title: Tieftemperaturphotolumineszenzspektroskopie (TTPL) und Dichtefunktionaltheorie (DFT) zur weiteren Analyse des ASi-Sii-Defekts
Creators: name: Flötotto, Aaron
Publisher: name: TU Ilmenau
Year: 2022
Subjects: subject: Lichtinduzierte Degradation
subject: Photolumineszenz
subject: Tieftemperatur
subject: Dichtefunktionaltheorie
subject: ASi-Sii-Defekt
subject: Solarzellen
subject: Silizium
subject: Kristalldefekt
subject: 530

description: Lichtinduzierte Degradation kann die Effizienz von Bauelementen aus Bor- oder Indium-dotiertem Czochralski-Silizium wie beispielsweise Solarzellen oder Strahlungsdetektoren um mehr als 1 %abs verringern. Obwohl diese lichtinduzierte Degradation seit etwa 4 Jahrzehnten bekannt ist, gibt es weiterhin einen wissenschaftlichen Diskurs über die Struktur des zugrundeliegenden Kristall-Defekts. Verschiedene Defekt-Modelle wurden vorgeschlagen, um diesen Effekt zu erklären - der ASi-Sii-Defekt ist eines davon. In dieser Arbeit wird lichtinduzierte Degradation von Bordotiertem Silizium mithilfe von Tieftemperaturphotolumineszenzspektroskopie untersucht. Um die Konzentration substitutioneller Bor-Defekte zu messen, wird eine Methode zur Bestimmung der Probentemperatur aus Modellierungen der gemessenen Spektren angewandt und eine geeignete Kalibrierfunktion bestimmt. Es wird keine zusätzliche Lumineszenzlinie mit Verbindung zur lichtinduzierten Degradation beobachtet. Des weiteren verändert sich die Konzentration substitutioneller Bor-Defekte nicht durch Beleuchten oder Ausheilen der Probe. Daher können keine neuen Defekte mit Bor-Beteiligung während der lichtinduzierten Degradation entstehen. Stattdessen wird nun angenommen, dass während der Degradation bestehende Defekte aktiviert werden. Um diese Aktivierung im Rahmen des ASi-Sii-Modells zu untersuchen, wurden ab-initio Rechnungen der Energielandschaft des Defekts durchgeführt. Mithilfe der Dichtefunktionaltheorie wurden metastabile Konfigurationen einatomiger Bor- und Indium-Defekte in Silizium gefunden. Mit beiden Akzeptor-Spezies ist der ASi-Sii-Defekt der Grundzustand. Für den Bor-Silizium-Defekt wurde außerdem die Ladungsabhängigkeit der Defektenergie sowie die Energielandschaft von Übergängen zwischen den metastabilen, neutralen Defektkonfigurationen untersucht.
description: Light induced degradation can diminish the efficiency of devices containing boron or indium doped Czochralski silicon such as solar cells or radiation detectors by more than 1 %abs. Although light induced degradation has been a known problem for about 4 decades, the structure of the underlying crystal defect is still under active discussion. Different defect-models have been suggested to explain this effect - the ASi-Sii-defect is one of them. In this work light induced degradation of boron doped silicon is investigated with low temperature photoluminescence spectroscopy. In order to measure the concentration of substitutional boron defects a method for extraction of the sample temperature by fitting the luminescence spectrum is applied and a suitable calibration curve is determined. No additional luminescence peak owing to light induced degradation is found. Furthermore, no dependence of the concentration of substitutional boron defects on illumination and annealing of the samples is observed. This indicates that no new boron related defect is created during the light induced degradation itself. Instead, an already existing defect is activated during illumination and therefore causes the degradation. To investigate this activation in frame of the ASi-Sii-model ab-initio calculations on the energy landscape of the defect are performed. Using density functional theory the meta-stable configurations of single-atom boron and indium defects in silicon are determined. The ASi-Sii-defect is the ground state for both acceptor species. For the boron-silicon-defect the charge dependence of defect energy and the energy landscape of transitions between meta-stable, neutral defect configurations is investigated.