Darstellung siliciumreicher Oxide (SRO) auf Dünnfilmbasis und Charakterisierung der enthaltenen Si-Nanokristalle; Einfluss von SRO-Materialien als zusätzliche Schicht auf kommerziell erhältlichen Solarzellen sowie Untersuchung der zu erwartenden Effizienzsteigerung der modifizierten Solarzellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projektes war die Darstellung und Charakterisierung Silizium reicher Oxide (SRO) auf Dünnfilmbasis. Schwerpunkt war die Charakterisierung von Si-Nanostrukturen, die sich in der Siliziumoxid-Matrix des Filmes und an der Grenzfläche zum Substrat bilden. Die Darstellung von SRC-Filmen erfolgte auf zwei Wegen: a) mittels Low Pressure Chemical Vapour Deposition (LPCVD) und anschließendem Tempern und b) mittels elektrochemischer Abscheidung von Silizium Nanokristallen, welche in einen „spin-on-glas" Prozess integriert wurden. Die Abhängigkeit der Intensität der Photolumineszenz (PL) von Stöchiometrie, Reaktionstemperatur und Reaktionsdauer wurde untersucht. Die intensivste PL konnte für SiO.58 nach 3 h tempern bei 1100 °C beobachtet werden. Zusätzlich zur PL wurde das Absorptionsverhalten in Abhängigkeit der Stöchiometrie mittels UV/Vis Spektroskopie untersucht. Hierbei wurde ein Shift der Absorptionskante hin zu kleineren Wellenzahlen mit steigendem Si Gehalt festgestellt. Eine Charakterisierung der strukturellen Eigenschaften erfolgte mittels TEM, SEM, Ramanund IR-Spektroskopie, Rutherford Back Scattering Spektroskopie und Ellipsometrie. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der Charakterisierung von Silizium Nanokristallen in der SiOi Matrix sowie von Silizium Nanoinseln an der Grenzfläche Substrat/Film. In den Strom-Spannungs-Kennlinien (l-V) und Kapazität-Spannungs-Kennlinien (C-V) wurden sprunghafte Anstiege und Oszillationen bei Raumtemperatur beobachtet. Hierbei wurde eine Verschiebung in Abhängigkeit der I-V Kennlinie (bis zu 40 %) zu niedrigeren Spannungen hin beobachtet. Des Weiteren erwiesen sich die Proben unter Substratinversion als photosensitiv mit einer Verhältnis Photostrom zu Dunkelstrom > 100. In einer zweiten Versuchsreihe konnte gezeigt werden, dass SRO prinzipiell als „down converter" für UV-Licht in Solarzellen benutzt werden kann, allerdings sind die zur Synthese nötigen Temperaturen von 1100 °C zu hoch, um dieses Verfahren in den Herstellungsprozess von Solarzellen zu integrieren. Neben den aufgeführten experimentellen Arbeiten wurden auch Modelle zum Verständnis des Absorptions-/Emmisionsverhaltens, des Kristallwachstums sowie zu den Oszillationen in den l-V Kennlinien und deren Photosensitivität entwickelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Spectroscopical analysis of luminescent silicon rich oxide films, Revista Mex. Fisica. 53, 279, 2007
A. Morales, C. Dominguez, J. Barreto, M. Riera, M. Aceves, J.A. Luna, Z. Yu, R. Kiebach
- Characterization of Silicon Rich Oxides with Tunable Optical Band Gap on Sapphire Substrates by Photoluminescence, UV/Vis and Raman Spectroscopy, J. Mex. Chem. Soc. 52, 212, 2008
R. Kiebach, J.A. Luna-López, G.O. Dias, M. Aceves-Mijares, J.W. Swart
- Controlling the Size and Density of Silicon Nanostructures by Incorporation of Nitrogen, Chem. Vap. Deposition. 14, 353, 2008
R. Kiebach, Z. Yu. M. Aceves-Mijares, J. Du, D. Bian, R. López-Estopier, J. Carrillo-Lopez, G. Juárez-Diaz, J. Martinez Juarez
- Room temperature current oscillations in naturally grown silicon, J. Appl Phys., 103, 063706, 2008
Z. Yu, M. Aceves-Mijares, K. Monfil, R. Kiebach, R. López-Estopier, J. Carrillo
- Room temperature quantum tunneling and Coulomb blockade in silicon rich oxide, Physica E, 41, 264, 2008
Z. Yu, M. Aceves, F. Wang, J. Carrillo, R. Kiebach, K. Monfil
- The deposition and control of self assembled silicon nano islands on crystalline silicon, Int. J.High Speed Elec. Syst., 18, 901, 2008
R. Kiebach, Z. Yu, M. Aceves-Mijares, D. Bian, J. Du
- Photosensitivity and shift of current oscillations at room temperature in Silicon Rich Oxides under UV/VIS light, Appl. Phys. Lett., 2009
R. Kiebach, Z. Yu, K. Monfil, J. Carrillo, M. Aceves-Mljaresa
- Self Assembly of Silicon Nanoislands on crystalline Silicon under a photoactive Layer, Smart Nanocomposites, 2009
R. Kiebach, Z. Yu, K. Monfil, G. O. Dias, J.W. Swart, W. Bensch, M. Aceves-Mijares
- Synthesis of Light emitting SiOx Layers with calculable optical Properties - a first Step to controlled Integration of photoluminescente active Compounds in Silicon based Devices, Smart Nanocomposites, 2009
R. Kiebach, A. Morales, K. Monfil, Z. Yu, E. Quiroga, M. Aceves-Mijares
