Advanced methods in electron energy loss spectrometry and energy filtered transmission electron microscopy: application to the aluminium induced layer exchange in Si thin film solar cells

Abstract

Diese hauptsächlich experimentelle Arbeit ist in zwei Teile zu unterteilen. Im ersten Teil werden die Grenzen der experimentellen Elemtronenenergieverlustspektrometrie (EELS) erpobt in Bezug auf Orts- und Energieauflösung. Die Energieauflösung kann unter Zuhilfenahme eines mit einem Monochromator bestückten TEM um beinahe eine Größenordnung verbessert werden. Dadurch ist es möglich, Strukturen in der ELNES zu beobachten, die einem sonst experimentell verborgen blieben und nur rechnerisch zugäglich wären.<br />Die ELNES Seperationsmethode, die im Rahmen dieser Dissertation entwickelt wurde, um Messsignal von inhomogenen Proben zu untersuchen, wurde an Hand von einigen Materialien überprüft und selbst bei Benützung des Monochromatormikroskops der TU Delft kann die ELNES der unterschiedlichen Phasen sehr genau getrennt werden. Untersuchungen der Delokalisierung von Energieverlusten wurden für parallele Beleuchtung und STEM angestellt (TEM und STEM Modus des Mikroskops).<br />Der zweite Teil dieser Dissertation beschäftigt sich mit dem ALILE- Schichtaustauschprozess und der weiteren epitaktischen Verdickung der Schichten. Es wurden Untersuchungen der Bandstruktur von Si an einer Si-Al Grenzschicht durchgeführt, die das Abschirmungsmodell von Hiraki bestätigen sollten.<br />Dabei konnten erstmals die metallinduzierten Bandlückenzustönde (MIGS - metal induced gap states) direkt mittels EELS nachgewiesen werden.<br />

This mainly experimental work can be devided into two parts.<br />Part one deals with the limits of electron energy loss spectrometry (EELS) as to spatial and energy resolution. Energy resolution can be improved by an order of magnitude when using a monochromated TEM.<br />Improvement is nearly an order of magnitude. With such an electron source fine structures in the ionisation edges can be observed, that would otherwise be hidden for observation and only be accessible for ELNES simulations. Furthermore investigations of the delocalization phenomenon were performed for parallel and focussed illumination (TEM and STEM mode of the microscope).<br />The second part of the present thesis deals with the ALILE layer exchange and the further epitaxial thickening of the ALILE produced seed layers. Investigations of band structure at the Si-Al interface were performed finding the metal induced gap states (MIGS) the first time directly by means of EELS.