerd met een van
deze beide methoden zijn gemaakt hebben daarom ook niet de project doelstelling
(8 %) bereikt maar zijn blijven steken op 1.9 % en 0.5 % voor respectievelijk
ETP en MWPECVD. De met MWPECVD gegroeide lagen hebben hierbij extra
te lijden gehad van post-oxidatie door vacuümonderbreking daar de verschillende
lagen van de cel op verschillende locaties moesten worden gemaakt.
Op succesvolle wijze is een nieuwe, en effectievere methode voor het
groeien van gedoteerde (n, p) mc-Si lagen ontwikkeld: de "layer by layer"
(LBL) methode. Hiermee kunnen over een breed temperatuurgebied (van
150 tot 400 °C) gedoteerde mc-Si lagen worden gegroeid met een veel
hogere dopingefficiency dan de conventionele continue depositie methode.
Het onderzoek naar het groeimechanisme van mc-Si met ATR-FTIR en spectrale
ellipsometrie heeft aangetoond dat de depositie van mc-Si altijd begint
met een amorfe kiemlaag (ook als het substraat een kristallijn-Si wafer
is). De amorfe kiemlaag gaat via een gemengde a-Si/mc-Si tussenlaag
over in een volledig mc-Si laag. Diktes van de kiemlaag en gemengde
tussenlaag worden beinvloed door verhouding van de procesgassen SiH4
en H2. De substraat temperatuur heeft slechts een gering effect op de
uiteindelijke kristalfractie van de laag.
Het werk aan nieuwe karakteriseringstechnieken van mc-Si heeft een aantal
veelbelovende methoden opgeleverd (Transient Absorption Spectroscopy,
Time of Flight measurements), die in de toekomst zullen worden ingezet
voor analyse van mc-Si.