High-temperature CVD silicon films for crystalline silicon thin-film solar cells
High-temperature CVD silicon films for crystalline silicon thin-film solar cells
Date
2003
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Bau, Sandra
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Title in another language
Hochtemperatur-Si-CVD-Schichten für kristalline Si-Dünnschichtsolarzellen
Publication type
Dissertation
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Abstract
Im Ansatz der kristallinen Silizium Dünnschichtsolarzelle spielt die Abscheidung von Silizium-Schichten eine zentrale Rolle. So erfordert eine industrielle Fertigung von Silizium Dünnschichtsolarzellen die Entwicklung geeigneter Systeme zur effizienten und kostengünstigen Abscheidung von Siliziumschichten.
Am Fraunhofer ISE wurde ein Si-APCVD System konzipiert und aufgebaut, welches den Anforderungen an Schichtqualität und Abscheidekosten entgegen kommt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden für diesen Reaktor verschiedene Si-Abscheideprozesse entwickelt und optimiert. In einem ersten Solarzellen-Ansatz wurden Basis-Schichten auf verschiedene elektrisch inaktive Si-Substrate epitaktisch abgeschieden und sowohl mit Reinraum als auch mit Industrie-nahen Fertigungstechnologien prozessiert. Unter Verwendung von Siebdruck-Techniken konnten mit diesem Zellkonzept Wirkungsgrade bis zu 12.2% und 11.7% für Cz-Si bzw. mc-Si Substrate erreicht werden. Zum erstenmal wurden einkristalline Reclaim Wafer als Substratmaterial eingesetzt. Die beste epitaktische Dünnschichtsolarzelle erreichte hierbei einen Wirkungsgrad von 11.5%. In einem zweiten Ansatz wurden Dünnschichtsolarzellen auf isolierenden Fremdsubstraten hergestellt. Vier Hochtemperatur-Keramiken wurden auf ihre Eignung als Substratmaterial untersucht: heiß gepresstes Siliziumnitrid und Silizium-infiltriertes Siliziumcarbid mit polierten Oberflächen ("ideale" Materialien), und foliengezogenes Siliziumnitrid sowie foliengezogenes SiAlON ("realistische" kostengünstige Materialien). Der beste Wirkungsgrad von 10.7% wurde für eine Solarzelle auf Siliziumcarbid Substrat erreicht.
Am Fraunhofer ISE wurde ein Si-APCVD System konzipiert und aufgebaut, welches den Anforderungen an Schichtqualität und Abscheidekosten entgegen kommt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden für diesen Reaktor verschiedene Si-Abscheideprozesse entwickelt und optimiert. In einem ersten Solarzellen-Ansatz wurden Basis-Schichten auf verschiedene elektrisch inaktive Si-Substrate epitaktisch abgeschieden und sowohl mit Reinraum als auch mit Industrie-nahen Fertigungstechnologien prozessiert. Unter Verwendung von Siebdruck-Techniken konnten mit diesem Zellkonzept Wirkungsgrade bis zu 12.2% und 11.7% für Cz-Si bzw. mc-Si Substrate erreicht werden. Zum erstenmal wurden einkristalline Reclaim Wafer als Substratmaterial eingesetzt. Die beste epitaktische Dünnschichtsolarzelle erreichte hierbei einen Wirkungsgrad von 11.5%. In einem zweiten Ansatz wurden Dünnschichtsolarzellen auf isolierenden Fremdsubstraten hergestellt. Vier Hochtemperatur-Keramiken wurden auf ihre Eignung als Substratmaterial untersucht: heiß gepresstes Siliziumnitrid und Silizium-infiltriertes Siliziumcarbid mit polierten Oberflächen ("ideale" Materialien), und foliengezogenes Siliziumnitrid sowie foliengezogenes SiAlON ("realistische" kostengünstige Materialien). Der beste Wirkungsgrad von 10.7% wurde für eine Solarzelle auf Siliziumcarbid Substrat erreicht.
Summary in another language
The deposition of silicon layers plays a central role within the approach of crystalline silicon thin-film solar cells. The introduction of this solar cell type into industrial production lines requires the development of Si-deposition systems which are capable to meet the demands on low cost and high layer quality.
At Fraunhofer ISE a Si-APCVD system has been set up, based on a reactor and deposition concept which is expected to meet the imposed requirements. Within this work deposition processes for silicon epitaxy and seeding layers on foreign substrates were developed and optimized for this CVD-reactor. In a first solar cell approach, epitaxial thin-film solar cells were prepared on different inactive silicon substrates using cleanroom and screen printing technologies. Efficiencies of up to 12.2% and 11.7% were obtained for epitaxial thin-film solar cells on highly doped Cz-Si and mc-Si substrates respectively, using screen printing techniques. For the first time single-crystal reclaimed wafers were used as substrate material. Epitaxial thin-film cells based on these substrates reached efficiencies of up to 11.5%. The second solar cell structure under investigation followed the concept of silicon thin-films on foreign insulating substrates. Four high-temperature ceramics were tested as substrate material: hot-pressed silicon nitride and silicon infiltrated silicon carbide with polished surface ("ideal" substrates) and tape cast silicon nitride and SiAlON ("realistic" substrates). Using SiSiC ceramic substrates, a record efficiency of 10.7% was achieved.
At Fraunhofer ISE a Si-APCVD system has been set up, based on a reactor and deposition concept which is expected to meet the imposed requirements. Within this work deposition processes for silicon epitaxy and seeding layers on foreign substrates were developed and optimized for this CVD-reactor. In a first solar cell approach, epitaxial thin-film solar cells were prepared on different inactive silicon substrates using cleanroom and screen printing technologies. Efficiencies of up to 12.2% and 11.7% were obtained for epitaxial thin-film solar cells on highly doped Cz-Si and mc-Si substrates respectively, using screen printing techniques. For the first time single-crystal reclaimed wafers were used as substrate material. Epitaxial thin-film cells based on these substrates reached efficiencies of up to 11.5%. The second solar cell structure under investigation followed the concept of silicon thin-films on foreign insulating substrates. Four high-temperature ceramics were tested as substrate material: hot-pressed silicon nitride and silicon infiltrated silicon carbide with polished surface ("ideal" substrates) and tape cast silicon nitride and SiAlON ("realistic" substrates). Using SiSiC ceramic substrates, a record efficiency of 10.7% was achieved.
Subject (DDC)
530 Physics
Keywords
solar cell,silicon,APCVD,thin-film
Conference
Review
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Cite This
ISO 690
BAU, Sandra, 2003. High-temperature CVD silicon films for crystalline silicon thin-film solar cells [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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Examination date of dissertation
November 21, 2003