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Développement, caractérisation et modélisation d’interfaces pour cellules solaires à haut rendement à base d’hétérojonctions de silicium
No full textThe interface between amorphous silicon (a-Si:H) and crystalline silicon (c-Si) is the building block of high efficiency solar cells based on low temperature fabrication processes. Three properties of the interface determine the performance of silicon heterojunction solar cells: band offsets between a-Si:H and c-Si, interface defects and band bending in c-Si. These three points are addressed in this thesis.First, an analytical model for the calculation of the band bending in c-Si is developed. It assumes a constant density of states (DOS) in the a-Si:H band gap. The influence of most parameters of the structure on the band bending is studied: band offsets, DOS in a-Si:H, interface defects, etc. The presence of quantum confinement at the interface is discussed. Analytical calculations and temperature dependent planar conductance measurements are compared such that the band offsets on both (p)a-Si:H/(n)c-Si and (n)a-Si:H/(p)c-Si can be estimated: the valence band offset amounts 0.36 eV while the conduction band offset is 0.15 eV. In addition, it is shown that the valence band offset is independent of temperature whereas the conduction band offset follows the evolutions of c-Si and a-Si:H band gaps with temperature. A discussion of these results in the frame of the branch point theory for band line-up leads to the conclusion that the branch point in a-Si:H is independent of the doping.Then, analytical calculations are developed further to take into account the real solar cell structure where the a-Si:H/c-Si structure is in contact with a transparent conductive oxide and an undoped buffer layer is present at the interface. Measurements of the planar conductance and of the interface passivation quality are interpreted in the light of analytical calculations and numerical simulations to open a way towards a method for the optimization of silicon heterojunction solar cells. It is particularly shown that a trade-off has to be found between a good passivation quality and a significant band bending. This can be realized by tuning the buffer layer properties (thickness, doping), the TCO-contact (high work function) and the emitter (defect density and thickness). Interestingly, an emitter with a high DOS leads to better cell performances.Finally, a new type of interface has been developed, that was not applied to heterojunction solar cells so far. The c-Si surface has been oxidized in deionized water at 80 °C before the (p)a-Si:H emitter deposition such that (p)a-Si:H/SiO2/(n)c-Si structures were obtained. A tunneling current model has been developed, implemented in the 1D numerical device simulator AFORS-HET and used to study the effect of a wide band gap interfacial layer (as it is the case for SiO2) on cell performance: the fill-factor and the short-circuit current are dramatically reduced for thick and high barriers. However, a SiO2 layer has only little impact on optical properties. Fabricated samples show a passivation quality halfway between samples with no buffer layer and with an (i)a-Si:H buffer layer: this is explained by the presence of a negative fixed charge in the oxide. The band bending in (n)c-Si is higher with an oxide layer than with an (i)a-Si:H buffer layer. Solar cells demonstrate that this new concept has the potential to achieve high power conversion efficiencies: for non-optimized structures, an open-circuit voltage higher than 650 mV has been demonstrated, while the oxide does not seem to create a barrier to charge transport.L’interface entre le silicium amorphe (a-Si:H) et le silicium cristallin (c-Si) est un constituent clés de cellules solaires à haut rendement reposant sur des procédés à basse température. Trois propriétés de l’interface déterminent le rendement des cellules solaires à hétérojonction de silicium: les décalages de bandes entre a-Si:H et c-Si, les défauts d’interface et la courbure de bande dans c-Si. Ces trois aspects sont traités dans ces travaux de thèse.Dans un premier un temps, un calcul analytique de la courbure de bande dans c-Si est développé. Il repose sur l’approximation d’une densité d’état (DE) constante dans la bande interdite de a-Si:H. L’influence des principaux paramètres de la structure sur la courbure de bande est étudiée : décalage de bande, densité d’état dans a-Si:H, défaut d’interface, etc. La présence d’un effet de confinement quantique est discutée. Grâce à une comparaison entre ces calculs et des mesures de conductance planaire en fonction de la température sur des structures (p)a-Si:H/(n)c-Si et (n)a-Si:H/(p)c-Si, les décalages de bande de valence et de conduction ont pu être estimés à 0.36 eV et 0.15 eV respectivement. En outre, il est montré que le décalage de la bande de valence est indépendant de la température, alors que le décalage de la bande de conduction suit les évolutions des bandes interdites de c-Si et a-Si:H. Ces mesures tendent à prouver que le ‘branch point’ dans a-Si:H est indépendant du dopage.Ensuite, les calculs analytiques sont approfondis pour prendre en compte différents aspects de la structure complète incorporée dans les cellules : contact avec un oxyde transparent conducteur, présence d’une couche de a-Si:H non-dopée à l’interface. A l’aide de simulations numériques et à la lumière de mesures de conductance planaire conjuguées à des mesures de la qualité de passivation de l’interface, des pistes pour optimiser les cellules à hétérojonction sont commentées. En particulier, il est montré qu’un optimum doit être trouvé entre une bonne passivation et une courbure de bande suffisante. Ceci peut être accompli par un réglage fin des propriétés de la couche tampon (épaisseur, dopage), du contact (travail de sortie élevé) et de l’émetteur (p)a-Si:H (densité de défauts et épaisseur). En particulier, un émetteur avec une DE importante conduit paradoxalement à de meilleures performances.Enfin, un nouveau type d’interface a été développé. La surface de c-Si a été oxydée volontairement dans de l’eau pure dé-ionisée à 80 °C avant le dépôt de (p)a-Si:H afin d’obtenir une structure (p)a-Si:H/SiO2/(n)c-Si. A l’aide d’un modèle de courant par effet tunnel implémenté dans le logiciel de simulation numérique AFORS-HET, l’effet d’une couche à grande bande interdite (comme c’est le cas pour SiO2) sur les performances de cellules est étudié : le facteur de forme et le courant de court-circuit sont extrêmement réduits. En revanche, une couche de SiO2 n’a que peu d’impact sur les propriétés optiques de la structure. Expérimentalement, les échantillons réalisés montrent une qualité de passivation à mi-chemin entre le cas sans couche tampon et le cas avec (i)a-Si:H : ceci est expliqué par la présence d’une charge fixe négative dans l’oxyde. La courbure de bande dans c-Si est moins affectée par la présence d’une couche d’oxyde que d’une couche de (i)a-Si:H. Les cellules solaires réalisées démontrent que le concept a le potentiel d’aboutir à de hauts rendements : sur des structures non-optimisées, une tension de court-circuit supérieure à 650 mV a été démontrée, alors que l’oxyde ne semble pas limiter le transport de charge
Development, characterization and modeling of interfaces for high efficiency silicon heterojunction solar cells
Get PDFDie elektronische Qualität der Grenzfläche zwischen amorphem und kristallinem Silizium ist der entscheidende Baustein von amorph kristallinen Wafer Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden, die bei niedrigen Temperaturen hergestellt werden. Drei Eigenschaften der Grenzfläche bestimmen die Energiewandeleffizienz der Silizium Heteroübergang Solarzellen der Sprung offset in den Bandkanten a Si H und c Si, Grenzflächen Defekte und die Band Verbiegung im c Si. Diese drei Aspekte bilden den Schwerpunkt dieser Arbeit. Zunächst wird ein analytischesModell entwickelt, das die Band Verbiegung in c Si berechnet. Die Zustandsdichte Verteilung ZDV in der a Si H Band Lücke wird als konstant angenommen. Der Einfluss folgender Struktur Eigenschaften auf die Bandverbiegung wird untersucht Band Verschiebung, ZDV im a Si H, Grenzflächen Defekte, etc. Der Effekt des quantenmechanischen Confinements an der Grenzfläche wird diskutiert. Analytische Berechnungen werden mit temperaturabhängigenMessungen der planaren Leitfähigkeit verglichen. Hieraus lassen sich die Sprünge der Valenz bzw. Leitungsband Kanten mittels Untersuchungen an p a Si H n c Si bzw. n a Si H p c Si Strukturen bestimmen Werte von 0.36 eV bzw. 0.15 eV wurden gemessen. Die Valenzband Offset ist temperaturunabhängig, während der Leitungsband Offset den Bandlücken Variationen folgt. Es wird gefunden, dass der Ladungsneutralpunkt branch point in a Si H unabhängig von der Dotierung ist. Anschliessend wird das analytische Modell verbessert, um zwei Aspekte der Solarzellen Struktur besser zu simulieren den Kontakt mit einem transparenten leitfähigen Oxid und die Anwesenheit einer ultra dünnen intrinsischen a Si H Pufferschicht.Messungen der planaren Leitfähigkeit werden durch Berechnungen der Bandverbiegung mit diesem verbessertenModell ausgewertet. Es wird gezeigt, dass einMittelweg zwischen einer guten Passivierung und einer hohen Band Verbiegung gesucht werden muss. Das kann durch die Optimierung der Pufferschicht Eigenschaften Dicke, Dotierung , des leitfähigen Oxids hohe Austrittsarbeit und des p a Si H Emitters Dicke und ZDV bewerkstelligt werden. Insbesondere kann eine hohe Zustandsdichte imEmitter positiv für die Zellen sein. Schlie lich wurde eine Präparationsmethode für ultradünne Tunneloxide entwickelt,die für Heteroübergang Solarzellen benutzt wurde. Die c Si Oberfläche wurde in deionisierten 80 C warmenWasser oxidiert und darauf mittels PECVD eine dotierte a Si H Schicht deponiert dadurch wird eine p a Si H SiO2 n c Si Struktur hergestellt. Ein Tunnelstrom Modell wurde entwickelt, in der Simulations Software AFORS HET implementiert und benutzt, um den Einfluss einer Grenzflächen Barriere auf den Stromtransport in Solarzellen zu bestimmen. Für dicke und hohe Barrieren wird der Strom drastisch reduziert. Allerdings hat das Oxid keinen negativen Einfluss auf das optische Verhalten. Experimentell wird gefunden, dass oxidierte Proben eine bessere Passivierungs Qualität zeigen als Proben ohne Pufferschicht. Dieser Befund wird durch eine höhere negative Festladung erklärt. In den oxidierten Proben ist die Band Verbiegung höher als in Proben mit einer i a Si H Pufferschicht. Solarzellen wiesen nach, dass das neue Konzept das Potenzial hat, hohe Wirkungsgrade zu erreichen bei un optimierten Proben wurde eine Leerlauf Spannung vonmehr als 650 mV gezeigt, der Füllfaktor der Zellen zeigt, dass das Oxid keine Barriere für den Ladungstransport bilde
Entwicklung, Charakterisierung und Modellierung von Grenzflächen für Silizium-Heteroübergang-Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden
No full textDie elektronische Qualität der Grenzfläche zwischen amorphem und kristallinem Silizium ist der entscheidende Baustein von amorph-kristallinen Wafer-Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden, die bei niedrigen Temperaturen hergestellt werden. Drei Eigenschaften der Grenzfläche bestimmen die Energiewandeleffizienz der Silizium-Heteroübergang-Solarzellen: der Sprung (offset) in den Bandkanten a-Si:H und c-Si, Grenzflächen-Defekte und die Band- Verbiegung im c-Si. Diese drei Aspekte bilden den Schwerpunkt dieser Arbeit. Zunächst wird ein analytischesModell entwickelt, das die Band-Verbiegung in c-Si berechnet. Die Zustandsdichte-Verteilung (ZDV) in der a-Si:H Band-Lücke wird als konstant angenommen. Der Einfluss folgender Struktur-Eigenschaften auf die Bandverbiegung wird untersucht: Band- Verschiebung, ZDV im a-Si:H, Grenzflächen-Defekte, etc. Der Effekt des quantenmechanischen Confinements an der Grenzfläche wird diskutiert. Analytische Berechnungen werden mit temperaturabhängigenMessungen der planaren Leitfähigkeit verglichen. Hieraus lassen sich die Sprünge der Valenz- bzw. Leitungsband-Kanten mittels Untersuchungen an (p)a-Si:H/(n)c-Si bzw. (n)a-Si:H/(p)c-Si Strukturen bestimmen: Werte von 0.36 eV bzw. 0.15 eV wurden gemessen. Die Valenzband-Offset ist temperaturunabhängig, während der Leitungsband-Offset den Bandlücken-Variationen folgt. Es wird gefunden, dass der Ladungsneutralpunkt (branch point) in a-Si:H unabhängig von der Dotierung ist. Anschliessend wird das analytische Modell verbessert, um zwei Aspekte der Solarzellen-Struktur besser zu simulieren: den Kontakt mit einem transparenten leitfähigen Oxid und die Anwesenheit einer ultra-dünnen intrinsischen a-Si:H Pufferschicht.Messungen der planaren Leitfähigkeit werden durch Berechnungen der Bandverbiegung mit diesem verbessertenModell ausgewertet. Es wird gezeigt, dass einMittelweg zwischen einer guten Passivierung und einer hohen Band-Verbiegung gesucht werden muss. Das kann durch die Optimierung der Pufferschicht-Eigenschaften (Dicke, Dotierung), des leitfähigen Oxids (hohe Austrittsarbeit) und des (p)a-Si:H Emitters (Dicke und ZDV) bewerkstelligt werden. Insbesondere kann eine hohe Zustandsdichte im Emitter positiv für die Zellen sein. Schließlich wurde eine Präparationsmethode für ultradünne Tunneloxide entwickelt,die für Heteroübergang Solarzellen benutzt wurde. Die c-Si Oberfläche wurde in deionisierten 80 °C warmenWasser oxidiert und darauf mittels PECVD eine dotierte a-Si:H-Schicht deponiert: dadurch wird eine (p)a-Si:H/SiO2/(n)c-Si Struktur hergestellt. Ein Tunnelstrom-Modell wurde entwickelt, in der Simulations-Software AFORS-HET implementiert und benutzt, um den Einfluss einer Grenzflächen-Barriere auf den Stromtransport in Solarzellen zu bestimmen. Für dicke und hohe Barrieren wird der Strom drastisch reduziert. Allerdings hat das Oxid keinen negativen Einfluss auf das optische Verhalten. Experimentell wird gefunden, dass oxidierte Proben eine bessere Passivierungs-Qualität zeigen als Proben ohne Pufferschicht. Dieser Befund wird durch eine höhere negative Festladung erklärt. In den oxidierten Proben ist die Band-Verbiegung höher als in Proben mit einer (i)a-Si:H Pufferschicht. Solarzellen wiesen nach, dass das neue Konzept das Potenzial hat, hohe Wirkungsgrade zu erreichen: bei unoptimierten Proben wurde eine Leerlauf-Spannung vonmehr als 650 mV gezeigt, der Füllfaktor der Zellen zeigt, dass das Oxid keine Barriere für den Ladungstransport bildet.The interface between amorphous silicon (a-Si:H) and crystalline silicon (c-Si) is the building block of high efficiency solar cells based on low temperature fabrication processes. Three properties of the interface determine the performance of silicon heterojunction solar cells: band offsets between a-Si:H and c-Si, interface defects and band bending in c-Si. These three points are addressed in this thesis. First, an analytical model for the calculation of the band bending in c-Si is developed. It assumes a constant density of states (DOS) in the a-Si:H band gap. The influence of most parameters of the structure on the band bending is studied: band offsets, DOS in a-Si:H, interface defects, etc. The presence of quantum confinement at the interface is discussed. Analytical calculations and temperature dependent planar conductance measurements are compared such that the band offsets on both (p)a-Si:H/(n)c-Si and (n)a-Si:H/(p)c-Si can be estimated: the valence band offset amounts 0.36 eV while the conduction band offset is 0.15 eV. In addition, it is shown that the valence band offset is independent of temperature whereas the conduction band offset follows the evolutions of c-Si and a-Si:H band gaps with temperature. A discussion of these results in the frame of the branch point theory for band line-up leads to the conclusion that the branch point in a-Si:H is independent of the doping. Then, analytical calculations are developed further to take into account the real solar cell structure where the a-Si:H/c-Si structure is in contact with a transparent conductive oxide and an undoped buffer layer is present at the interface. Measurements of the planar conductance and of the interface passivation quality are interpreted in the light of analytical calculations and numerical simulations to open a way towards a method for the optimization of silicon heterojunction solar cells. It is particularly shown that a trade-off has to be found between a good passivation quality and a significant band bending. This can be realized by tuning the buffer layer properties(thickness, doping), the TCO-contact (high work function) and the emitter(defect density and thickness). Interestingly, an emitter with a high DOS leads to better cell performances. Finally, a new type of interface has been developed, that was not applied to heterojunction solar cells so far. The c-Si surface has been oxidized in deionized water at 80 °C before the (p)a-Si:H emitter deposition such that(p)a-Si:H/SiO2/(n)c-Si structures were obtained. A tunneling current model has been developed, implemented in the 1D numerical device simulator AFORS-HET and used to study the effect of a wide band gap interfacial layer (as it is the case for SiO2) on cell performance: the fill-factor and the short-circuit current are dramatically reduced for thick and high barriers. However, a SiO2 layer has only little impact on optical properties. Fabricated samples showa passivation quality halfway between samples with no buffer layer and with an (i)a-Si:H buffer layer: this is explained by the presence of a negative fixed charge in the oxide. The band bending in (n)c-Si is higher with an oxide layer than with an (i)a-Si:H buffer layer. Solar cells demonstrate that this new concept has the potential to achieve high power conversion efficiencies: for non-optimized structures, an open-circuit voltage higher than 650 mV has been demonstrated, while the oxide does not seem to create a barrier to charge transport
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Get PDFWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
koamabayili/VECTRON-author-checklist: VECTRON author checklist
No full textWe have done our best to complete the author checklist relating to the use of animals in the hut study. Note that the objective for the hut study was to evaluate the IRS treatment applications for residual efficacy against Anopheles mosquitoes, including the local An. coluzzii mosquito population. Cows were only used to attract mosquitoes into the huts and no tests were carried out directly on the cows. The author checklist is intended for use with studies where experiments are carried out on animals, which is why we have had such difficulty in completing this for the hut study, as many of the questions do not relate to how the cows were used
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