Farklı Üretim Parametrelerinin Katı Faz Kristalizasyon (SPC) Tekniği Kullanılarak Üretilen Polikristal Silisyum İnce Filmlerin Kalitesi Üzerine Etkileri

Yıl 2019, Cilt: 22 Sayı: 2, 469 - 475, 01.06.2019

Özge Tüzün Özmen Salar Habibpur Sedani Mehmet Karaman Kadir Gökşen Raşit Turan

https://doi.org/10.2339/politeknik.457955

Öz

Yüksek elektronik kaliteleri ve
optimize edilmiş eklem yapıları nedeniyle SiN_x kaplı cam alttaş
üzerindeki polikristal silisyum (poly-Si) ince filmler, hacimsel silisyum bazlı
güneş hücrelerine karşı umut vaat edici alternatif yaklaşımlardır. Bu
çalışmada, poly-Si filmler katı faz kristalizasyonu (SPC) tekniği ile
üretilmişlerdir. Filmler, klasik tüp fırında 600^oC’de 8-26 saat
aralığında kristalleştirilmişlerdir. SiN_x kaplı cam alttaş
üzerindeki poly-Si ince filmlerin yapısal ve optiksel özellikleri araştırılmıştır.
Poly-Si ince filmlerin yönelimi ve kristalit büyüklüğü X-ışını kırınımı (XRD)
kullanılarak incelenirken filmlerin kristallenme derecesi mikro Raman
spektroskopisi ile çalışılmıştır. Kristalizasyon süresinin filmin kalitesi
üzerine önemli etkileri olduğu bulunmuştur. Deneyler sonucunda, tavlama süresi
8 saatten 26 saate arttırıldığında kristallenme derecesinin %10’dan %95’e
arttığını göstermiştir. 600^oC’de kristallenen SPC poly-Si filmlerin
tercihli yönelimi tüm tavlama zamanları için <111>’dir. Diğer yandan,
artan tavlama süresi kristalit boyutunu 29,6nm’den 36,3nm’e büyütmüştür. Bu
analizlere ek olarak, bu çalışmada, e-demeti sistemi ile büyütülen a-Si’un
üretim esnasında kullanılan potanın SPC poly-Si filmin kristal kalitesi üzerine
etkileri de araştırılmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki e-demeti sisteminde
kullanılan potanın malzemesinin grafit yerine molibden (Mo) olması gerektiği ve
SPC tekniğini ile oluşturulan poly-Si filmlerin kalitesi üzerine önemli etkisi
olduğu görülmüştür.  

Anahtar Kelimeler

İnce film, polikristal silisyum, katı faz kristalizasyon, üretim parametreleri

Kaynakça

• [1] Muller J.-C., Siffert P., Silicon for Photovoltaics, Silicon-Evolution and Future of a Technology, Editörler: Siffert P., Krimmel E., Springer, New York, NY 10013 USA, 2004.
• [2] Tüzün Ö., Polycrystalline Silicon Films by Aluminium Induced Crystallization and Epitaxy: Synthesis, Characterizations and Solar Cells, Doktora Tezi, Université de Strasbourg, Strasbourg, France, 2009.
• [3] Basore P.A., Defining terms for crystalline silicon solar cells, Prog. Photovoltaics Res. Appl., 2, 177–179, 1994.
• [4] Lee S.W., Jeon Y.C., Joo S.K., Pd induced lateral crystallization of amorphous Si thin films, Appl. Phys. Lett., 66: 1671–1673, 1995.
• [5] Beaucarne G., Slaoui A., Thin Film Polycrystalline Silicon Solar Cells, Thin Film Solar Cells, Editörler: Poortmans J., Arkhipov V., John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK, 2006.
• [6] Bergmann R.B., Werner J.H., The future of crystalline silicon films on foreign substrates, Thin Solid Films, 403–404: 162–169, 2002.
• [7] Brendel R., Thin-Film Crystalline Silicon Solar Cells: Physics and Technology, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, FRG, 2003.
• [8] Imaizumi T.I.M., Yamaguchi M., Kaneko K., Effect of grain size and dislocation density on the performance of thin film polycrystalline silicon solar cells, J. Appl. Phys., 81: 7635–7640, 1997.
• [9] Bergmann R.B., Brendel R., Wolf M., Lölgen P., Krinke J., Strunk H.P., Werner J.H., Growth of polycrystalline silicon films on glass by high-temperature chemical vapour deposition, Semicond. Sci. Technol., 12: 224–227, 1997.
• [10] Ishihara T., Arimoto S., Morikawa H., Kumabe H., Murotani T., High efficiency thin film silicon solar cells prepared by zone‐melting recrystallization, Appl. Phys. Lett., 63: 3604–3606, 1993.
• [11] Ishii K., Nishikawa H., Takahashi T., Hayashi Y., Sub-5 µm Thin Film Crystalline Silicon Solar Cell on Alumina Ceramic Substrate, Jpn. J. Appl. Phys., 32: L770–L773, 1993.
• [12] Song D., Straub A., Widenborg P., Vogl B., Campbell P., Huang Y., Aberle A.G., Polycrystalline Silicon Thin-Film Solar Cells on Glass by Solid Phase Crystallization of In-Situ Doped Evaporated a-Si, 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris France, 7-11 June 2004.
• [13] Yu Z., Geng X., Sun Y., Liu S., Li H., Lu J., Sun J., Sun Z., Xu W., Super large grain size of poly-Si obtained by using the solid-phase crystallization method, Phys. Status Solidi A, 144: 393–399, 1994.
• [14] Baba T., Matsuyama T., Sawada T., Takahama T., Wakisaka K., Tsuda S., Microcrystalline and Nanocrystalline Semiconductors, MRS Fall Meeting, Boston, MA, USA, 28 November-2 December 1994.
• [15] Matsuyama T., Terada N., Baba T., Sawada T., Tsuge S., Wakisaka K., Tsuda S., High-quality polycrystalline silicon thin film prepared by a solid phase crystallization method, J. Non-Cryst. Solids, 198-200: 940–944, 1996.
• [16] Keevers M.J., Young T.L., Schubert U., Green M.A., 10% efficient CSG minimodules, 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan, Italy, 3-7 September 2007.
• [17] Kunz O., Ouyang Z., Wong J., Aberle A.G., Advances in evaporated solid-phase-crystallized poly-Si thin-film solar cells on glass (EVA), Adv. OptoElectron., 2008: 532351/1-10, 2008.
• [18] Tao Y., Varlamov S., Kunz O., Ouyang Z., Wong J., Soderstrom T., Wolf M., Egan R., Effects of annealing temperature on crystallisation kinetics, film properties and cell performance of silicon thin-film solar cells on glass, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 101: 186–192, 2012.
• [19] Li Z., Li W., Jiang Y., Cai H., Gong Y., He J., Raman characterization of the structural evolution in amorphous and partially nanocrystalline hydrogenated silicon thin films prepared by PECVD, J. Raman Spectrosc., 42: 415–421, 2011.
• [20] Nguyen T.N., Jung S., Advanced solid-phase crystallization of amorphous silicon on a glass substrate, J. Korean Phys. Soc., 54: 2367–2372, 2009.
• [21] Terry M.L., Straub A., Inns D., Song D., Aberle A.G., Large open-circuit voltage improvement by rapid thermal annealing of evaporated solid-phase-crystallized thin-film silicon solar cells on glass, Appl. Phys. Lett., 86: 172108, 2005.
• [22] Klug H.P., Alexander L.E., X-Ray Diffraction Procedures: For Polycrystalline and Amorphous Materials, 2nd ed. John Wiley & Sons Inc., USA, 1974.