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Die kristalline Siliziumsolarzelle : Untersuchung der Einzelprozesse und Entwicklung von Alternativen

Die kristalline Siliziumsolarzelle : Untersuchung der Einzelprozesse und Entwicklung von Alternativen

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HAUSER, Alexander, 2005. Die kristalline Siliziumsolarzelle : Untersuchung der Einzelprozesse und Entwicklung von Alternativen [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz

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Ein typischer Prozess, von der Herstellung des Rohsiliziums bis zum fertigen Solarmodul wurde aufgezeigt und die dabei entstehenden Kosten diskutiert. Die Schätzungen der Gestehungskosten variieren zwischen 0,23 und 0,70 /kWh. Lernkurven zei-gen, dass spätestens im Jahr 2020 die Photovoltaik konkurrenzfähig zu anderen Energiequellen sein wird. Der erste Schritt im Solarzellenprozess ist die Entfernung des Sägeschadens, der beim Sägen der Wafer aus einer Säule entsteht. Für monokristalline Wafer wurden zwei alkali-sche Ätzrezepte entwickelt, die industriell anwendbar sind und gleichzeitig zu einer Texturie-rung der Oberfläche führen. Dies reduziert die Reflexion des Lichtes an der Oberfläche und erhöht die Einsammelwahrscheinlichkeit für generierte Ladungsträger. Für multikristallines Material funktioniert diese alkalische Texturierung aufgrund der unterschiedlichen Kristallori-entierungen nur unzureichend. Für dieses Material wurde eine Ätzlösung entwickelt, die im Vergleich zu bisher bestehenden Rezepten nur aus Wasser, Flusssäure und Salpetersäure be-steht. Dies vereinfacht die Prozessführung und die Nachdosierung. Im Vergleich zu herkömm-lich alkalisch geätzten Wafern konnte eine Wirkungsgradsteigerung von 14,6%, auf 15,6% im Mittel erreicht werden. Eingekapselt in ein herkömmliches Modul bestehend aus 36 Zellen war ein Gewinn in der Ausgangsleistung um 4,8% zu verzeichnen. Nach dem Sägeschadenätzen folgt im Allgemeinen die Emitterdiffusion. Die zwei am weitesten verbreiteten Methoden wur-den im Rahmen dieser Arbeit miteinander verglichen; die Gasphasendiffusion mit POCl3 als Dotierquelle und die Aufbringung eines Dotierstoffes mit anschließendem Hochtemperatur-schritt. Die Charakterisierung der fertigen Solarzellen zeigte Unterschiede zwischen den Grup-pen in einzelnen Parametern auf, im Wirkungsgrad der Zellen führten beide Methoden aber zu denselben Ergebnissen. Nach der Emitterdiffusion erhält man im Allgemeinen eine leitende Verbindung zwischen Vorder- und Rückseite der Solarzelle. Diese muss durch entsprechende Mittel unterbrochen werden. Die bestehenden Methoden wurden miteinander verglichen und eine neuartige Methode entwickelt. Die neu entwickelte Methode besteht im nasschemischen Entfernen des Emitters auf der Rückseite. Dies führt zu signifikanten Steigerungen im Wir-kungsgrad, bei gleichzeitiger Vereinfachung des Gesamtprozesses. Ein Großteil des in der Pho-tovoltaik eingesetzten Siliziums, hat im Ursprungszustand noch eine hohe Konzentration an intrinsischen Rekombinationszentren. Diese können teilweise aus dem Material gegettert oder mit Wasserstoff passiviert, das heißt elektrisch deaktiviert werden. Viele der bisherigen Nach-weismethoden für Wasserstoff sind sehr aufwändig oder ungenau. In dieser Arbeit wird ein Drei-Schichten-Modell vorgestellt, das mit Hilfe von Lebensdauermessungen der Minoritätsla-dungsträger, die Diffusion des Wasserstoffes in den Wafer detektiert. Die Überprüfung dieser Aussagen geschah durch Simulationen mit PC1D. Siliziumnitrid, vorzugsweise mittels PECVD (plasma enhaced chemical vapour deposition) Technik abgeschieden, ist die am weitesten ver-breitete Methode zur Wasserstoffpassivierung, da selbiger in großen Mengen in den Schichten enthalten ist. Die Siliziumnitridschicht dient weiterhin als Oberflächenpassivierung und Antire-flexschicht. Die beiden gebräuchlichsten, die Direktplasma- und Remoteplasmaabscheidung wurden miteinander verglichen. Die gefertigten Solarzellen zeigten in einzelnen Parametern leichte Unterschiede, das Wirkungsgradniveau war aber nahezu gleich für beide Technologien. Im letzten Kapitel wurde die Metallisierung der Solarzellen behandelt. Speziell wurde dabei auf eine neuartige Methode eingegangen, bei der zwei bewährte Verfahren in der Photovoltaik erstmals miteinander verknüpft werden: Das Lasern von Gräben und die Drucktechnik. Es konnte gezeigt werden, dass mit dieser Kombination die Abschattung der Zelle verringert wer-den kann, bei gleichzeitiger Vergrößerung des Querschnitts der Finger und der Kontaktfläche zum Emitter. In ersten Experimenten konnte so der Wirkungsgrad, im Vergleich zu konventio-nell bedruckten Solarzellen, um 0,5% absolut gesteigert werden. Zwei der neu entwickelten Alternativen zu den herkömmlichen Prozessschritten haben sich als sehr erfolgreich herausge-stellt: Die saure Texturierung und die nasschemische Entfernung des rückseitigen Emitters. Für beide Prozesse wurden zusammen mit einem Industriepartner Produktionsanlagen entwickelt, die inzwischen weltweit im Einsatz sind. Die saure Texturierung wurde zum Patent angemeldet und bis Mitte 2005 waren sieben Anlagen inklusive Prozesslizenz in der industriellen Fertigung.</dcterms:abstract> <dcterms:issued>2005</dcterms:issued> <dc:format>application/pdf</dc:format> <dcterms:available rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime">2011-03-24T14:50:45Z</dcterms:available> <bibo:uri rdf:resource="http://kops.uni-konstanz.de/handle/123456789/4844"/> <dspace:isPartOfCollection rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/rdf/resource/123456789/41"/> <foaf:homepage rdf:resource="http://localhost:8080/jspui"/> <dspace:hasBitstream rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/bitstream/123456789/4844/1/Diss_Hauser.pdf"/> <dcterms:title>Die kristalline Siliziumsolarzelle : Untersuchung der Einzelprozesse und Entwicklung von Alternativen</dcterms:title> <dcterms:hasPart rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/bitstream/123456789/4844/1/Diss_Hauser.pdf"/> <dcterms:alternative>The crystalline silicon solar cell - investigation of process steps and development of alternatives</dcterms:alternative> <dc:rights>deposit-license</dc:rights> <dc:date rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime">2011-03-24T14:50:45Z</dc:date> <void:sparqlEndpoint rdf:resource="http://localhost/fuseki/dspace/sparql"/> <dc:creator>Hauser, Alexander</dc:creator> </rdf:Description> </rdf:RDF>

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