Mikroskopické studium křemíkových tenkých vrstev

Výrobky založené na tenkých křemíkových vrstvách se již běžně používají a ročně se vyrobí asi 50 km² křemíkových vrstev, z toho asi 5 km² pro sluneční články. I přes to zůstává mnoho nejasností o tom, jak vlastně tyto články fungují, především kvůli jejich nanostruktuře.

Mikrokrystalické nebo nanokrystalické křemíkové vrstvy jsou složeny z jednotlivých zrn o rozměrech okolo 10 nm, uspořádaných do větších agregátů s typickým kuželovitým tvarem. Zrna jsou spojena hranicemi nebo jsou oddělena amorfní matricí. Makroskopické vlastnosti, a tedy také funkční vlastnosti součástek založených na tomto materiálu, jsou určeny vlastnostmi jednotlivých zrn a jejich uspořádáním. Řádové rozdíly ve vodivosti složek vedou k přerozdělení vnitřního elektrického pole, které se ale obvykle neuvažuje při popisu funkce slunečních článků. Klíčovou roli pro sběr fotogenerovaných nosičů hrají také hranice zrn, kam se soustředí defekty působící jako rekombinační centra.

Studium elektronických vlastností individuálních nanostruktur vyžaduje mikroskopická měření s nanometrovým rozlišením, pro která v naší skupině již déle než 10 let využíváme rastrovací hrotové mikroskopy. Přednáška ukáže postup výzkumu morfologie a lokálních elektronických vlastností nanostrukturních polovodičových vrstev, ilustrovaný na přiloženém obrázku.

Zapojení do evropského projektu PolySiMode nás nyní přivedlo k měření hranic zrn ve vrstvách polykrystalického křemíku na skle. Články založené na těchto vrstvách již dosáhly účinnosti 10,4 %, tedy hodnoty srovnatelné s rekordními tandemovými články typu „micromorph“. Pro tyto články jsme navrhli originální metodu pasivace defektů pomocí vodní páry. Hlavní výzvou pro naše experimenty je nyní měření elektronické aktivity jednotlivých hranic zrn před a po pasivaci.