Chapter 1 gives an introductory overview of the current status of photovoltaics, with focus on crystalline silicon (c-Si) based technology. An essential contribution to the reduction of electricity generation costs at the solar module production level is to be expected mainly from reduced silicon consumption by using thinner wafers and/or employing cheaper silicon feedstock. Together with sufficient light trapping, the key factor to being able to exploit the combined cost reduction potential by using thin solar grade silicon wafers is the availability of very good and industrially applicable electronic surface passivation methods. That way, material quality makes almost no difference anymore when going down to wafer thicknesses of 30 µm from the current 150-200 µm. This gives the motivation for this work.
Chapter 2 gives an overview of the theoretical bases of surface passivation and antireflection coating and describes the methods and equipment used to characterize the layers created in this work.
While the µPCD was applied to obtain spatially resolved lifetime maps of the entire sample, the QSSPC was subsequently used to determine absolute values of the best areas that can be compared with the literature, as QSSPC is the established standard in c-Si photovoltaics.
The refractive index and thickness of the investigated dielectric films were measured by spectroscopic ellipsometry, and the chemical composition was analyzed by Fourier-Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) to investigate relations with the surface passivation and optical properties.
Chapter 3 explains the difference between growth and deposition as methods to obtain a film on top of a substrate and gives some examples of the dielectrics and their formation techniques which are most commonly used in current c-Si solar cell technology, with focus on SiOx and SiNx from thermal oxidation and Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), respectively.
Subsequently, the thin film formation technology by PECVD is described more detailed, and the particularities of the low-frequency (LF) direct-plasma PECVD reactor from Centrotherm, mainly used in this work, are outlined.
In chapter 4, the results of experiments with a-SiNx:H (SiNx) are presented. SiNx was solely deposited using the LF Centrotherm system, in contrast to SiCx.
Regarding deposition parameters, the influence of the gas flow ratio and wafer position in the horizontal boat position on the passivation and optical properties as deposited and after simulated contact co-firing were investigated.
As an approach to potentially reduce the costs of PECVD deposition by using cheaper precursor gases, the effect of a variation of the purity grade of ammonia used for the SiNx depositions was investigated on lifetime samples as well as solar cells. Finally, the long-term stability of the encapsulated solar cells was tested by temperature variation cycling as no clear difference between the different purity grades was detectable on the cell level between ammonia purity grades N50 (UHP), N36 and N20 (industrial grade, 99% purity).
Chapter 5 presents the experiments and results of a-SiCx:H (SiCx) depositions from methane and silane by both 13.56 MHz high-frequency and 40 kHz low-frequency PECVD, as well as experiments with a-SiCxNy:H (SiCxNy) deposited by low-frequency PECVD from either methane, ammonia and silane or ammonia together with an alternative silicon-containing precursor.
Resulting films were characterized by QSSPC lifetime measurements and thickness and refractive index evaluated by spectroscopic ellipsometry. The low-frequency deposited samples were later also subject to FTIR measurements to investigate their structure and chemical composition.
The best passivation was found for layers fabricated by the high-frequency PECVD with highest Si content, i.e. these layers were stoichiometrically close to amorphous silicon, with the passivation quality continuously decreasing with Si content. This trend changed after firing, with the highest effective lifetime being reached at a GFR of 6, whereas the passivation of the 4 ms sample almost completely degraded to 4 µs, which is in accordance with a-Si:H results, not able to withstand firing.
SiCx from LF-PECVD gave lower passivation for the as-deposited layers, but the best passivation after firing is better than for the films deposited by HF-PECVD within this work, and equals the best passivation by intrinsic SiCx reported by two authors.

Kapitel 1 gibt einen Überblick des aktuellen Stands der Photovoltaik, mit Schwerpunkt auf der auf kristallinem Silizium (c-Si) basierenden Technologie. Ein wesentlicher Beitrag zur Reduktion der Stromgestehungskosten ist auf Produktionsebene der Solarmodule vor allem durch reduzierten Siliziumverbrauch durch den Einsatz dünnerer Wafer und/oder den Einsatz billigeren Rohsiliziums zu erwarten. Die Nutzung des größten Potentials durch Kombination beider Faktoren hängt vor allem anderen von der Verfügbarkeit guter industriell umsetzbarer Oberflächenpassivierungsmethoden ab - dann spielt bei Waferdicken von 30 µm statt der aktuell üblichen 150+ µm die Materialqualität fast keine Rolle mehr.
Kapitel 2 gibt einen Überblick derTheoriegrundlagen von Oberflächenpassivierung und Antireflexschichten und beschreibt Methoden und Messgeräte, die zur Charakterisierung der in dieser Arbeit hergestellten Schichten verwendet wurden.
Während die µPCD zur Bestimmung der räumlichen Verteilung der Passivierungsqualität über die gesamte Probe verwendet wurde, erfolgten anschließend QSSPC-Messungen, um absolute Werte der besten Bereiche zu bestimmen, die mit Literaturwerten verglichen werden können, da die QSSPC zum etablierten Standard in der c-Si Photovoltaik geworden ist.
Brechungsindex und Dicke der untersuchten Schichten wurden mit spektroskopischer Ellipsometrie gemessen, und in einigen Fällen wurde die chemische Zusammensetzung mit FTIR untersucht, um Zusammenhänge mit der Oberflächenpassivierungsqualität und optischen Eigenschaften aufzuspüren.
Kapitel 3 erklärt den Unterschied zwischen Aufwachsen und Abscheiden als Methoden, einen Film auf einem Substrat zu erhalten, und nennt Beispiele von Dielektrika und ihren Herstellungsmethoden, die in der aktuellen c-Si Solarzellentechnologie am gebräuchlichsten sind, mit Schwerpunkt auf SiOx und SiNx aus thermischer Oxidation beziehungsweise PECVD.
Anschließend wird die Herstellung dünner Filme mittels PECVD detaillierter beschrieben, und Besonderheiten des Centrotherm Niederfrequenz-Direktplasma (LF) PECVD-Reaktors, der in dieser Arbeit überwiegend benutzt wurde, werden dargelegt.
In Kapitel 4 werden die Ergebnisse von Experimenten mit a-SiNx:H (SiNx) präsentiert. SiNx wurde ausschließlich mit der LF-PECVD von Centrotherm abgeschieden, im Gegensatz zu SiCx.
An Abscheidungsparametern wurden der Einfluss des Gasflussverhältnisses sowie der Waferposition im Prozessboot auf die optischen und Passivierungseigenschaften der Schichten untersucht, sowohl nach der Abscheidung als auch nach einem anschließenden simulierten Kontaktfeuerschritt untersucht.
Die mit SiNx gemessene Oberflächenpassivierungsqualität ist nach Kenntnis des Autors die bisher höchste für ein LF-PECVD-System veröffentlichte, und liegt nur geringfügig unter den besten veröffentlichten Werten für Hochfrequenz (HF)-PECVD. Dies steht scheinbar im Widerspruch zu Veröffentlichungen, die schlechtere Oberflächenpassivierungsqualitäten für LF-PECVD-Systeme aufgrund des durch Ionenbombardement verursachten Oberflächenschadens gefunden haben. Es wird eine wahrscheinliche Erklärung dafür geliefert, warum mit der verwendeten LF-PECVD eine vergleichbar gute Passivierung erzielt werden kann wie mit einer HF-PECVD.
Als Ansatz zur möglichen Kostensenkung der PECVD-Abscheidungen durch Verwendung kostengünstigerer Prozessgase wurde der Effekt einer Reinheitsgradvariation des zur SiNx-Abscheidung verwendeten Ammoniak untersucht, sowohl auf Lebensdauerproben als auch in Solarzellen. Abschließend wurde die Langzeitstabilität der in Module einlaminierten Solarzellen durch eine Temperaturwechselprüfung nach Industrienormvorgabe getestet, da auf Zellebene kein merklicher Unterschied zwischen den Reinheitsgraden N50 sowie N36 und N20 festzustellen war.
Kapitel 5 präsentiert die Experimente und Ergebnisse von a-SiCx:H (SiCx) Abscheidungen mit Methan und Silan, sowohl mittels 13.56 MHz HF- als auch 40 kHz LF-PECVD, sowie Experimente mit a-SiCxNy:H (SiCxNy), abgeschieden mittels LF-PECVD mit Methan, Ammoniak und Silan.
An LF-PECVD abgeschiedenen Proben wurden auch FTIR-Messungen durchgeführt.
Die beste Passivierung für SiCx wie abgeschieden wurde für Schichten gefunden, die mittels HF-PECVD und dem höchsten Si-Gehalt abgeschieden worden waren, d.h. diese Schichten waren ähnlich zu a-Si, während die Passivierungsqualität kontinuierlich mit dem Si-Gehalt abnahm. Dieser Trend änderte sich nach dem Feuern, mit einer höchsten effektiven Lebensdauer bei einem Gasflussverhältnis von 6, während die Passivierung der 4 ms Probe fast vollständig auf 4 µs degradierte, was zu Ergebnissen für a-Si:H passt, das ebenfalls nicht feuerstabil ist.
SiCx mittels LF-PECVD ergab geringere Oberflächenpassivierung vor Feuern, während die beste Passivierung nach Feuern besser war als die mittels HF-PECVD im Rahmen dieser Arbeit abgeschiedene Filme, und auf gleichem Niveau liegt wie die beste von zwei Fremdautoren mit intrinsischem SiCx erreichte Passivierung.