Characterization of grain boudaries in silicon solar cells

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Proceeding from the results for the barrier height of a grain boundary in solar cell material evaluated from the measurement of the zero bias conductance at a bicrystal test structure the density of grain boundary states and their distribution in energy have been determined. The method is a spectroscopic one and yields a steplike energy distribution. In accordance with theoretical calculations simulating typical energy distributions of the states we find, that the density of states in the middle of the gap is negligible and increases towards the conduction band edge to values of about 10¹² cm⁻² V⁻¹. The capture cross section ratio is found to range from 1≦C _p C _n ≦10. The method is proved to yield definite and unambiguous results by means of additional model calculations.

Übersicht

Ausgangspunkt für die Bestimmung der Zustandsdichte und der Energieverteilung von Korngrenzen-Zuständen sind die Ergebnisse für die Höhe der Potentialbarriere an den Korngrenzen von Solarzellenmaterial. Die Barrierenhöhe ist dabei aus Messungen des Gleichstrom-Leitwertes am Spannungs-Nullpunkt von Bikristall-Teststrukturen gewonnen worden. Bei dieser Bestimmung der Energieverteilung der Zustandsdichte von Korngrenzen-Zuständen handelt es sich um eine spektroskopische Methode, die den Gesamtverlauf in diskontinuierlichen Stufen beschreibt. Dabei ergibt sich, daß die Zustandsdichte in der Mitte der Verbotenen Zone unter die Nachweisgrenze sinkt und in Richtung der Leitungsbandkante bis auf Werte von 10¹² cm⁻² eV⁻¹ ansteigt. Die hier erhaltene Energieverteilung von Korngrenzen-Zuständen wurde durch Modellrechnungen für vorgegebene Zustandsverteilungen bestätigt. Für das Verhältnis der Einfangquerschnitte findet man 1≦C _p C _n ≦10. Anhand zusätzlicher Modellrechnungen kann gezeigt werden, daß die Ergebnisse dieser Untersuchungsmethode numerisch abgesichert und eindeutig sind.