Επίδραση των φυσικών παραμέτρων ανάπτυξης στα δομικά χαρακτηριστικά λεπτών υμενίων νανο-κρυσταλλικού Si για χρήση σε φωτοβολταϊκές διατάξεις
Creators: name: Κοζάκος, Σταύρος Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Επαγόμενη από μέταλλο κρυστάλλωση του αμόρφου πυριτίου
Νανοκρυσταλλικό πυρίτιο
Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Διερχόμενης Δέσμης
Metal Induced crystallization of amorphous Silicon
Nanocrystalline silicon
Transmission Electron Microscopy-TEM

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά στον δομικό χαρακτηρισμό λεπτών υμενίων πολυκρυσταλλικού πυριτίου σε υπόστρωμα πυριτίου τύπου-n, που αναπτύσσονται με την μέθοδο της επαγόμενης κρυστάλλωσης από αργίλιο (Al), η οποία οδηγεί στην ταυτόχρονη κρυστάλλωση και το p-doping του αμόρφου πυριτίου. Το κύριο τεχνολογικό ενδιαφέρον των υμενίων αυτών αφορά τη χρήση τους ως εκπομπούς σε φωτοβολταϊκές κυψέλες. Η ανάπτυξη των υμενίων έχει πραγματοποιηθεί στο Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας (Ι.Ν.Ν.) του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος». Αναπτύχθηκε μία σειρά δειγμάτων κάτω από διαφορετικές συνθήκες, με διαφορετικό ονομαστικό πάχος (10 και 20nm) καθώς και διαφορετική θερμοκρασία (430 και 500oC) και χρόνο ανόπτησης (6 και 10h). Βασικός στόχος είναι η διακρίβωση της επίδρασης των παραπάνω παραμέτρων στην ποιότητα των παραγομένων υμενίων με τη μέθοδο ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διερχόμενης δέσμης (ΤΕΜ) που πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας, στο τμήμα Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Από την παρατήρηση των δειγμάτων στο επίπεδο ανάπτυξης (plane view) και εγκάρσιας τομής (cross section) διαπιστώθηκε η ανάπτυξη ενός στρώματος νανο-κρυσταλλικού πυριτίου (c-Si), πάχους έως 10nm με τη διεύθυνση [111] στις περισσότερες περιπτώσεις κάθετη στην επιφάνεια του υποστρώματος (100). Στα δείγματα με ονομαστική τιμή πάχους 20nm παρατηρήθηκε η ανάπτυξη νανοκρυσταλλικών περιοχών μέσα στο άμορφο με τις μεγαλύτερες lateral διαστάσεις να καταγράφονται για μέγιστη θερμοκρασία και χρόνο ανόπτησης. Τα πάχη του στρώματος του κρυσταλλικού πυριτίου και του στρώματος του αμόρφου (με ή χωρίς νανοκρυσταλλίτες) εμφανίζουν ελάχιστη εκτιμήσιμη επίδραση από τις συνθήκες ανάπτυξης χωρίς καμία συγκεκριμένη τάση. Κατά την εγκάρσια παρατήρηση του δείγματος δεν εντοπίστηκαν υπολείμματα Al τα οποία θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως κέντρα επανασύνδεσης των ελεύθερων φορέων στο c-Si και κατά συνέπεια να υποβαθμίσουν την απόδοση των φωτοβολταϊκών κυττάρων.
description: The present thesis concerns the structural characterization of polycrystalline silicon (Si) thin films grown by Al-induced crystallization method, resulting in the simultaneous crystallization and p-doping of amorphous Si thin films on n-type Si substrate, for use as the emitter in crystalline Si solar cells. The films growth was carried out at the Institute of Nanoscience and Nanotechnology (I.N.N.) of NCSR "Demokritos". A series of samples was grown under different conditions, with different nominal thickness (10 and 20nm) and different annealing temperature (430 and 500oC) and time (6 and 10h). The main objective is the study of the effect of these parameters on the films' quality using the transmission electron microscopy method (TEM), carried out at the Electron Microscopy Laboratory at the Physics Department of Aristotle University of Thessaloniki. Plane View and Cross Section observations clearly revealed the growth of a nano-crystalline Si layer (c-Si), with a thickness of up to 10nm, with the direction [111] mostly perpendicular to the substrate surface (100). However, in the samples with nominal thickness 20nm, nanocrystallized regions were observed in the amorphous layer with the larger lateral dimensions recorded for maximum temperature and annealing time. The growth conditions showed a negligible effect on the nanocrystalline silicon and the amorphous layer (with or without nanocrystallites) thicknesses. Cross sectional observations showed no Al residues which could act as free carrier recombination centers in the c-Si and thus degrade the photovoltaic cells efficiency.