Kristalline Dünnschicht-Silizium-Solarzellen: Potenzial von Solarzellen auf kostengünstigen Si-Substraten mittels Flüssigphasenepitaxie

Abstract

Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Kostenreduzierung bei der Herstellung von Si-Solarzellen durch die Anwendung einer speziellen LPE-Technologie auf UMG Si-Substraten. Dadurch wurde der Einsatz von EG-Si bei der LPE-Solarzellenherstellung erstmals völlig überflüssig. Eine neue, industriell kompatible Siebdrucktechnologie ermöglichte die Realisierung von kostengünstigen und effizienten Solarzellen.Hochwertige Si-Schichten wurden mit einer horizontalen LPE-Anlage auf unterschiedlichen Si-Substraten abgeschieden. Die Verwendung von UMG-Si als Substrat gelang, da die Diffusion von Verunreinigungen aus dem Substrat in die LPE-Schicht unterhalb der SIMS-Nachweisgrenze lag. Mit Hall-Messungen wurden LPE-Schichten mit unterschiedlichen Herstellungsparametern charakterisiert und optimiert. Durch chemisches Ätzen gelang die optische Auflösung von LPE-Schicht, UMG-Substrat und deren Übergang. Aus der LBIC-Analyse und PC1D-Simulation wurde die optimale LPE-Schichtdicke berechnet.Die Abscheidung auf strukturierten Substraten erhöhte die effektive Schichtdicke und verbesserte die Lichteinkopplung. Die Entwicklung eines neuen Solarzellenprozesses aus einem Standardprozess erfolgte durch Ersetzung oder Streichung einzelner Prozessschritte und der Anpassung an das verwendete Si.Für die Kontaktierung und die Diffusion wurde eine Siebdrucktechnologie entwickelt. Durch eine SiNx-ARC und ein BSF konnte der Wirkungsgrad h gesteigert werden. Die Optimierung ergab bei Zellen mit einer SiNx-ARC ein h von 14,5 (CZ-Si) bzw. 13,3 (MC-Si).Bei MC-Si konnte eine starke T-Abhängigkeit nachgewiesen werden. Selektive Pastenemitter wurden durch Siebdruckdiffusion ohne zusätzliche Prozessschritte realisiert. Der Siebdruckprozess wurde auf LPE-Si-Schichten übertragen und durch eine optimierte Schichtdicke und MIRHP, h maximiert. Bei LPE/UMG-Zellen lag hmax bei 9,0 (TiO2/MgF2-DARC, Siebdruckprozess).Ein Vergleich von CVD- bzw. LPE-Zellen auf UMG-Substraten schloss diese Arbeit ab.