Alüminyum indüklenmiş kristalizasyon

Abstract

Son yıllarda alüminyum indüklenmiş çoklu kristal silisyum film güneş pilleri, yığın silisyum (bulk silicon) güneş hücrelerinin alternatifi haline gelmiştir. Bu çalışmada, amorf silisyumun (a-Si) alüminyum indüklenerek kristalleşme (AIC) tekniği ile çoklu kristal silisyum (poly-Si) haline dönüştürülmesi amaçlanmıştır. Al ve Si katmanları sırayla ısıl buharlaştırma ve elektron demeti ile buharlaştıma teknikleri kullanılarak oda sıcaklığında cam alttaşlar üzerine üretilmiştir. Al ve Si yüzeyleri arasında değişim işlemini gerçekleştirirken ara ve bariyer katmanı olarak Al yüzeyi üzerinde oksit katmanı bulunur. Bu katman değişim işlemi için gereklidir ve direk havadan Al üzerine kaplanmıştır. Bu oksit tabakası üst ve alt katmanları birbirinden ayırır ve Al?nin Si içerisine girmesini sağlarken tersi yönünde Si?mun Al içerisine girmesini engeller. Üretilen numuneye sistematik bir ısıl işlem uygulanarak ısıl işlemin numunelerin yapısı ve morfolojisine etkileri araştırıldı. Yapıyı oluşturan elementlerin içeriği enerji dağılımlı X-ışını analizi ile araştırıldı. Yapısal karakterizasyon için X-ışını kırınımı (XRD) yöntemi kullanıldı ve 550 oC sıcaklıkta ısıl işlem sonrasında kristalleştiği daha düşük sıcaklıklar için düzensiz yapıda olduğu gözlendi. Raman spektroskopisi oda sıcaklığında yapıldı ve en yoğun Raman kaymasının poly-Si için 520 cm-1?de olduğu gözlendi. İkincil iyon-kütle spektroskopisi kullanılarak numunelerin yüzey ve hacim morfolojileri incelendi. SIMS sonuçları ısıl işlem sonrasında Al?nin Si içerisine difuz ettiği ve Al/Si alaşımının oluştuğu görüldü. Anahtar Kelimeler : Çoklu kristal ince film, Alüminyum indüklenmiş kristalizasyon, Düzensiz silisyum, Isıl buharlaştırma, Elektron demetiyle buharlaştırma, XRD, Raman.

Aluminum induced polycrystalline-silicon film solar cells might become an alternative to bulk silicon solar cells in the last years. This study focused on the process study for deposition and characterization of changing amorphous silicon (a-Si) to polycrystalline silicon (poly-Si) by using aluminum - induced crystallization (AIC) technique. Aluminum (Al) and silicon (Si) layers were deposited by using thermal evaporation and e-beam evaporation methods on glass substrates at the room temperature, respectively.There is a interface layer between the Al and a-Si layers. The oxide layer is essential for the exchange process. This layer can be formed by simple exposure of the Al to ambient air. This oxide layer separates the top and bottom layer throughout the process. Furthermore, the oxide layer is a diffusion barrier and controls the diffusion of silicon into the aluminum and oppositely the diffusion aluminum of into the silicon. Systematic annealing on samples was performed to understand the effect of post annealing on the structure and morphology of the sample. The compositional characterization of samples was carried out by energy dispersive X-ray analysis (EDXA). The structural characterization of samples was investigated by X-ray diffraction (XRD) analysis and it is found that the samples had amorphous structure before annealing and polycrystalline structure after annealing at 550 oC. Raman spectra of annealed Al/c-Si samples recorded at room temperature shows that the most intensive line around 520 cm-1 for poly-Si. Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) is used for determining the surface and bulk morfology of samples. SIMS results showed that Al diffused into Si and created Al/Si alloy structure with annealing.Keywords : Policrystalline Thin Film, Aluminum-Induced Crystallization, Amorphous silicon, Thermal evaporation, E-beam evaporation, XRD, Raman.