Die SRH-Lebensdauer in der Basis wird durch die Parameter der Kristallzucht, aber auch durch die im Zellprozess auftretenden hohen Temperaturen und potentiellen Verunreinigun-gen beeinflusst. Da eine hohe Lebensdauer f¨ur Solarzellen mit r¨uckseitigem p/n- ¨Ubergang aber unerl¨asslich ist, wurde der Einfluss der zur Herstellung von Phostop-Solarzellen an-gewandten Hochtemperaturprozess auf die Lebensdauer ausgew¨ahlter n-Typ Cz-Substrate untersucht. Die im Folgenden beschriebenen Experimente wurden in [200] ver¨offentlicht.
Diffusion und PECVD-SiNX:H-Abscheidung
In der einfachsten Umsetzung des Phostop-Prozesses stellen lediglich die Diffusion, die SiNX:H-Abscheidung und das Kofeuern f¨ur die Basislebensdauer relevante Hochtempera-turprozesse dar. Zur Messung der Lebensdauer sowie des Basiswiderstands wurden Wafer aus drei hochohmigen n-Typ Cz Substraten sowie als Referenz zwei p-Typ Cz Substraten nach der Diffusion (30 Ω/, 867°C) und nach dem Kofeuern (ohne Metallisierungspaste) dem Zellprozess entnommen. Zus¨atzlich wurde jeweils ein nicht prozessierter Wafer zur Bestimmung der Ausgangswerte zur¨uckbehalten. Anschließend wurde die Oberfl¨ache aller Proben chemisch poliert (Abtrag ca. 9 µm/Seite), nach der Messung des Basiswiderstands wurde eine HCl/HF und eine Piranha-Reinigung durchgef¨uhrt. Die Passivierung erfolgte beidseitig durch eine ca. 60 nm dicke Schicht aus intrinsischem amorphen Silizium (a-Si:H), welche in einem Direktplasma-Reaktor bei 225°C abgeschieden wurde. Alle Proben wurden vor der Messung bei 320°C f¨ur 16 min in einer N2-Atmosph¨are getempert.
Die Ver¨anderung des Basiswiderstands durch die Prozessschritte ist in Abb. 5.12 darge-stellt. Der Widerstand der n-Typ Substrate zeigt dabei einen deutlichen Anstieg nach der Diffusion, w¨ahrend der Widerstand der p-Typ Substrate leicht abnimmt. Dieses Verhalten l¨asst sich durch eine Aufl¨osung thermischer Donatoren (TD) erkl¨aren, welche sich w¨ahrend der Abk¨uhlphase nach dem Ziehen des Cz-Kristalls bei etwa 450°C ausbilden [201–203].
Diese aus interstitiellem Sauerstoff und Silizium bestehenden Defekte werden nach der An-zahl der beteiligten Sauerstoffatome klassifiziert. Ein ¨Uberblick ¨uber Ver¨offentlichungen zur Bildung thermischer Donatoren findet sich in [204]. Die elektrisch aktiven TD sind zweifach negativ geladen, ihre Aufl¨osung wirkt sich daher bei p- und n-Typ Silizium entgegengesetzt aus. Wegen der h¨oheren Konzentration von Dotanden in den verwendeten p-Typ Substra-ten ist der Einfluss dort schw¨acher ausgepr¨agt.
02468 1 0 1 2
n a c h S i N
X : H + K o f e u e r n n a c h
D i f f u s i o n v o r P r o z e s s
n - T y p :
A B
C
R base [Ωcm]
p - T y p : D E
Abb. 5.12: Einfluss der Diffusion und PECVD-SiNX:H-Abscheidung auf den Basiswiderstand von p- und n-Typ Cz-Silizium.
Die PECVD-SiNX:H-Abscheidung findet zwar in einem f¨ur die Bildung von TD typischen Temperaturbereich statt, allerdings ist aufgrund der kurzen Prozessdauer keine nennens-werte Ver¨anderung der Konzentration zu erwarten. Die Messergebnisse in Abb. 5.12 zeigen einen leichten Abfall des Basiswiderstands der n-Typ Substrate, dieser ist allerdings kleiner als die Streuung der Datenpunkte.
Die effektive Minorit¨atsladungstr¨agerlebensdauer bei ∆n = 3·1015 cm−3 wurde durch eine transiente PCD-Messung ermittelt. Die Messwerte (siehe Abb. 5.13) liegen f¨ur alle n-Typ Substrate auf sehr hohem Niveau, Material B und C zeigen zudem einen deutlichen Anstieg nach der Diffusion. Dieser Anstieg l¨asst sich einerseits der Aufl¨osung der TD zuschreiben, andererseits kann dabei auch der Getter-Effekt der Phosphor-Diffusion eine wesentliche Rolle spielen.
Ein potentieller Einfluss der SiNX:H-Passivierung durch w¨ahrend des Feuerschritts eindif-fundierenden Wasserstoff l¨asst sich nicht feststellen, da die gemessenen Differenzen auch hier deutlich kleiner als die relativ hohe Streuung der Messdaten sind. PL-Aufnahmen von Proben aus Substrat C mit hoher effektiver Lebensdauer (siehe [200]) zeigen eine sehr inhomogene Verteilung. Nach Ab¨atzen der Oberfl¨ache (ca. 3µm) und einer erneuten Passi-vierung zeigt sich eine abweichende Lebensdauer-Verteilung in den PL-Aufnahmen. Daraus l¨asst sich schließen, dass die Inhomogenit¨aten in der Oberfl¨achenpassivierung und nicht in der Basislebensdauer begr¨undet sind. Die Lebensdauer der neu passivierten Proben ist in Abb. 5.13 ebenfalls dargestellt.
5 n-Typ Solarzellen mit r¨uckseitigem Al-Emitter
Abb. 5.13: Einfluss der Hochtemperaturprozesse auf die effektive Lebensdauer der n-Typ (links) und p-Typ (rechts) Substrate, gemessen mit Sinton WCT-100 bei ∆n= 1·1015cm−3.
Die zum Vergleich untersuchten p-Typ Substrate zeigen ein ¨ahnliches Verhalten der Basis-lebensdauer, allerdings auf deutlich niedrigerem Niveau. Dies ist wegen des h¨oheren Ein-fangquerschnitts der meisten metallischen Verunreinigungen f¨ur Elektronen zu erwarten und als wesentlicher Vorteil einer n-Dotierung anzusehen.
Thermische Oxidation
Die thermische Oxidation wurde dem in dieser Arbeit untersuchten Phostop-Prozess erst sp¨ater hinzugef¨ugt, daher erfolgte die Untersuchung eines potentiellen Einflusses auf die Le-bensdauer f¨ur Material A in einem gesonderten Experiment. Die Proben wurden nach einer 30 Ω/ Diffusion auf ca. 100 Ω/ zur¨uckge¨atzt, um eine mit dem Zellprozess vergleichba-re Phosphorkonzentration und Oberfl¨achenverunreinigung zu gew¨ahrleisten. Anschließend wurde die H¨alfte der Proben einer trockenen thermischen Oxidation bei 900°C ausgesetzt.
Das anschließende Ab¨atzen der Oberfl¨ache, die Reinigung und Passivierung wurde identisch wie im vorangehend beschriebenen Experiment durchgef¨uhrt. Zus¨atzlich zur Passivierung durch a-Si:H wurde ein Teil der Proben durch eine Al2O3-Schicht passiviert.
Die gemessenen effektiven Lebensdauern (Abb. 5.14) zeigen vor der Oxidation erneut starke Abweichungen zwischen identisch prozessierten Proben, sodass ein Einfluss der Oxidation nicht zu erkennen ist. Das insgesamt hohe Niveau der gemessenen Werte l¨asst aber den Schluss zu, dass f¨ur das untersuchte Substrat keine Reduzierung des Zellwirkungsgrads durch die Oxidation zu erwarten ist. Die Al2O3-Passivierung zeigt sich im Vergleich zu
05 1 0 1 5 2 0
a - S i : H A l2O 3
D i f f + E E B + t h e r m . O x i d a t i o n τeff [ms]
D i f f + E E B
Abb. 5.14: Einfluss der thermischen Oxidation auf die effektive Lebensdauer von n-Typ Cz-Si (Substrat A).
a-Si:H als gleichermaßen geeignet zur Bestimmung der Basislebensdauer in dem f¨ur die Zelleffizienz relevanten Bereich von bis zu ca. 5 ms. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die im Phostop-Prozess eingesetzten Hochtemperaturprozesse auf den unter-suchten n-Typ Substraten teilweise zu einem deutlichen Anstieg, in keinem Fall aber zu einer Reduzierung der Lebensdauer in einen den Zellwirkungsgrad beeinflussenden Bereich f¨uhren.