Physik der Halbleiterdefekte

Neben seiner Verwendung in der Mikroelektronik ist Silizium auch für die Photovoltaik von entscheidender Bedeutung, was sich in einem Marktanteil von über 90% widerspiegelt. Um dem theoretisch erreichbaren Wirkungsgrad von Siliziumsolarzellen von 29,4% noch näher zu kommen, ist neben der Weiterentwicklung der Zelltechnologie das Verständnis der auftretenden Verlustmechanismen entscheidend. Ein wichtiger und wissenschaftlich sehr interessanter Verlustmechanismus ist die Rekombination der durch Lichtabsorption generierten Ladungsträgerpaare über Defekte im Siliziumkristallgitter oder an Grenzflächen. Die Energie der davon betroffenen Ladungsträger kann in Solarzellen nicht genutzt werden, so dass durch Rekombination der Wirkungsgrad der Solarzelle sinkt. Auch andere Bauteile auf Siliziumbasis können von schädlichen Wirkungen von Kristalldefekten beeinträchtigt werden.

Rekombinationsaktive Defekte zeichnen sich dadurch aus, dass sie angeregte Ladungsträger beider Ladungsarten (also Elektronen und Löcher) einfangen können. Dieses Verhalten kann statistisch als die Erzeugung von Energieniveaus innerhalb der Bandlücke des Siliziumkristalls beschrieben werden, über das Ladungsträger zwischen Valenz- und Leitungsband wechseln können.

Abbildung 1. Beispiele für Messmethoden zur Untersuchung von Rekombinationseigenschaften. [Quelle: Dissertation Friedemann Heinz, IMTEK 2016]

In der Arbeitsgruppe Physik der Halbleiterdefekte beschäftigen wir uns mit den elektronischen Eigenschaften von Kristalldefekten. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf Defekten, die im Kontext von Siliziumsolarzellen schädlich sind. Wir verwenden verschiedene spektroskopische und elektronische Messmethoden, um das Verständnis dieser Defekte zu verbessern und damit die Entwicklung von Vermeidungsstrategien zu unterstützen.