Seite - 78 - in Photovoltaic Materials and Electronic Devices

has  two  features  representative  of  dampened  and  broadened  critical  point  features  found  in  single  crystal  silicon  [58].  These  reference  spectra  in  ε  for  a‐Si:H  and  nc‐Si:H,  along  with  that  for  void    (ε  =  1),  were  then  used  in  a  three  component  Bruggeman  effective  medium  approximation  [42,43]  layer  and  a  least‐squares  regression  within  the  VIA  with  ds  and  the  relative  nanocrystallite  (fnc)  and  void  (fvoid)  fractions  as  free  parameters  and  the  amorphous  fraction  constrained  (fa  =  1     fnc     fvoid).      Figure  4.  Mean  square  error  (MSE),  void  fraction  (fvoid),  nanocrystalline  volume  fraction  (fnc),  and  surface  roughness  thickness  (ds)  in  the  top  ~10  Å  of  the  bulk  layer,  plotted  versus  the  accumulated  bulk  layer  thickness  for  an  intrinsic  hydrogen  diluted  R  =  [H2]/[SiH4]  =  50  Si:H  film  deposited  on  a  200  Å  R  =  50  n‐type  a‐Si:H  over‐deposited  onto  a  ZnO/Ag  back  reflector  (BR),  as  determined  by  virtual  interface  analysis  (VIA)  applied  to  real  time  spectroscopic  ellipsometry  (RTSE)  data.  Spectrally  averaged  mean  error  for  fvoid,  fnc,  and  ds  are  0.3%,  2.4%,  and  0.8  Å  respectively.    Figure 4. Mean square error (MSE), void fraction (fvoid), nanocrystalline volume fraction (fnc), a d surface roughness thickness (ds) n the top ~10 Å f the bulk layer, plotted versus the accumulated bulk layer thickness for an intrinsic hydrogen dilutedR=[H2]/[SiH4]=50Si:Hfilmdepositedona200ÅR=50n-typea-Si:H over-deposited onto a ZnO/Ag back reflector (BR), as determined by virtual interface analysis (VIA) applied to real time spectroscopic ellipsometry (RTSE) data. Spectrally averaged mean error for fvoid, fnc, and ds are 0.3%, 2.4%, and 0.8Årespectively. Materials  2016,  9,  128  12  of  23    Figure  5.  Spectra  in  ε  (top  panel,  real  part  ε1;  bottom  panel,  imaginary  part  ε2)  of  a‐Si:H  and  nc‐Si:H  reference  material  used  in  VIA  applied  over  a  spectral  range  from  2.75  to  5.0  eV.  Spectra  in  ε  for  a‐Si:H  and  nc‐Si:H  were  obtained  from  analysis  of  RTSE  data  and  by  numerical  inversion  at  a  bulk  layer  thickness  of  200  and  1150  Å,  respectively.  Results  of  VIA  show  an  increase  in  surface  roughness  followed  by  a  decrease  within  the  first  ~300  Å  of  material  accumulation,  indicating  crystallite  nucleation  on  the  substrate  followed  by  coalesce  of  the  clusters.  The  nanocrystallite  fraction  increases  with  bulk  layer  thickness,  then  converges  to  1.0  as  expected  for  a  nanocrystalline  film.  Voids  initially  appear  with  the  nucleation  of  crystallites,  which  then  subsequently  decrease  and  stabilize  near  fvoid  =  0.04  throughout  the  growth  of  this  layer.  Depending  on  the  source  of  reference  ε  for  nc‐Si:H,  this  behavior  could  indicate  that  the  grains  under  these  conditions  were  not  well  passivated  with  a‐Si:H  as  is  desirable  in  nc‐Si:H    PV  [22,59].  Optimized  nanocrystalline/microcrystalline  PV  devices  often  incorporate  layers  prepared  at  lowest  hydrogen  dilution  where  crystallite  growth  can  occur,  and  nc‐Si:H  layers  are  often  fabricated  using  hydrogen  dilution  grading  approaches  to  manipulate  the  degree  of  crystallinity.  For  very  high  values  of  hydrogen  dilution,  such  as  R  =  50  in  this  example,  the  material  is  likely  not  optimized  for  solar  cells,  because  cracks  related  to  voids  can  promote  shunts  in  the  cells  and  channels  by  which  contamination  (e.g.  oxygen)  can  enter  into  the  layer  [14,21,60].  Comparison  of  the  structural  behavior  of  the  a (a+nc)  and  (a+nc) nc  transitions  as  a  function  of  single  deposition  parameters  has  been  used  to  produce  so‐called  deposition  phase  diagrams  or  growth  evolution  diagrams  which  have  helped  guide  the  development  of  optimization  principles  in  Figure 5. Sp ctra in ε (toppanel, realpart ε1; bott panel, imagi arypart ε2)of a-Si:H and nc-Si:H reference material used in VIA applied over a spectral range from 2.75 to 5.0 eV. Spectra in ε for a-Si:H and nc-Si:H were obtained from analysis of RTSE data and by n merical nversion at a bulk lay r thickness of 200 and 1150Å,respectively. 78