Study of polycrystalline silicon layers for photovoltaic applications

Abstract

This thesis concerns the study of silicon single junction solar cells deposited by plasma- enhanced chemical vapor deposition on the industrial Fe-Ni alloy substrate. This ap- proach is promising for fabrication of low-cost high-efficiency solar cells. The main aim is to characterize the intrinsic polycrystalline silicon layer which is crucial for light absorp- tion and solar cell efficiency. The real-time ellipsometric data obtained during material deposition in reactor are used to model the composition of grown material. Based on the designed model, the evolution of material crystallinity as well as the thickness and compo- sition of the surface roughness layer are established and average growth rate is estimated. The transmission electron microscopy is used to obtain the images of material structure. Finally, the key performance characteristics of studied solar cells are determined based on current-voltage characteristic and external quantum efficiency measurement.

Tato práce se zabývá studiem křemíkových solárních článků s jedním přechodem připravených pomocí plasmou indukované chemické depozice par na substrátu ze Fe-Ni slitiny. Tato metoda je slibná pro výrobu levnějších solárních článků s vysokou účinností. Hlavním cílem je charakterizace intrinsické vrstvy polykrystalického křemíku, která je klíčová pro absorpci světla, a tedy pro účinnost článku. Elipsometrická data získaná v reálném čase během depozice materiálu v reaktoru jsou použita k modelování složení narůstajícího materiálu. Na základě navrženého modelu je možno určit vývoj krystalinity i tlouš ťky a složení drsnosti povrchové vrstvy a také odhadnout průměrnou rychlost růstu. Transmisní elektronová mikroskopie je použita pro získání snímků struktury materiálu. Na závěr jsou pomocí měření voltampérové charakteristiky a vnější kvantové účinnosti určeny parametry klíčové pro výkon solárních článků.