Parasitäre Oxide an vergrabenen Grenzflächen in modernen Silizium-Solarzellen

Abstract

An Kontaktflächen von Metalloxiden mit Metallen oder Silizium in der Silizium-Photovoltaik kann es während der Prozessierung zu Materialumverteilungen und Festkörperreaktionen kommen. Oft sind die dabei entstehenden parasitären Oxide mit erhöhten elektrischen Kontaktwiderständen verbunden, die ab initio nicht durch Eigenschaften des entsprechenden Volumenmaterials oder aktuelle theoretische Modelle vorhergesagt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit konnten solche Schichten an der vergrabenen ITO/a-Si-Grenzfläche in SHJ-Solarzellen sowie dem NiOx/poly-Si(p+)-Übergang für Perowskit/TOPCon-Tandems erstmals nachgewiesen und Informationen über ihre Dicke und Kristallinität gewonnen werden. Es zeigte sich, dass sie stets amorph und nur 1-10 nm dick sind. Mit hochauflösenden XPS-, ToF-SIMS- und (S)TEM-EDX/EELS-Untersuchungen konnten chemische Gradienten und lokale Unterschiede in der Bandlücke der parasitären Oxide abgeschätzt und mit dem makroskopischen Kontaktwiderstand korreliert werden.

Material redistributions and solid-state reactions can occur at contact interfaces of metal oxides with metals or silicon in silicon photovoltaics during processing. Often, the resulting parasitic oxides are associated with increased electrical contact resistances, which cannot be predicted ab initio by properties of the corresponding bulk material or current theoretical models. In this work, such layers were detected for the first time at the buried ITO/a-Si interface in SHJ solar cells and the NiOx/poly-Si(p+) junction for perovskite/TOPCon tandems, and information on their thickness and crystallinity was obtained. They were found to be always amorphous and only 1-10 nm thick. High-resolution XPS, ToF-SIMS, and (S)TEM-EDX/EELS studies were used to estimate chemical gradients and local differences in the band gap of the parasitic oxides. Furthermore, nanoscopic data was correlated with macroscopic contact resistances to understand contact formation in those material systems.